餐厨垃圾厌氧消化工艺研究

为了提高餐厨垃圾的厌氧消化效率,对餐厨垃圾序批式厌氧消化(BT)、半连续厌氧消化(SCT)、固液两相厌氧消化(SLT)进行了比选研究。研究结果表明,SLT生产系统有效提高了厌氧消化效率,单位沼气产量与甲烷含量也都显著提高,SLT,SCT及BT的单位VS最大沼气日产量分别为430,270 m L和150 m L,最高甲烷含量分别为68%,57%和50%;SLT的产酸效率及有机酸利用率均显著提高,有机负荷率较SCT提高50%,能够达到9 g/(L·d)。餐厨垃圾的SLT工艺有机负荷及消化效率较SCT及BT工艺均有大幅提高。     

餐厨垃圾高效厌氧消化稳定产气研究

厌氧消化是餐厨垃圾产业化处理的主流方式,厌氧系统单位体积有机负荷和单位体积产气率是评价厌氧系统产业化能力的重要指标.实验研究了搅拌频率、物料投加方式和不同单位体积有机负荷情况下厌氧系统的产气情况.结果表明,在选择连续式投加物料情况下,维持60min/3hrs搅拌频率和2.8kg TVS/(m3.d)单位体积有机负荷水平,全混合厌氧消化系统可以获得稳定的高产气率,达到(2.69±0.03)m3/(m3·d),甲烷体积分数(65.2±1.3)％.     

微量金属元素对餐厨垃圾与牛粪联合厌氧消化效率影响

为了提高餐厨垃圾(FW)与牛粪(CM)联合厌氧消化效率,试验通过向批式厌氧消化体系中加入微量金属元素(Fe,Co,Ni),研究其对FW与CM联合厌氧消化性能的影响。结果表明:添加微量金属元素有利于维持系统稳定,提高产气效率。T1~T5的沼气总产量均达到4 000mL以上,较不添加微量元素处理(CK)增加55%左右,平均甲烷含量均在60%以上,较不添加微量元素处理(CK)增加20%左右。T1~T5的有机酸(VFAs)及氨氮含量变化较平稳,未出现酸累积及氨抑制现象,而CK的VFAs及氨氮含量呈现不断上升的趋势。加入微量金属元素后辅酶F420的吸光值开始上升,15 d以后吸光值稳定在0.55~0.65,而CK的吸光值呈现下降趋势。因此,添加微量金属元素是提高FW与CM联合厌氧消化效率的有效途径。     

餐厨垃圾SBMR-ASBR两相厌氧消化产气性能研究

以学校食堂餐厨垃圾为原料,考察餐厨垃圾在SBMR-ASBR反应器中产酸和产甲烷性能。结果表明:高负荷下启动酸化相有利于系统快速形成稳定的乙醇型发酵,且可以避开丙酸型发酵,在10 g/(L.d)负荷(以VS计)下,稳定状态产酸率平均达到55 000 mg/L,VFA中乙醇和乙酸分别平均稳定在27 000 mg/L和23 000mg/L,两者共占总VFA的91%;甲烷相可以稳定运行的最高负荷为5 g/(L.d)(以VS计),此时,系统整体处理能力为3.3 g/(L.d),单位容积产气率达到2.3 L/(L.d),甲烷含量在65%～70%,TS,VS去除率分别达到77%,83%。在实际工程中可以高负荷启动酸化相,有利于系统形成稳定的乙醇型发酵和高负荷运行的甲烷相。     

餐厨垃圾两相厌氧消化制沼气研究进展

我国餐厨垃圾产量日益增加,其资源化处理越来越受到人们重视。两相厌氧消化工艺中水解酸化阶段和产甲烷阶段相对独立,具有更多的优势。本文介绍了两相厌氧消化工艺的发展过程和餐厨垃圾的特性,研究了国内外餐厨垃圾两相厌氧消化制沼气技术的进展情况,以期为我国餐厨垃圾的快速高效处理提供参考。     

餐厨垃圾厌氧消化的工艺比选研究

研究了餐厨垃圾两段法厌氧消化工艺与整体一段法的性能差异。两种工艺的累积产气量几乎不存在差异,产气率分别达到135．66L／kgVS和134．56L／kgVS。两种工艺相比,一段法的产气周期短,但是产气的稳定性不佳,在整个消化过程中产气量波动明显,规律性不明显。研究认为：对于餐厨垃圾的厌氧消化．整体一段法的产气周期短,工艺运行简单,应用到工业化生产上,一段法具有明显优势。     

