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厨余废弃物和庭院废弃物(杂草树叶等)是城市生活垃圾的重要组成部分。根据这类废弃物高水分、高有机质、易降解以及含一定油分和盐分的特点,用厌氧消化法对其进行处理,既能消除环境污染,还能产生清洁能源沼气。
经分析,厨余废弃物的平均水分含量(MC)、挥发性固体含量(VS)以及其比例(VS/TS)分别为74%、23%和87%;庭院废弃物的值分别为64.9%、26.8%和77.8%。厨余废弃物的挥发性固体含量比较稳定,碳水化合物在收集过程中的损失使得其碳氮比较小;杂草废弃物的特性地区差异性较大。厨余和庭院废弃物的平均甲烷产率分别为0.435L/gVS和0.226L/gVS,甲烷的平均含量分别为73.1%和54.7%,VS去除率分别为80.6%和79.3%,沼气的产生潜力为0.144m3/kg和0.081m3/kg(w.w)。
在4种下分别对厨余废弃物、庭院废弃物及其混合物进行高温和中温批式厌氧消化。得出高温批式消化三种废弃物的最大沼气产率发生在污染负荷为6.5gVS/L时,其值分别为0.865L/gVS、0.950L/gVS和1.012L/gVS。厨余废弃物更易于降解以及有更大的生化产沼潜力。大约80%的气体都在反应开始的前10d之内产生。消化过程中,厨余废弃物、庭院废弃物混合废弃物的平均甲烷含量分别为65.8%、54.8%和59.4%。在20.0gVS/L的负荷下时,甲烷含量在反应的前两天较低(20-40%),其产气不稳定产气率降低;与高温厌氧批式消化相比,中温厌氧消化对环境更加敏感并且在相对较低的负荷下就会导致产甲烷活动的抑制。对于庭院废弃物、厨余废弃物和混合废弃物,高温消化比中温消化的产气率分别高33%、62%和55%。
本文采用新型的高效厌氧反应器APS(AnaerobicPhasedSolid-bed-厌氧阶段固体床)对三类废弃物进行高温厌氧消化试验。对于混合废弃物,在反应器容积比(VR)=0.925和0.550时,甲烷化反应器中水力停留时间为2.4d和1.3d时,沼气和甲烷产率分别为0.554L/gVS和0.434L/gVS以及0.530L/gVS和0.351L/gVS,甲烷含量随着消化的时间增加逐渐增加并稳定在65%以上;对于庭院废弃物,在VR=0.550,甲烷化反应器中水力停留时间为1.3d时,沼气和甲烷产率分别为0.438L/gVS和0.252L/gVS,甲烷含量比较稳定,平均为55%。在VR=0.25,甲烷化反应器中水力停留时间为0.6d时,系统产气率降低,甲烷化反应器产气收到抑制。通过调节渗滤液循环频率与循环量使甲烷化反应器中水力停留时间为3.6d时,沼气和甲烷产率分别为0.456L/gVS和0.258L/gVS。对于厨余废弃物,在反应的前两天,氢气平均含量分别为30.1%和8.5%,系统中甲烷、二氧化碳和氢气占总产气量的62%、33%和5%,其相应的产率为0.596L/gVS、0.330L/gVS和0.029L/gVS。固体床中的日产气量随着消化时间逐渐降低。之后对APS处理废弃物进行了物料平衡分析,得出挥发性固体的平衡系数和利用率。对反应过程中的有机物降解中间产物形态变化进行分析,得出TCOD、SCOD以及VFA的变化规律,从而计算出固体床渗滤液中的水解率与酸化率变化规律。最后,选取反应器费用、发电设备费用、加热能量需求、运行费用、能量产出、填埋费节省、二氧化碳减排收益等参数建立投资和收益的评价模型,并对典型工程进行了经济性评价。