餐厨垃圾的高负荷厌氧消化稳定工艺及动力学研究

摘要

本课题以提高我国餐厨垃圾厌氧消化工艺的稳定性为目标。通过分析代表性区域餐厨垃圾主要理化特征的差异，研究预处理对餐厨垃圾均质化的影响，以及餐厨垃圾与绿化垃圾联合厌氧消化的运行效率、产气动力学分析，确立稳定、高效的餐厨垃圾厌氧消化工艺。主要工作内容和结论如下：
　　（1）依据我国“甜、咸、辣、酸”的饮食分布特征，收集典型城市冬、夏两季的餐厨垃圾，测定主要理化指标，统计分析差异性。使用化学计量学方法分析餐厨垃圾厌氧消化产气潜力。餐厨垃圾的固含率、挥发性固体含量和含盐量呈显著的地域间差异，而季节的差异不显著。地域和季节及其交互作用极显著的影响餐厨垃圾pH值变化。各地餐厨垃圾均属高含氮量有机垃圾，餐厨垃圾厌氧消化的理论产气量为900～1100mL/gVS。
　　（2）研究乙酸、超声波、热处理及其协同处理方法对餐厨垃圾均质化的影响，结果表明在40 KHz固定超声波频率下，160W超声强度、50℃加热预处理40分钟是促进餐厨垃圾中固含物水解或溶解的最合理工艺。
　　（3）以高碳氮比含量的绿化垃圾调配餐厨垃圾，研究生物气产率及有机质去除等厌氧消化稳定性指标变化。高浓度餐厨垃圾容易导致分批厌氧消化反应中止，而混合物料对厌氧消化有明显的正协同效应，最高累积产气率为484.3mL/gVS，是餐厨垃圾和绿化垃圾单独厌氧消化产气加权平均值的1.99倍。有机负荷为15.6gVS/L*d的混合物料半连续厌氧反应，平均产气率为7.7L biogas/Lwork*d。
　　（4）以绿化垃圾制备的纤维草渣调配餐厨垃圾厌氧消化的碳氮比，研究分批与半连续厌氧消化效率，并进行动力学分析，结果表明，不同材料制备的纤维草渣和餐厨垃圾混合分批厌氧消化产气规律相似，最大累积产气率为532.1mL/gVS，Euryarchaeota和未被分类的Archaea古细菌是厌氧消化不同阶段两类主要产甲烷古生菌，采用Bidoseresp模型可以很好的拟合分批厌氧消化的累积产气变化。依据半连续厌氧反应器的产气规律，建立了monondpower产气动力学模型。
　　（5）通过加装聚酰胺纤维搅拌桨改变反应器的搅拌方式，实验表明厌氧消化效率明显提高。分批实验的前15天累积产气量为总产气量的92.2％，有机质去除大于70%。在有机负荷为18.4gVS/L*d条件下，经均匀方实验优化搅拌参数，半连续厌氧反应器的生物气产率为10.8Lbiogas/Lwork*d.

目录

声明

第一章 文献综述

1.1 餐厨垃圾

1.2 厌氧甲烷化技术

1.3 餐厨垃圾厌氧消化工程中存在的问题

1.4 本课题总体思路和研究内容

第二章 中国代表性城市餐厨垃圾特征及生物气转化潜力分析

2.1 引言

2.2 材料方法

2.3 结果讨论

2.4 本章小结

第三章 预处理方式对调整餐厨垃圾理化性质的研究

3.1 引言

3.2 材料方法

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 餐厨垃圾与城市绿化垃圾联合厌氧消化的稳定性研究

4.1 引言

4.2 材料方法

4.3 结果讨论

4.4 本章小结

第五章 餐厨垃圾与绿化垃圾制备的纤维草渣联合厌氧消化研究

5.1 引言

5.2 材料与方法

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

第六章 聚酰胺纤维搅拌方式对提升厌氧反应器稳定性的研究

6.1 引言

6.2 材料方法

6.3 结果讨论

6.4 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 主要创新点

7.3 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