工程中采用厌氧方法处理餐厨垃圾时,需要对物料进行精细预处理,其主要工艺过程包括分拣、除砂、破碎、制浆、高温蒸汽提油以及油-水-固三相分离等。三相分离过程产生的固相物料总固形物高、p H和C/N低,特别是其挥发性固体(VS)和挥发性脂肪酸(VFA)含量较原生垃圾高。对此类物料的处理尚缺乏厌氧研究方面的报道和成熟的技术方法。本文以餐厨垃圾固相物料为主要原料,通过实验室小试以及现场工程中试,研究了餐厨垃圾固相物料干式厌氧消化的产气效率、处理效果及其影响因素;针对此类物料厌氧消化时C/N低及VFA易积累的问题,开展了餐厨垃圾固相物料和厨余垃圾混合及与水葫芦混合的厌氧消化试验。试图为餐厨垃圾固相物料厌氧消化处理的工程应用提供技术支持。主要研究内容和结果如下:(1)餐厨垃圾固相物料中温厌氧消化试验研究。结果表明,有机负荷率OLR=2.5 g VS/(L·d)时得到最大VS产气率0.62 L/g VS,气体甲烷含量达60.3%。系统对VFA和氨氮的敏感度较高,当VFA超过4000 mg/L、氨氮浓度达3200 mg/L时,VS产气率出现下降。(2)餐厨垃圾固相物料高温厌氧消化试验研究。结果表明,OLR=3.41g VS/(L·d)时,得到最大容积产气率1.48 L/(L·d)、最大VS产气率0.45 L/g VS。VS产气率的最高值较中温条件时出现早,VFA浓度较高。高温条件下,随着OLR的提高,甲烷热杆菌属和甲烷囊菌属等氢营养型产甲烷菌属成为优势菌种,物种多样性降低,易造成产气能力下降。(3)餐厨垃圾固相物料中温厌氧消化工程中试研究。采用有效容积为4 m3的全混试验装置进行了固相物料中温(35±2℃)厌氧消化处理工程中试研究。结果表明,厌氧消化最佳运行工况为OLR=4.77 kg VS/(m3·d)、停留时间HRT=50 d;其容积产气率最大值为2.56 m3/(m3·d),并稳定于1.95~2.10 m3/(m3·d),气体甲烷含量维持于60%以上,总固形物(TS)去除率可达93%。在高OLR(5.97-6.86kg VS/m3·d)条件下,VFA出现积累而氨氮浓度可维持相对稳定;当氨氮浓度<6000mg/L时,系统对VFA的积累并不敏感,VS产甲烷率仍可达0.32 m3/kg VS;但当氨氮浓度上升至6000 mg/L以上时,产甲烷微生物活性受到抑制,系统对VFA敏感度增加。(4)餐厨垃圾固相物料与厨余垃圾混合中温厌氧消化工程中试研究。结果表明,餐厨垃圾固相物料和厨余垃圾以质量比为2:1进行混合厌氧消化时,容积产气率和气体甲烷含量均高于同等进料质量单一餐厨垃圾固相物料厌氧消化的情况。日进料量为120 kg阶段,稳定时的平均容积产气率为2.30 m3/(m3·d),平均气体甲烷含量为63.8%。添加厨余垃圾能够减缓VFA积累,增强系统的抗酸化缓冲能力,提高对餐厨垃圾固相物料的处理能力。(5)餐厨垃圾固相物料和水葫芦混合厌氧消化试验研究。结果表明:混合物料中水葫芦添加的最佳质量分数为5%,此时容积产气率、VS产气率和气体甲烷含量的最大值分别为1.58 L/(L·d),0.64 L/g VS和59.6%,系统能够维持并小幅提升餐厨垃圾固相物料厌氧消化的产气效率,但混合消化所产气体中的甲烷含量略低于不添加水葫芦的情况。水葫芦是一种良好的混合发酵底物,与餐厨垃圾固相物料进行混合厌氧发酵产沼气具有技术可行性。