餐厨垃圾与脱水污泥联合厌氧消化产甲烷实验研究

摘要

餐厨垃圾和城市污水处理厂脱水污泥都是城市固体垃圾的重要组成部分，且产生量逐年增加。餐厨垃圾含水率高(75％～95％)、油脂含量也高(粗脂肪占餐厨垃圾干燥物的21.82％)，收集、运输和处理难度大，且易腐烂发臭、滋生病原菌，对周边环境和地下水造成污染，造成疾病的传播。餐厨垃圾有机质含量高，含氮、磷、钙等营养元素，资源化回收再利用价值高。城市脱水污泥含水率很高（85％左右），容易腐烂产生臭味，含有大量病原菌和寄生虫卵，另一方面工业废水污泥还含有铬、汞等重金属和一些难降解的有毒有害物质，如不合理处置，会对地下水和土壤等造成二次污染。由此可见，开发经济高效的餐厨垃圾资源化技术是当前急需解决的任务。
　　厌氧消化技术是指在厌氧（无氧）条件下，利用厌氧微生物将复杂的大分子有机物转化成甲烷、二氧化碳、水、硫化氢和氨等简单化合物的过程，是将有机废弃物转化为可利用资源的一种处理技术。由于餐厨垃圾有机质含量高且易降解，具有高产甲烷潜能，但由于水解酸化阶段快，容易造成有机酸积累，导致系统pH值下降，抑制产甲烷菌的活性，系统的稳定性能差。而脱水污泥有机质多为难降解性物质，水解酸化阶段是限速阶段，进入产甲烷阶段慢，又因为碳氮比较低，易形成氨抑制作用，所以脱水污泥厌氧消化时甲烷产率较低。两者联合厌氧消化以期望有效提高系统稳定性和产气性能。
　　本论文选取食堂餐厨垃圾和城市污水处理厂脱水污泥为处理对象，接种污泥为污泥处理厂厌氧消化污泥，餐厨垃圾与城市脱水污泥按不同VS比例混合，采用半连续式进料方式进行中温厌氧消化，反应温度为37℃，振动频率为150 rpm。将餐厨垃圾与城市脱水污泥按VS混合比例分别为1∶0，0∶1，3∶1，1∶1，1∶3进行联合厌氧消化。首先系统研究厌氧消化的性能，具体参数包括:产气性能、有机酸浓度、TS/VS、热值等。然后采用TG/DTG和FTIR技术表征厌氧稳定化过程，并考查厌氧消化残渣的热解和燃烧特性。取得了以下几方面的结论:
　　(1)随着混合基质中餐厨垃圾所占比例增大，消化系统的产气速率和甲烷产率随之增大，所产气体中甲烷的含量降低。向污泥厌氧消化系统中添加餐厨垃圾可以在保持消化反应器体积不变的前提下，大幅提高有机负荷和单位体积反应器产气量。
　　(2)有机降解率随混合基质中餐厨垃圾所占比例的增加而呈增大趋势，餐厨垃圾与脱水污泥混合比例为1∶0、3∶1、1∶1、1∶3和0∶1时VS去除率分别为76.47％、58.63％、47.96％、31.25％和19.49％。
　　(3)消化系统内VFA含量、氨氮浓度都随餐厨垃圾所占比例的增加而下降，VFA积累和氨抑制分别是影响餐厨垃圾和污泥单独厌氧消化稳定性的重要因素，因此餐厨垃圾与污泥联合厌氧消化降低氨氮的浓度，显著提高系统稳定性。
　　(4)用FTIR和TG/DTG方法表征厌氧消化稳定化过程，发现向污泥厌氧消化系统中添加餐厨垃圾后，能提高消化污泥的稳定程度和热解速率并且减少了燃烧残渣。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 餐厨垃圾概述

1．1．1 餐厨垃圾的来源及特点

1．1．2 餐厨垃圾的主要处理技术

1．2 城市脱水污泥概述

1．2．1 城市脱水污泥的来源和特点

1．2．2 常规的污泥处理处置技术

1．3 厌氧消化技术概述

1．3．1 厌氧消化的基本原理

1．3．2 厌氧消化过程的影响因素

1．3．3 联合厌氧消化技术

1．3．4 国内外联合厌氧消化技术研究现状

1．4 课题研究内容、目的和意义

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究目的和意义

2 餐厨垃圾与城市脱水污泥联合厌氧消化研究

2．1 引言

2．2 实验装置和材料

2．2．1 实验装置

2．2．2 实验材料

2．3 实验方案和分析方法

2．3．1 实验方案

2．3．2 分析方法

2．4 结果与讨论

2．4．1 原料和接种泥的工业分析、元素分析和热值分析

2．4．2 不同基质厌氧消化产气情况分析

2．4．3 反应器中消化液分析

2．4．4 能量平衡计算

2．4．5 系统性能参数综合分析

2．4 本章小结

3 厌氧消化过程中TG／DTG和FTIR的表征分析

3．1 引言

3．2 实验材料与方法

3．2．1 实验材料

3．2．2 分析方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 FTIR方法表征厌氧稳定化过程

3．3．2 热重分析(TG／DTG)方法表征厌氧消化稳定化过程

3．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