机械搅拌及日进料方式对厌氧产沼气影响的研究

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有机固体废弃物通过厌氧发酵可以产生含有甲烷的生物质气体,从而达到废物资源化回收再利用的目的,这使厌氧消化技术成为近年来一个研究热点。猪粪由于其丰富的营养物质,可以作为研究厌氧消化规律的一种标准底物,而餐厨垃圾作为城市生活垃圾的重要组成部分,它的厌氧处理也引起了越来越多的重视。本文采用单相厌氧发酵器,首先利用猪粪做启动底物,试验了机械搅拌间隔方式对产沼气影响,得出了猪粪干式发酵规律和有效的搅拌方式,其次进行餐厨垃圾发酵,得出了容积产气率最高、产气持续期最长的两种日进料负荷方式,具体如下:  1、猪粪厌氧干式发酵的COD去除率和产气率分别达到91.96%和0.148L/g,产气旺盛期气量占总量的70%,对应的pH为7.6,时长占发酵周期的37.8%,日产气波动为20.16%。沼气中甲烷含量达50%以上,发酵后料液N、P丰富,干式消化工艺总体运行良好,本发酵器启动成功。  2、设置搅拌速率为200r/min,产气缓慢期搅拌5min使产气速率平均增加1.99mL/min,搅拌15min间隔60min使温度升高14.5℃,搅拌15min间隔60min使pH降0.95,分别达到最佳效果。产气衰退期搅拌15min间隔60min搅拌5min为一个周期,周期隔8h的方式使产气量增加最大为80mL,而搅拌5min间隔60min的周期即可满足料液中热量和pH及时传递的需要。可见搅拌使料液中CH4分压降低、温度变化及时、pH均匀不影响甲烷菌代谢,从而优化了厌氧消化工艺,同时得出产气缓慢期比衰退期需要的搅拌程度更高,而旺盛期产气自身波动大,搅拌的影响难以准确评估。  3、相同体积,餐厨垃圾湿式厌氧发酵比干式猪粪发酵缩短47天启动时间,采用日进料方式延长产气高峰期16天。其中最适发酵pH范围为7.85至8.0,最佳值为7.90,发酵产气好坏与pH不直接相关,应该与菌种活性关联最大。微量元素含量参差不齐,其中Na+浓度在10g/kg左右波动,起到了抑制作用。  4、以每日1次,每次500mL的方式加料后,pH增大的幅度大于降低的幅度,日均TS产气率为721L/kgTS,容积产气率平均为3.5L/L·d,最高达4.2L/L·d,容积有机负荷率平均为0.02kgTS/L·d,其中容积产气率是最高的一组。但一次加料不能在一天内完全消化,故会造成反应器TS负荷的积累,日产气量逐渐下降,产气旺盛期的持续时间缩短,体系的厌氧消化能力降低。  5、以每日2次,每次200mL的方式加料后,体系pH逐渐下降至接近7.0,日均TS产气率为446L/kgTS,日产气量平均相对偏差为d=12.7%,容积产气率平均为2L/L·d,平均产甲烷活性值高达17.65L/kgTS。由以上可见此进料方式可以提供产气最适pH,产气速率高,产气量波动最小,厌氧菌群活性没有被累积的TS负荷降低,是发酵周期可持续性最好的一组。
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