厨余垃圾混合厌氧消化及动力学模型初探

摘要

厨余垃圾具有产生量较大、成分复杂及容易腐烂发臭等特性，如处置不合理会产生一系列的影响：严重危害城市环境、破坏城市景观，传播疾病威胁人类的生命安全。其次，由于畜禽奶品以及相关制品需求的增加，带动了规模化的养殖场和养殖小区不断增加，畜禽的粪便和污水排放量也随之增加，养殖污染问题越来越突出。因此，在能源短缺的今天，采用厌氧消化技术处理厨余生活垃圾以及畜禽养殖废物，既可以解决厨余垃圾和畜禽废物污染环境的问题，又可以产生清洁能源和有机肥料，从长远看，还可以获得可观的经济效益。
　　 本试验采用自行设计的CSTR厌氧反应装置，在中温36℃条件下厌氧消化处理厨余生活垃圾及畜禽养殖废物(猪粪)。通过试验，对厨余垃圾和畜禽养殖废物(猪粪)混合厌氧消化运行特征及效果进行了分析，研究了厨余垃圾厌氧消化过程中发酵液pH、碱度、VFA、氨氮、原料产气率以及甲烷含量在不同有机负荷下的厌氧消化运行效果及产能情况。
　　 通过试验数据的分析得出了厨余垃圾与猪粪厌氧发酵过程中pH、碱度、VFA、氨氮、产气效率及甲烷含量随不同有机负荷的变化趋势。从pH、碱度、VFA、氨氮、产气效率及甲烷含量多个方面考察了最适合厨余垃圾与猪粪厌氧发酵的VS有机负荷。
　　 本试验基于CSTR厌氧反应器和一级动力学反应建立了厨余垃圾厌氧反应动力学模型，并结合试验数据，通过曲线拟合得出最大原料产气率ym=622.75ml·g-1。在拟合出厨余垃圾厌氧发酵反应的一级反应常数k=0.081d-1的情况下，计算得出当产气率达到最大原料产气率的70％和80％的HRT分别为29和48天。该模型可以应用于厨余垃圾与畜禽养殖废物(猪粪)的混合厌氧消化过程工艺参数的优化。