厨房垃圾的厌氧消化

发布时间：2012-01-27
来源：哈尔滨工业大学学报
编辑：史红钻，张波，蔡伟民

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我国厨房垃圾作为城市生活垃圾的主要成分，其含水率高，干物质中淀粉、糖类和蛋白类物质的比例较高，很快就会腐烂、发臭，在填埋与堆肥的时候常会滋生蚊蝇等，从而影响环境；单位质量的热值(2100—3100kj/kg)过低，不能满足垃圾焚烧发电的热值要求(即5 000 l(J／kg以上)；有很高的碳氮比，营养元素多，可生化性强，适合于厌氧发酵，且厨房垃圾的来源较固定，易于专门收集和集中处理．通过厌氧发酵不但可以减轻污染，同时还能回收沼气，发酵产品还是很好的有机肥料。

有机垃圾厌氧消化处理量在欧洲已占总有机垃圾量的25％；在国内厌氧消化应用最为广泛的是农村沼气发酵，在城市垃圾处理方面的应用，除少量废水处理厂的污泥进行厌氧处理外，真正用厌氧消化处理城市垃圾的报道很少．目前，国内外有关研究人员对不同构造的有机垃圾的厌氧消化器的性能进行了探讨，主要集中在单相与两相反应器的研究．Pavan和Ghosh等认为两相消化是处理有机垃圾的最佳的选择。

厨房垃圾易于酸化，用于厌氧消化时会产生很多问题，其中最严重的是pH值不易控制，及相应的VFA的积累和较低的缓冲能力。解决pH值和碱度问题主要有3种方法：添加化学药品，比如石灰和碳酸氢钠；与其他废物的联合消化，在消化物料间建立起一种良性互补；消化液的循环利用，防止体系内微生物的流失。

本研究采用两阶段工艺处理厨房垃圾，与一般的两相法不同，首先在酸化相与产甲烷相增加了固液分离装置；消化液回收，进行循环利用；在稳定运行的整个过程中没有添加任何药品对pH值进行调控．对整个工艺过程进行了监测与控制，为厨房垃圾的厌氧消化提供了一定的参考价值

1 材料与方法

1.1 厨房垃圾的来源及预处理

实验所用垃圾来自上海交通大学北区食堂．垃圾的主要成分是吃剩的米饭，另有少量的菜及肉类．其VS／，I’S在95％左右，可生化性强，含水量为80％(质量分数)．收集的垃圾首先人工分选出其中的杂物(包括塑料、筷子及餐巾纸等)，然后用食品粉碎机粉碎，置于4℃的冰箱中保存，实验过程中根据需要用甲烷相的出水进行稀释来满足进料浓度的需求。

1.2 处理工艺及条件

厨房垃圾两阶段间歇、湿式厌氧消化的工艺流程为：经过预处理的厨房垃圾首先进入酸化反应器进行水解酸化，水解酸化后的出料经过固液分离(用离心机)以后，上清液进入产甲烷反应器，固体重新回到酸化相；酸化后的上清液经过厌氧消化后，消化液作为酸化相的稀释水被循环到酸化反应器中．水解酸化反应器和产甲烷反应器的有效容积分别为2 L和1．6 L，均为玻璃容器，都采用间歇进料，每天进料两次，出料两次，每个反应器间歇循环12 h．反应体系的温度为35—37℃．产生的气体收集于玻璃容器内，用排水法(水杨酸溶液)记录气量。

1.3 测试项目与方法

实验中的pH值、总固体(喝)、挥发性固体(Vs)、总悬浮物(rrSS)、挥发性悬浮物(VSS．)、进料和出料COD浓度、氨氮(氨态氮)、碱度(碳酸钙碱度)和挥发性酸(VFA)等均按照标准方法测定．气体成分：用日本岛津GC一14B型气相色谱仪测定(TDx—02色谱柱)

2 结果与讨论

2.1 反应器的启动

2.1.1水解酸化反应器的启动反应器的启动即在反应器内完成污泥的增殖与驯化．污泥取自上海松江污水处理厂的中温消化污泥，接种污泥的质量浓度为10∥L，先用葡萄糖、乙酸钠、氯化铵和磷酸氢二钾配制好的COD质量浓度为25 g／L溶液对其驯化(另加2 ml的微量元素)，随后逐渐加入垃圾，实验初期的实验数据如图1所示。

酸化反应器的启动分5个阶段，第1阶段每次加COD 25000 mg／L的葡萄糖溶液200“，另外4个阶段每次加垃圾与甲烷相出水上清液的混合液200ml，第2，3，4，5阶段分别加入垃圾20、40、60与80ml．从图中可以看出，第一阶段的pH值较高，在6.5以上，VFA的浓度较低，随着垃圾的不断加人，pH值不断降低，最后维持在4．5～5．0，VFA的质量浓度也在不断地提高，高达12 120 mg／L．在酸化反应器启动初期，由于接种厌氧消化污泥，甲烷菌占主要的优势，产生的一部分VFA被产甲烷菌利用生成甲烷，因而VFA产量低，pH较高，生成的气体主要是甲烷与二氧化碳；逐渐加入垃圾后，pH值逐渐下降，抑制了甲烷菌的活力，但有利于酸化菌的生长，酸化菌的数量越来越多，VFA的产量增高，生成的气体主要是二氧化碳与氢气．

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