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餐厨垃圾中温厌氧消化处理特性研究

文档作者：田舒婷，吴阳春，柯水洲文档来源：湖南大学土木工程学院		点击数：	更新时间： 2024年02月27日
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2011年第5期(总第68期)
协濠占芋钍
ENERGY AND ENERGY CONSERVATlON 2011年5月
囊．靶搏交疆溪
餐厨垃圾中温厌氧消化处理特性研究
田舒婷，吴阳春，柯水洲
(湖南大学土木工程学院。湖南长沙410012)
摘要： 中温厌氧消化处理餐厨垃圾能耗小、二次污染少．且能产出清洁能源。具有良好的环境效益和经济效益。叙述了进水
COD浓度变化时垃圾中温厌氧消化处理的特性：，指出，进水容积负荷变化时，反应系统中不出现酸化现象。随着进水有机浓度的
提高，整体上COD去除率虽有所下降，但基本保持在95％以上；UASB反应器中产气量随进水有机浓度的增大呈增长趋势。
关键词： 餐厨垃圾；中温厌氧消化处理；进水有机浓度；COD去除率；产气量
中图分类号：X705 文献标识码： A 文章编号：2095-0802一(2011)05旬055m3
The Study on the Specific Property of the Warm Anaerobic Digestion
Processing in Meal Kitchen Trash
TIAN Shu—ting，WU Yang-chun，KE Shui—zhou
(Civil Engineering Institute，Hunam University，Changsha 410012。Hunan，China)
Abstract：The warm anaerobic digestion deals with meal kitchen trash in the way that small energy consumed and few two-times polluted，
and Can deliver the clean energy．It has fine environmental benefit and economic efficiency．Through the experiment which studied the
characteristic of trash warm anaerobic digestion processing with entering water’s COD density changing。this article show that when the
volume of entering water load changed，no acidified phenomenon appeared in the reaction system．Along with enhancement of entering
water organic density．the COD elimination rate drops in the n188s，but basically placed over 95％．In the UASB reactor。gas production
rate flssume8 the growth movement along with enlargement of entering water’S organic density overall．
Key words：meal kitchen trash；warm anaerobic digestion processing；entering water’8 organic density；COD elimination rate；gas
production rate
0 引言
餐厨垃圾指饭店宾馆、企事业单位食堂、食品加工厂、
家庭等加工消费食物过程中形成的残羹剩饭、过期食品、
下脚料、废料等废弃物。中国城市固体废弃物中有机物占
37．5％，其中，餐厨垃圾约占31．O％。可见，餐厨垃圾在中
国城市固体垃圾中所占比重较高。且这一比例随着经济社
会的快速发展及人民生活水平的显著提高将会进一步增
高¨矗1。日益增长的城市生活垃圾不仅侵占了大量的土地
资源，也严重污染了地下水及周边环境，严重影响了居民
的人居环境和身心健康。因此，餐厨垃圾如何处理及处置
是中国城市发展面临的重要问题。
l 餐厨垃圾的特性
餐厨垃圾的特点主要体现为：a)含水率极高，一般能
达到80％一90％，且流动性大，易渗漏，不便于收集运输，
易降解，若处理不当容易造成二次污染；b)粗蛋白、粗纤
维、碳水化合物等有机物含量高，富含N。P，K，Ca及各种
微量元素，具有很大的回收利用价值；6)餐厨垃圾中油
