预处理对餐厨垃圾厌氧消化的影响研究进展

对餐厨垃圾进行厌氧消化处理可以有效规避填埋和焚烧等传统方式带来的环境污染风险,实现餐厨垃圾的资源化和无害化,但餐厨垃圾厌氧消化的水解步骤通常被认为是整个厌氧消化的限速步骤。一些物理、化学、生物和复合的预处理手段,可以达到减小餐厨垃圾颗粒粒径和增强可溶性的目的,进而促进餐厨垃圾的厌氧消化。通过阐述各种餐厨垃圾预处理原理,总结其对厌氧消化的影响,并提出了未来餐厨垃圾厌氧消化预处理的发展方向。     

我国餐厨废弃物厌氧消化技术的物质流分析

针对我国目前进行的餐厨废弃物资源化与无害化试点城市建设,以广泛采用的厌氧消化技术为研究对象,进行物质流分析,评价了其资源化利用情况。得出:我国餐厨废弃物厌氧处理技术资源化产品仅为输出物质的23.7%,废渣和废水占输出的76.3%;餐厨废弃物无害化处理率平均为73.5%,资源化利用率平均为24.4%。最后,针对餐厨废弃物厌氧消化废水废渣产量大、资源化利用率低等问题,提出将沼液沼渣合理利用,将垃圾分类就地处理以及改进厌氧消化技术等措施。     

蒸汽爆破对污泥和餐厨垃圾联合厌氧消化的促进效果

鉴于蒸汽爆破（简称"汽爆"）预处理对污泥和餐厨垃圾联合厌氧消化的影响还鲜有报道,为探讨汽爆预处理对污泥和餐厨垃圾联合中温厌氧消化的促进效果及经济可行性,利用小型发酵罐在35℃下开展了未预处理污泥和餐厨垃圾联合消化、汽爆污泥单独消化、汽爆污泥和餐厨垃圾联合消化的试验,并进行能耗分析.结果表明,未预处理污泥与餐厨垃圾联合消化阶段,VS（挥发性固体）去除率为33.9%,沼气产率为311.0 mL/g（以投料VS计）;汽爆污泥单独消化阶段,VS去除率和沼气产率均略高于未预处理污泥与餐厨垃圾联合消化阶段,但反应器ρ（NH₄+-N）过高,影响产气稳定性,沼气φ（CH₄）较低.汽爆污泥与餐厨垃圾联合消化阶段,VS去除率和沼气产率分别达到49.5%和420.5 mL/g,显著优于未预处理联合消化阶段.能耗分析表明,预处理的升温过程使汽爆预处理整体能耗偏高,但若能有效回收70%的热量,则汽爆预处理可提高污泥-餐厨垃圾联合中温厌氧消化工艺3.34 kW·h/t（以污泥量计）的能量产率.研究显示,汽爆预处理可提高污泥和餐厨垃圾联合中温厌氧消化工艺35.2%的沼气产率,但由于预处理能耗较高,预处理过程中热能的有效回收是汽爆预处理应用于污泥和餐厨垃圾联合中温厌氧消化经济可行的关键.      

污泥与餐厨垃圾联合厌氧消化产甲烷研究进展

污泥的厌氧消化技术是实现污泥稳定化、资源化、无害化的重要途径,然而污泥的单独厌氧消化技术存在一些弊端,如有机质转化效率低、停留时间长、沼气产量低等,将污泥与餐厨垃圾联合厌氧消化则可以提高厌氧消化的效率,增强系统稳定性与产气性能。介绍了污泥与餐厨垃圾联合厌氧消化的协同效应,重点阐述了碳氮比(C/N)、有机负荷率、温度、p H值等因素对污泥与餐厨垃圾联合厌氧消化的影响,并对污泥与餐厨垃圾联合厌氧消化技术的研究及应用进行了展望。     

大庆市餐厨垃圾厌氧处理工艺条件的研究

根据大庆市餐厨垃圾成分特征,对大庆市餐厨垃圾预处理工艺进行介绍,进一步对大庆市餐厨垃圾厌氧消化工艺条件进行对比分析,得出“中温、湿式”厌氧消化工艺适合于大庆市餐厨垃圾处理,以实现大庆市餐厨垃圾的无害化、减量化和资源化。     

高温预处理强化污泥与餐厨垃圾共消化

污泥和餐厨垃圾共消化具有提高污泥稳定化的作用,为进一步强化污泥与餐厨垃圾共消化效果,提出高温预处理强化污泥与餐厨垃圾中温厌氧共消化的运行策略,并从宏观和微观2个层面探讨了共消化系统的运行机制。结果表明：污泥与餐厨垃圾经过1 d高温预处理后,其SCOD/TCOD从33.9%提高到65%;中温厌氧消化时的甲烷产率和有机物去除率高达0.54 L/g和78.8%(SRT=20 d)、0.76 L/g和56.6%(SRT=15 d),略高于某实际餐厨废弃物及市政污泥协同处理项目一期的0.53 L/g和53.5%,该项目采用150～170℃高温、1 MPa高压热水解进行预处理;采用Illumina MiSeq测序技术得出水解酸化菌属如Porphyromonadaceae、Draconibacteriaceae、Eubacterium和Romboutsia在高温预处理后的共消化系统中得到富集,促进了系统的水解和产酸过程,为系统中产甲烷菌Archaea提供了丰富的基质,强化了污泥与餐厨垃圾共消化产气效果。     

