【摘 要】
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全球人口的持续增长、城市化进程的不断推进与消费水平的大幅提高使得城市生活垃圾产量猛增,据统计2018年全球城市垃圾年产量为20亿吨,预计到2050年将达到34亿吨。有机废物对城市垃圾的贡献量约占50%,其中厨余垃圾对有机废物贡献60.2%。面对日渐增长的厨余垃圾,如何对其进行无害化、资源化处理成为了主要议题。高含固厌氧消化技术因其相对清洁并能高效回收利用生物质能源的显著优势成为了处理厨余垃圾的主流
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全球人口的持续增长、城市化进程的不断推进与消费水平的大幅提高使得城市生活垃圾产量猛增,据统计2018年全球城市垃圾年产量为20亿吨,预计到2050年将达到34亿吨。有机废物对城市垃圾的贡献量约占50%,其中厨余垃圾对有机废物贡献60.2%。面对日渐增长的厨余垃圾,如何对其进行无害化、资源化处理成为了主要议题。高含固厌氧消化技术因其相对清洁并能高效回收利用生物质能源的显著优势成为了处理厨余垃圾的主流技术。由于厨余垃圾中富含蛋白质,而蛋白质中含有氮、硫元素,故在其厌氧消化过程中往往会出现氨氮/硫酸根的积累,并由此引发甲烷产量的波动。本研究首先通过启动运行高含固厨余垃圾水平流厌氧消化系统,初步探索氨氮/硫酸根的累积程度与系统甲烷产量之间的关联;继而通过多组瓶试反应器,对不同氨氮/硫酸根浓度梯度下的高含固厌氧消化系统甲烷产率、系统稳定性能、挥发酸积累情况进行比较分析;最后对系统内碳、氮元素的相态分布,及其液相中所涉关键转化产物进行监测,探明对系统产甲烷效能起到促进或抑制作用的关键限值,及系统内元素代谢特征差异。水平流系统启动运行期间,系统内氨氮浓度（1355.76～2923.16 mg/L）、硫酸根浓度（157.42～3653.80 mg/L）随消化时间延长而积累,积累过程中系统甲烷日产量波动剧烈（0～24.63 L）,但硫酸根浓度会在系统内部菌群的适应调节下,恢复至稳定水平（331～522 mg/L）,而氨抑制的解除则需通过外加活性炭、HCI。高含固厌氧消化体系对高浓度氨氮具有耐受性,氨氮浓度为3500 mg/L时甲烷产量（25.74 L）未受抑制,其平均甲烷产率为0.319 LCH4·g VS-1 removed,相较于氨氮浓度为2000 mg/L的系统(0.235 LCH4·g VS-1 removed),其甲烷产率提高了35.69%。适宜浓度的硫酸根（800～1600 mg/L）会通过促进丙酸的降解来提高系统甲烷产量,硫酸根浓度为1600 mg/L的系统,产甲烷效果最佳（30.05 L）,较硫酸根浓度为400、3500 mg/L的系统提高了71.54%、251.79%。输入系统的碳、氮元素大多以固态形式存在于系统中,水平流系统、不同氨氮/硫酸根浓度下的系统内碳元素在固相中的占比均超过65.22%;氮元素在固相中的占比均大于69.13%。各系统内总氮在液相中的占比表现为随时间缓慢增长,其中氨氮对其贡献最大。当系统的甲烷化过程受阻时,碳元素在液相中的占比会持续增加,表现为上清液中SCOD、CODTVFA浓度增高,COD甲烷下降。上述研究,总结了高含固厌氧消化系统启动运行过程中遇到的氨氮/硫酸根抑制问题,提出了对系统甲烷产量起到促进或抑制作用的关键浓度限值,为通过改变消化系统内硫酸根浓度提高实际工艺的产甲烷效能提供了一定的理论基础。
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