收稿日期：201l-03-01
第一作者简介：田舒婷．1990年生，女．山西太原入，湖南大学土
木学院环境保护工程专业．在读本科生。
类、盐类的含量高，对资源化产品品质影响较大，需要妥善
处理；d)餐厨垃圾容易腐烂变质，散发恶臭气体。且易滋
生蚊蝇、病菌，引起各种疾病。
2餐厨垃圾处理的途径
目前，餐厨垃圾的处理有传统的粉碎直排、饲料化处
理、卫生填埋、焚烧处理以及资源化堆肥化处理、厌氧生物制
氢和厌氧消化等技术。厌氧消化处理技术相对于其他处理
技术具有很多优势。餐厨垃圾含水率(10％一20％)适合微
生物的厌氧发酵。不需要进行水分调节，可回收利用沼气，发
酵后的沼渣和沼液中的营养物质仍可利用；C／N比(10％一
25％)处于厌氧发酵的最适范围(20％一30％)；厌氧发酵在
密闭容器内进行，不会产生恶臭气体污染空气，对周围环境
影响较小。因此，厌氧消化技术诞生以来受到普遍重视，各
国都投入大量的人力物力进行研究和试验¨刮。
3 中温厌氧消化处理的特性
中温厌氧消化技术指温度控制在30℃一38℃时进
行的垃圾厌氧消化处理技术。
3．1有机负荷的变化
UASB反应器经模拟餐厨垃圾废水(COD为
4 000 mg／L)驯化完成后，进行中温条件下餐厨垃圾厌氧
·55·
万方数据
2011年第5期缸；夏占辛钍201 1年5月
消化试验研究。为保证反应器的稳定运行，维持驯化阶段
的水力停留时间HRT为24 h，进水COD初始浓度设定为
5 000 mg／L，试验过程中逐步提高反应器进水COD浓度。
当反应进行到第88天时，进水COD浓度提升到
14 000 mg／L，此时，维持进水COD浓度不变，改变水力停
留时间减小有机容积负荷。整个试验阶段反应器内主要
试验参数见表l。．
表1 UASB反应器处理模拟餐厨垃圾废水主要试验参数
运行天数HRT 进水COD浓度COD容积负荷
d h mg／L g／(L·d)
O～13 24 5()00 5．00
13～26 24 6 000 6．00
26～42 24 8 000 8．00
42—55 24 lO 000 10．00
55—70 24 12 000 12．00
70～88 24 14 000 14．00
88～98 36 14 000 9．33
98～108 48 14 0()0 7．00
3．2 pH值的变化特性
pH值是餐厨垃圾厌氧消化过程中的重要影响因素之
一，pH值的大小不仅影响反应器内厌氧微生物的代谢与
活性，也能反应出系统中酸碱物质的动态平衡状态。因
而，反应过程中维持反应器内一定的pH值对整个厌氧消
化过程至关重要。一般情况下，厌氧消化所应控制的最佳
pH值为6．50—7．80。
图l为模拟餐厨垃圾废水消化降解过程中，进出、水
pH值随进水浓度及反应时间的变化曲线。
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运行时间／d
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——进水COD浓度一一进水pH值——出水pH值
图1降解过程中进、出水pH值的变化曲线
由图l可以看出，反应器运行初期，出水pH值基本维
持在6．94—7．31范围，且波动不明显。此时，反应器内的
厌氧微生物代谢生长状况良好。随着厌氧微生物对餐厨
垃圾废水适应性的逐渐增强，当进水COD容积负荷提高
到12 g／(L·d)时，出水pH虽略呈下降趋势但仍基本维持
在6．89以上，仍处于产CH。菌最佳生长pH值范围内，反
应系统未出现酸化现象。其原因是：
a)餐厨垃圾废水中含有足够的碳酸氢盐碱度，能中
和反应过程中产生的挥发性脂肪酸(PK。约为4．8)，有效
避免因VFA的积累造成pH值下滑。相反，随着反应的进
·56．
行，CH。菌不断利用降解有机酸生成CH。，有机酸含量降
低，pH值上升。当反应体系中有充足的碳酸氢盐碱度存
在时，会发生式(1)的反应， CI-13COOH+Na++HC03一棚COO一+Na++c02+心O；(1)
b)餐厨垃圾废水中富含蛋白质等有机物质，蛋白质
很容易被蛋白水解酶水解形成氨基酸。氨基酸进一步被
微生物转化脱氨方式产生CH，，NH4+的形成会使PH值上
升。倘若蛋白质的水解与脱氨过程在一定的水力停留时
间内完成，整个厌氧消化过程将在酸性的进水条件下持续
稳定地进行，形成NH；发生式(2)、式(3)反应，
ROHNH2COOH+2I|20—Rc00H+N地+Cq+2tt2，(2)
NH，+H20+C02_+NH4+HC03一， (3)
反应到第70天时，进水COD容积负荷提高到14 g／(L·d)，
出水pH值突然持续下降。分析原因可能是蛋白质在厌氧
消化过程中形成CH，，大量游离CH，的积累具有很强的毒
性，会抑制产CH。菌的生长，导致产酸微生物占较大优势，
反应器内出现VFA的积累，造成pH值下滑。