污泥和餐厨垃圾联合干法中温厌氧消化性能研究

采用完全混合式反应器R1～R5(进料脱水污泥与餐厨垃圾的湿重混合比分别为1:0、4:1、3:2、2:3和0:1),在半连续运行的状态下,考察了停留时间(solid retention time,SRT)为20 d时脱水污泥和餐厨垃圾混合干法厌氧消化的产气性能、有机质降解性能和系统稳定性.结果表明,随着进料中餐厨垃圾所占比例的增大,系统的产气率和甲烷产率呈上升趋势,产气中甲烷含量呈下降趋势,污泥中添加餐厨垃圾有助于在利用原有消化罐容积的前提下显著提高有机负荷和体积产气率.餐厨垃圾比例越大,混合物料的水解速率常数越大,有机质降解率越高,R1～R4中有机质水解速率常数分别为0.25、0.61、1.09和1.56 d-1,有机质降解率分别为37.4%、50.6%、60.7%和68.2%,水解速率差异是导致VS降解率不同的主要原因.随着餐厨垃圾比例的增大,系统内pH、总碱度(total alkalinity,TA)、总氨氮(total ammonia nitrogen,TAN)和游离氨氮(free ammonianitrogen,FAN)呈下降趋势,当污泥中添加的餐厨垃圾提高60%时,系统内pH、总碱度、总氨氮和游离氨氮分别下降6%、16%、22%和75%.游离氨和Na+分别是影响污泥和餐厨垃圾单独干法消化稳定性的重要因素,污泥和餐厨垃圾混合消化可降低潜在抑制性物质的浓度,显著提高系统稳定性.     

餐厨垃圾厌氧消化过程氨氮抑制及缓解办法综述

"湿热预处理+厌氧消化"是我国餐厨垃圾处理的主流工艺路线。经湿热预处理后,固形物的C/N下降,导致厌氧消化反应器出现氨氮抑制而不能稳定运行,严重时甚至出现运行失败。因此,寻找并提出有效缓解氨氮抑制的方法和途径,对于餐厨垃圾厌氧消化的正常稳定运行具有重要意义。通过文献调研阐明了餐厨垃圾厌氧消化出现氨氮抑制的微生物机理,总结了缓解氨氮抑制的相关方法,包括提高物料C/N、运行参数优化、氨氮去除和微生物驯化,提出了未来缓解氨氮抑制的研究方向,为餐厨垃圾处理的实际工艺改进提供科学思路。     

餐厨垃圾特性及处理技术分析

餐厨垃圾具有危害性与资源性并存的双重特点。为高效处理餐厨垃圾,并实现其资源化和能源化利用,从餐厨垃圾处理、环境保护、变废为宝的角度出发,论述了餐厨垃圾的基本特性,综合分析餐厨垃圾处理技术的概念、优缺点及研究现状,并对餐厨垃圾处理新技术进行了展望。将常规的处理技术归纳为非生物技术(如卫生填埋、焚烧、机械粉碎直排、脱水饲料化、真空油炸饲料化)和生物技术(如厌氧消化、好氧堆肥、蚯蚓堆肥)两类。     

矿物材料预处理对餐厨垃圾高温厌氧消化过程的影响

选用4种矿物材料对400g餐厨垃圾在35℃下进行4h好氧预处理,比较了预处理前后餐厨垃圾水解率的变化,并且详细研究了预处理对餐厨垃圾高温厌氧消化过程及产沼气效果的影响.结果表明:在同等条件下,添加矿物材料可以有效促进餐厨垃圾的水解,其中添加1.25%(质量分数,以餐厨垃圾湿基计)膨润土和添加2.5%轻烧MgO的处理水解率分别达到了96.79%和96.51%.轻烧MgO有效地缓解了餐厨垃圾由于酸化引起的pH值下降,使产气高峰期较早来到;而在总产气量上添加白云石粉的促进作用显著.膨润土次之,其中添加2.5%白云石粉的总产气量最高,为10925mL.添加矿物材料降低了消化液中钠离子的浓度,可减轻对产甲烷细菌的抑制作用.     