餐厨垃圾特性及其厌氧消化性能研究

以校园餐厨垃圾为原料,分析测定了早餐、午餐和晚餐餐厨垃圾的总固体(TS)、挥发性固体(VS)、碳水化合物、蛋白质、脂肪含量以及无机盐离子浓度,并通过批式厌氧发酵试验对3种餐厨垃圾的厌氧消化性能进行了对比研究。结果表明,早餐餐厨垃圾特性与午餐/晚餐餐厨垃圾差异较大,Na+,Ca2+和Cl-含量高于后两者。餐厨垃圾不同特性对其厌氧消化产气及有机物去除率都有一定影响,早餐、午餐和晚餐餐厨垃圾的累积甲烷产量分别为212.2,331.6和362.4 ml/g,早餐餐厨垃圾产气量比午餐和晚餐餐厨垃圾分别低36%和41.4%,其中Cl-含量高可能是造成其产气量低的主要原因。     

有机负荷对厨垃圾厌氧消化系统稳定性的影响

厌氧消化是餐厨垃圾产业化处理的主流方式,酸化是影响餐厨垃圾厌氧消化过程稳定的关键,单位有机负荷是引起酸化的最主要因素.系统研究了不同单位体积有机负荷的产气情况.试验结果表明,在2.5～2.8kg TVS/(m3·d)单位体积有机负荷水平,全混合厌氧消化系统可以获得稳定的高产气率,达到2.55～2.68m3/(m3·d).当单位体积有机负荷进一步提高,系统内挥发性脂肪酸总量、pH值、碱度和沼气中甲烷含量急剧下降,体系迅速转向酸化.     

温度与负荷对餐厨与果蔬垃圾混合厌氧消化酸化产物的影响

研究了餐厨果蔬生物质垃圾以一定比例混合后,控制不同温度和不同进料负荷条件的厌氧消化反应,观察酸化效果,达到定向产乙醇和乙酸的目的。结果表明,餐厨与果蔬垃圾的配比以可挥发性固体质量4∶1(VS),F/M=4∶1(VS),反应温度为45℃,初始负荷以总固体TS质量浓度为60 g/L时的定向酸化性能最佳,体系的溶解态化学需氧量SCOD最终达到1 100 mg/(g·L),可挥发性有机物浓度VFA达到320 mg/(g·L),相比反应开始时分别增加了50%和150%。厌氧水解和酸化过程基本同步,乙醇和乙酸在所测定的中间产物中比例最大,分别达到56%和42%,并且其产生过程持续进行。35℃条件适合乙醇转化为乙酸,55℃条件会快速进行乙醇型发酵。     

混合比对市政污泥与餐厨垃圾二级高温共消化的影响

研究不同混合比下市政污泥与餐厨垃圾二级高温共消化的情况。实验分别采用污泥与餐厨TS之比为3∶1,4∶1,5∶1的3种混合比,主要考查了混合比对二级反应罐的影响。研究表明,不同的混合比对各反应罐达到稳定时出料的COD浓度、VS的含量及其去除率、日产气量以及产气中甲烷含量等都有一定的影响,混合比为3∶1,4∶1,5∶1的反应罐稳定时出料的COD浓度分别为13 500,10 000,23 000mg/L,混合比为4∶1时,出料COD浓度最低。稳定时VS的含量随着混合比的增加而升高,分别为0.034 7,0.039 6,0.045 6g/g物料,VS的去除率分别为42.8%,26.7%,5.2%;稳定时各反应罐的日产气量随着混合比的升高而降低,分别为12 000,5 500,4 500mL,产气中甲烷含量分别为92.49%,91.55%,88.69%。     

生物强化菌系添加量对不同食微比餐厨垃圾厌氧发酵性能影响

为考察生物强化菌系添加剂量对餐厨垃圾厌氧发酵性能影响,确定不同食微比（F/M）下最佳菌剂添加量,进行了批式厌氧发酵实验。以实验室已获得的丙酸产甲烷菌系为生物强化菌系,对不同F/M（0.5、1.0、2.0）进行生物强化,菌剂添加量设置为5%、10%、15%、25%、35%比,通过产气性能及中间代谢产物的对比,结合产甲烷动力学评价生物强化效果。结果表明：各剂量的生物强化均可促进餐厨垃圾产气,提高累积产甲烷率1 ~ 3倍;各F/M下,累积产甲烷率均随生物强化剂量增加而增大,35%的添加量产气效果最佳。就生物强化效率而言,3组F/M发酵中,F/M为1.0且菌系添加量为15%时,单位质量菌剂获得最大甲烷提升效率（1 706 mL/gVS_菌剂）;中间代谢产物分析显示,生物强化可促进丙酸和乙酸的降解,避免酸抑制,从而提高产甲烷能力。修正Gompertz模型对产甲烷潜力动力学分析表明,生物强化可以缩短不同食微比下的发酵延滞期,加快反应进程。     