3．3 CoD去除率的变化特性
图2反映了模拟餐厨垃圾废水消化降解过程中．COD
去除率随进水有机浓度及反应时间的变化曲线。
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运行时间／d
——进水cOD浓度——COD去除率
图2降解过程中COD去除率的变化曲线
由图2可以看出，随进水有机浓度的提高及消化反应
的持续，整体上COD去除率有所下降，但基本上保持在
95％以上。这是因为进水中的有机物质不能完全被消化
降解，且消化降解幅度劣于进水有机浓度提升幅度。在厌
氧消化反应初期，进水有机浓度比较低(COD在6 000
mg／L以下)，出水COD基本达到100 mg／L以下。可达到对
应项目的排放要求。当反应到第29天，进水浓度COD提
高到8 000 mg／L时，出水COD出现短暂的升高，为391．1
ms／L，随后又开始下降并趋于稳定，这可能是进水负荷提
升过大所致。在反应后期，有机浓度进一步提高，达到
12 000 mg／L时，测得迸水pH值小于7．0，进水样开始呈弱
酸性，但UASB反应器的出水效果较好，COD去除率仍有
9r7％以上，表明，餐厨垃圾废水在进入反应器前形成了一
定的预酸化作用。在预酸化反应器中存在大量的水解酸
化菌，可有效地降解餐厨垃圾废水中复杂的高分子有机
物，形成可溶性易降解物质，同时，去除部分有机物质。当
万方数据
2011年第5期田舒婷．等：餐厨垃圾中温厌氧消化处理特性研究201 1年5月
反应到第73天时，进水有机浓度达到14 000 mg／L，出水
pH值突然下滑，造成COD去除率明显下降，这可能是进
水负荷过高，使反应器内抑制物质不断积累，影响厌氧微
生物的代谢能力。
由此可见，控制进水有机负荷在一定范嗣内，厌氧微
生物可降解高浓度的餐厨垃圾废水，且降解效果明显。
3．4产气■的变化特性
图3为模拟餐厨垃圾废水厌氧消化降解过程中，产气
量随进水有机浓度及反应时间的变化曲线。
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——进水COD浓度一一产气量⋯产cH．量
图3降解过程中产气量的变化曲线
由图3可以看出，随进水有机浓度的提高，UASB反应
器中产气量从整体上呈增长趋势。在消化降解过程前期，
由于餐厨垃圾进水浓度低。产气量相对比较少。处在3．06
L／d一5．22 L／d之间波动。随着有机浓度的提高，尤其是
进水COD浓度提高到10 000 mg／L时。产气量大幅度增
长，达到13．80 L／d，产CH。量为6．76 L／d，此时产CH．率
为49％，表明，反应器内厌氧微生物生长状况良好，产CH．
菌代谢活性高，产气性能强。但是，进水有机浓度提高到
14 000 mg／L时，由于反应器内积累了大量抑制物，对厌氧
微生物产生毒害作用的同时，反应器内酸碱动态平衡失
调，产气量减少，只有6．84 L／d。
4 结语
在中温条件下．通过对UASB高速厌氧反应器消化降
解模拟餐厨垃圾试验研究，得到的结果是，a)pH值是餐
厨垃圾厌氧消化过程中最关键的操作参数之一，反应器运
行初期，出水pH值基本维持在6．94—7．3l范围，且波动
不明显。随着进水COD容积负荷逐步提高到12
g／(L·d)，出水pH虽略呈下降趋势但基本维持在6．89以
上，仍处于产CH。菌最佳生长pH值范围内，反应系统并
未出现酸化现象；b)随进水有机浓度的提高及消化反应
的持续，整体上COD去除率有所下降，但基本上保持在
95％以上；e)对于高速厌氧反应器而言，产气量及产CH．
量是衡量该工艺实际生产能力的重要指标之一。随进水
有机浓度的提高，UASB反应器中产气量整体上呈增长趋
势。在消化降解过程前期，产气量相对比较少，处在
3．06 L／d一5．22 L／d之间波动。随着有机浓度的提高，尤
其是在进水COD浓度提高到10 000 mg／L时，产气量大幅
度增长，达到13．8 L／d。
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(责任编辑：耿建华)
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持可持续发展的国情要求；c)对电力系统来说，能够不断
地丰富它的内涵．并在不断地研究改进中发现更好的节能
方法；d)能够提高供电电压的质量。合理的应用它作为
调压手段或方法。可以让电网电压维持在允许的范围内，
使电压总处于一个稳定的状态，避免了电压的大幅度
波动。
4结语
通过对配电变压器无功功率的剖析。我们可以从不同
的角度看到它的重要性，而在具体的应用中，也可以通过
一种或者多种方法的选择来进一步提高它的效率，从而更
好地为社会创造更多的价值。
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