厨余垃圾厌氧发酵工艺的研究.doc

厨余垃圾厌氧发酵工艺的研究随着城市化的发展和人民生活水平的提高城市垃圾的产生量在不断上升这些持续增加的生活垃圾已成为困扰城市发展、污染市容环境的主要问题。我国餐饮业发达人们的饮食习惯和就餐方式使得餐厨垃圾的排放量要比西方发达国家大很多占城市生活垃圾的比例约为37%~62%且发生量有越来越大的趋势。餐厨垃圾属于较特殊、难处置的一类城市垃圾具有水分和油脂含量高的特点如果直接混入生活垃圾会使城市生活垃圾的含水率升高和热量值下降而得不到妥善的处理和合理利用;具有有机质含量高易腐败发臭滋生病菌和富含氮、磷、钾、钙以及各种微量元素再利用价值高等特点。因而如果不妥善处理会造成病原菌的传播对环境有严重影响同时造成有机物的浪费[1-3]。本文在对国内外餐厨垃圾的各种处理方法和技术措施进行综合分析的基础上提出了一种实现餐厨垃圾“三化”目标的工艺措施。1、发酵原料1.1厨余垃圾物料组分特性华中农业大学创新基金资助项目(项目编号:62204-06078):宗望远(1969-)男副教授主要从事农业废弃物利用方面的研究工作。E-mail:zwyzzx@sina厨余垃圾取自华中农业大学学生食堂。分别取学生1~4食堂的早、中、晚厨余垃圾各1千克。食物组分大致为:米饭、面食约占60%蔬菜约占30%肉类约占10%。取样后先手工分拣出骨头、鱼刺及废弃餐具等杂物再用食品搅拌机搅拌、混合以增大样品表面积提高其流动性。对样品进行如下指标的分析与测试。⑴总固体含量(TS)的测定。TS的测定采用烘干法。将蒸发皿洗净放入烘烤箱经过105℃~110℃烘干致恒重。取适量样品称重计为W1(g)放入蒸发皿中在干燥箱内经过105℃~110℃烘干致恒重称重计为W2(g)。则TS=w2/w1*100%。⑵挥发性固体含量(VS)的测定。VS的测定采用灼烧法。将TS测定后的样品和蒸发皿一起置于马弗炉中(重W2)经过600℃的高温灼烧1h冷却后取出称重计为W3(g)。VS(TS%)=(W2-W3)/W2*100%。⑶含水率(P)。P=1-TS⑷灰分。灰分=1-VS⑸总碳C。通过测定其挥发性固体量乘以47%得碳的总量。即C=VS*47%⑹总氮N。试样浓硫酸加热消解消解后的试样使呈碱性蒸馏出氨硼酸溶液吸收硫酸标准溶液滴定。⑺总磷P。测定方法为钼锑抗比色法仪器为分光光度计测试标准为中华人民共和国城镇建设行业标准GJ/T3018.9-93。⑻金属离子。取样品经30min400rpm高速离心后用原子吸附法测定。在2009年3月15号开始的一个月时间内每周三、周日各取样测定两次连续四周测量的平均结果如表1。表1厨余垃圾理化性质项目含水率TSVS灰分CPNKNaCaPH平均值76.3;23.782.417.638.730.251.961.441.171.066.831.2发酵原料的制备厨余垃圾中含有较高的盐分而且厨余垃圾的厌氧消化过程中甲烷菌对盐类较为敏感尤其是当钠盐的浓度突然增加时厌氧消化的正常运行会受到较大冲击。资料表明当厌氧消化中钠盐的浓度小于5g.L-1时厌氧消化进程不会受到抑制但是当钠盐的浓度大于5g.L-1时甲烷菌的活性受到明显抑制。因而须采取措施降低Na+离子浓度。无机矿物质膨润土对Na+离子有较强的吸附性能吸附量可达13.75%。同时膨润土还可以释放大量的Ca2+、Mg2+离子这两种离子可以改变厌氧微生物细胞的通透性使微生物可以选择性地吸收自身所需要的营养成分被称为是厌氧微生物的能量促进剂。实验表明按质量比总固体含量(TS):膨润土为10:1的比例在厨余垃圾中投放膨润土可以有效消除Na+离子对甲烷菌活性的影响提高产气率。2、工艺方案研究2.1工艺路线选择厌氧发酵过程可以分为三个阶段。第一阶段为水解阶段厌氧菌根据所分解的对象可以分为纤维素分解菌、脂肪分解菌和蛋白质分解菌它们分别把多糖分解为单糖蛋白质分解为肽和氨基酸脂肪分解为甘油和脂肪酸。第二阶段为酸化阶段由产酸细菌和某些梭状芽孢杆菌等将单糖类、肽、氨基酸、甘油、脂肪酸等物质转化成简单的有机酸、醇以及二氧化碳、氢、氨和硫化氢等其主要的产物是挥发性脂肪酸其中以乙酸为主约占80%。第三阶段为产甲烷阶段产甲烷菌将有机酸、醇以及二氧化碳和氨等物质分解为甲烷和二氧化碳或通过氢还原二氧化碳的作用形成甲烷。有机废弃物厌氧消化技术根据发酵阶段控制方法的不同可分为两段法厌氧消化工艺和整体一段法厌氧消化工艺。根据发酵料液的TS浓度的不同又可分为干式发酵法(TS为20%-40%)和湿式发酵法(TS15%)两类。经过比对分析认为:如果采用湿式厌氧消化处理厨余垃圾搅拌设备和脱水设备能耗很大同时稀释用水消耗量大增加了沼液的处理投资明显增加工艺的运行成本。而干式法是在保持原料初始状态条件下进行厌氧发酵仅