餐厨垃圾与污泥厌氧发酵产气动力学特性研究

对餐厨垃圾、污水厂污泥以及餐厨垃圾与污泥混合甲烷发酵的产气能力与动力学特性进行了实验分析,餐厨垃圾在中温和高温发酵的产甲烷潜能分别是400和426 mL CH4?gVS−1,经过120℃、20 min蒸煮除油后的餐厨垃圾在中温和高温发酵的产甲烷潜能分别是418和531 mL CH4?gVS−1。经Gompertz模型计算,除油后餐厨垃圾的最大产甲烷速率Rmax比除油前提高了49.8%（中温）和19.0%（高温）,但餐厨垃圾中固体有机物的产甲烷速率变化不明显。在餐厨垃圾机械破碎匀浆过程中,部分固体有机物被液化,中、高温发酵产气过程的一级动力学呈现两阶段特征,液相有机物在中温发酵的产甲烷速率（速率常数k = 0.1955 d−1）略快于高温（k = 0.1543 d−1）;而固体有机物在高温条件下的产甲烷速率（k = 0.0804 d−1）快于中温（k = 0.0388 d−1）。除油后餐厨垃圾中的固体有机物和污泥高温发酵的产甲烷速率也快于中温发酵,表明高温发酵有利于提高固体有机物的产气速率。污泥的产气潜能较低,产气速率慢,与餐厨垃圾共发酵有助于调节碱度和防止发酵体系的酸化。     

稻壳与玉米秆高温厌氧发酵制备生物燃气潜力研究

研究了玉米秆和稻壳在固体浓度为6%时的高温（50℃）发酵性能,并分析了发酵过程中氨氮浓度、碱度及挥发性脂肪酸等参数的变化情况。结果表明,玉米秆和稻壳的挥发性物质产甲烷率接近,分别为（157.67 ± 3.00）mL/g VS和（155.83 ± 6.25）mL/g VS,挥发性物质去除率分别为（53.38 ± 0.81）% 和（42.67 ± 0.3）%。但稻壳相比于玉米秆无需粉碎,降低了输入能耗。发酵过程中氨氮浓度及挥发性脂肪酸数值低于抑制浓度,且碱度对发酵系统酸浓度变化具有很好的缓冲能力,可见玉米秆和稻壳适宜作为沼气工程的原料,并可在6%的固体浓度及高温条件下稳定发酵。     

Employment of Anaerobic Digestion Process of Municipal Solid Waste for Energy

Abstract

Jordan is a country with a population of about five million people. It is considered a developing country that is deficient in generating its own energy source, and it relies significantly on imports of fuels from other countries, which plays an important role in various environmental related problems and issues. Jordan is distinguished among the developing countries by its reasonable industrialization and significant agricultural activities. The amount of waste generated is on the increase due to a continuing significant increase in population and it currently faces pollution of its limited fresh water sources. To mitigate the current and future environmental problems facing Jordan due to fossil fuel use and associated environment problems, Jordan is taking into consideration steps including the utilization of the biogas technology to replace fossil fuel, since Jordan is a nation striving to meet the expected energy demand that grows annually by 6%. Studies of quantity per capita estimates Jordan's generated daily waste as 8,000 tons, which is comparable to that of most semi-industrialized nations. Of that, 3,200 tons is household waste and the rest of it is waste related to industry or agricultural. Much of the total waste is organic, which could be utilized through a process of anaerobic digestion and already has been in use for decades in industrialized nations to produce clean burning methane gas, electricity, fuel, and fertilizers. Anaerobic digestion process releases no greenhouse gases to the atmosphere. Jordan's generated daily waste is estimated around the same as that of most moderately developing nations. Most of the total waste is organic, which could be utilized through a process of anaerobic digestion that does not release greenhouse gases to the atmosphere. Renewable energy and energy conservation, if efficiently utilized, might help to meet the expected increase demand on energy that is growing rapidly. A combined facility (landfill operation and biogas plant) that is established in the capital of Jordan could help reduce the disposal and accumulation of biodegradable solid waste significantly; by 90%. This will help reduce emissions of green house gases (CO₂), reduce the dependency of foreign fossil fuel and would improve issues related to the general environment. This project would be self-supported. This project, if proved to be successful, would be an example that others will follow throughout.     

微量元素对蔬菜废弃物厌氧消化的促进效果

以蔬菜废弃物为原料的厌氧消化系统,由于原料的易酸化特性,在高负荷条件下易失稳,而低负荷的运行会导致较低的池容产气率。本研究采用自行设计的70-L厌氧发酵罐,在中温35℃条件下进行蔬菜废弃物厌氧消化的连续冲击负荷试验,根据气体成分（CH₄）的变化规律,添加微量元素（Fe, Co, Ni）以调控消化过程,使其由失稳状态恢复至稳定状态,旨在提高高负荷厌氧发酵的稳定性。研究结果表明,蔬菜废弃物中温厌氧消化系统的有机负荷率增大至2.0 g VS/(L•d)时,CH₄含量由50%降至40%,从第103天开始连续添加5天微量元素（Fe, Co, Ni）后,CH₄含量迅速恢复至50% ~ 55%的稳定状态,池容产甲烷率由0.38 L/(L•d) 增大至0.6 L/(L•d)左右并保持稳定。停止添加微量元素后,继续增大有机负荷率,厌氧消化系统稳定运行83天。当运行至第195天时（3.0 g VS/(L•d)）,CH₄含量再次出现下降趋势,由58.9%降至53.4%,添加3天微量元素后,CH₄含量再次恢复到55%以上的稳定状态。微量元素的添加可有效提高蔬菜废弃物厌氧消化的稳定性,能够快速恢复失稳的系统。     

铁刨花对餐厨垃圾厌氧发酵产酸的影响研究

研究了零价铁的存在对餐厨发酵产酸的影响。结果表明:当反应器中铁刨花添加量为30 g时,第11天时发酵液的VFA产量达到峰值45.8 g/L,较未添加铁刨花反应器的3.0 g/L提升了15.2倍,实现餐厨垃圾发酵体系在未进行人工调节大规模产酸。在资源化利用餐厨垃圾的同时,起到了巨大的环境保护作用。     

垃圾焚烧厂渗滤液厌氧处理的研究进展

焚烧是垃圾处理的主要方式,垃圾堆放贮存过程中产生的渗滤液具有高化学需氧量、高悬浮性固体和高盐分等特点,处理难度大,成本较高。厌氧消化是渗滤液处理的重要工艺,文中汇总了5种主流的厌氧工艺在垃圾焚烧厂渗滤液处理中的研究进展,分析了上流式厌氧污泥床（UASB）、膨胀颗粒污泥床（EGSB）和厌氧膜生物反应器（AnMBR）等工艺在处理垃圾渗滤液中的技术特点,探究了这些工艺的各种影响因素。针对碳酸钙沉淀导致管道堵塞,硫酸盐抑制微生物活性导致沼气产量下降,悬浮物浓度过高导致污泥流失等问题进行了分析。在文献分析的基础上,提出了厌氧工艺在垃圾焚烧厂渗滤液处理中的发展趋势,为工艺研究和技术开发提供新思路。     

不同预处理方式对芒萁、商陆厌氧消化性能的影响

采用酸（1.5% H₂SO₄）、碱（2% NaOH）、水热（180℃）三种方式分别对芒萁、商陆进行预处理,考查不同预处理方式对芒萁、商陆厌氧消化性能的影响。结果表明：不同预处理方式对原料木质素去除效果不同,去除率大小依次为碱处理 > 酸处理 > 水热处理,其中碱处理条件下芒萁木质素去除率为52.84%,商陆为48.62%。碱处理条件下原料甲烷产率亦最高,分别为芒萁134.62 mL/g VS、商陆260.40 mL/g VS,相比未处理分别提升53.62%、79.38%;稀酸和水热处理条件下芒萁木质素去除率较低,分别为23.61%、4.52%,商陆则分别为31.68%、5.67%。另外,稀酸和水热处理对芒萁产甲烷也有较好的提升作用,相比未处理分别提升33.08%、38.62%,但对商陆产甲烷并没有明显的改善作用（酸处理仅提升7.83%、水热处理降低3.42%）。相比酸处理和水热处理,碱处理具有更好的预处理效果,商陆比芒萁具有更好的产甲烷潜力。     

厌氧膜生物反应器处理有机垃圾渗滤液的COD去除率与膜过滤性能研究

考察厌氧膜生物反应器(An MBR)在依次改变膜过滤通量[7 L/(m²·h)、6 L/(m²·h)、5 L/(m²·h)、4 L/(m²·h)]运行下处理实际有机垃圾渗滤液的膜过滤性能,分析了膜污染后污染物阻力分布状况。在水力停留时间(HRT)为10 d、固体停留时间(SRT)为100 d、有机负荷(OLR)为5～6 g-COD/(L·d)的条件下运行104 d。实验结果显示,化学需氧量(COD)的去除率可以达到90%～93%,过滤通量增加后压缩泥饼层使COD去除率有所提高。在初始通量为6 L/(m²·h)下实现了较好的过滤性能,增加通量至7 L/(m²·h)后不可逆污染会快速形成,即使通量再降低至5 L/(m²·h),甚至4 L/(m²·h)后,膜过滤性能仍较差。通过膜清洗测定过滤阻力分布,结果显示泥饼层阻力占总阻力的52%,是造成膜污染的主要因素。降低运行通量对不可逆污染恢复效果差,需及时进行化学清洗,可通...