不同湿热预处理条件对餐厨垃圾厌氧发酵产氢的影响

采用湿热水解技术处理餐厨垃圾,研究不同湿热预处理温度与时间下餐厨垃圾w(VS)(VS为挥发性固体)、ρ(CODs_Cr)(CODs为溶解性化学需氧量)、ρ(TOC)、ρ(TN)等指标的变化,以评价湿热预处理对餐厨垃圾厌氧产氢效能的影响. 在此基础上,结合厌氧产氢动力学分析,确定厌氧发酵产氢的最佳湿热预处理条件. 结果表明:湿热预处理温度、时间对餐厨垃圾可浮油脱出量、w(VS)具有显著影响. 餐厨垃圾湿热预处理后ρ(CODs_Cr)、ρ(TOC)、ρ(TN)变化情况与w(VS)呈负相关. 餐厨垃圾经90℃湿热预处理30min后,可浮油脱出量为37.5mL/kg,w(VS)/w(TS)为95.12%,最大比产氢量达242.1mL/g,最大产氢速率为12.46mL/h,累积产氢率达0.88mol/mol,厌氧产氢启动时间为12.85h. 说明对餐厨垃圾进行适度的湿热预处理可有效提高有机物溶解性与生物可利用效率,进而提高厌氧发酵累积产氢量与产氢速率. 综合能耗、产出等因素,湿热预处理温度90℃,处理时长30min,为餐厨垃圾厌氧发酵产氢的最佳湿热预处理条件.      

富氢合成气生物甲烷化与餐厨垃圾厌氧消化耦合性能分析

提出利用餐厨垃圾轻物质生产富氢合成气,并将富氢合成气生物甲烷化与现有餐厨垃圾厌氧消化单元耦合的工艺路线,为评估其可行性,考察了耦合系统的长期运行性能,并分析了该系统提升现有甲烷(CH₄)产量的潜力。结果表明：在餐厨垃圾有机负荷(以挥发性固体质量计)为0.5～2.0 g/(L·d)、富氢合成气流量为0～5.28 L/d条件下,餐厨垃圾厌氧消化与富氢合成气生物甲烷化均能保持稳定运行,且沼气提纯效果明显,尤其在餐厨垃圾有机负荷为0.5,1.0 g/(L·d)时,产品气中CH₄的平均含量分别高达96.4%和86.6%;提高富氢合成气生物甲烷化速率以及优化调控反应体系的pH值、有效碱度和有机酸积累量有助于进一步提高该耦合系统的处理能力和运行稳定性;以300 t/d餐厨垃圾处理厂为例,该耦合系统预计能提高94.5%的CH₄产量,后续有必要结合成本效益分析,进一步评估该耦合工艺的工业化应用潜力。     

电化学预处理对餐厨垃圾-污泥耦合厌氧发酵产挥发性脂肪酸的影响

利用餐厨垃圾-污泥耦合厌氧发酵产挥发性脂肪酸（volatile fatty acids,VFAs）具有广泛的经济和应用价值。本实验考察了在1 V电化学预处理条件下,研究餐厨垃圾占比（空白对照,0%,5%,10%,质量分数）对厌氧发酵生成VFAs产量的影响,从而得出产VFAs的最优条件。研究表明:经过60 min 1 V电化学预处理后,随着餐厨垃圾占比从0%增加到10%,水体中溶解性COD浓度随时间变化迅速增加,最高可达到969~1266 mg/L,随着厌氧发酵的进行转化成VFAs。其中,当餐厨垃圾占比为10%时,VFAs在15 d内最高浓度可达到132.2 mg/L。实验结果表明,电化学预处理可改善餐厨垃圾-污泥特性,加快厌氧发酵过程,同时餐厨垃圾可增加污泥中有机质含量,增加VFAs产量,实现餐厨垃圾-污泥产VFAs的资源化利用途径。     

超声波预处理对餐厨垃圾产VFAs的影响

采用超声波预处理餐厨垃圾以提高产挥发性脂肪酸(VFAs)产率.结果表明,在超声强度720W/L下处理15min后,餐厨垃圾SCOD含量比原样中SCOD提高了1倍,其中有机质中碳水化合物溶出量最大,由原样中8.2g/L提高到处理后的43.5g/L;在pH=6、温度35℃条件下,对含固率约为12%的餐厨垃圾进行厌氧发酵,未预处理和超声处理后的餐厨垃圾产生的VFAs最大值分别达到33.4,42.5g/L,经超声预处理的餐厨垃圾产VFAs的量提高了27.2%.     

矿物材料对餐厨垃圾厌氧消化的影响研究

在试验的基础上研究了3种矿物材料膨润土、斜发沸石、粉煤灰对富含钠离子的餐厨垃圾厌氧消化过程的影响.结果表明,在发酵温度为35℃、底物固含量(TS)为10%、添加物用量为1%(质量分数,以消化底物计)时,膨润土、沸石粉、粉煤灰对含盐餐厨垃圾的厌氧发酵消化液中的钠离子具有良好的吸附性能,吸附率分别为13.75%、10.11%、7.99%.在未使用无机矿物的情况下,当钠离子浓度为3000～4000mg·L-1时,含盐餐厨垃圾的的厌氧消化过程受到Na 离子的明显抑制.从产气量分析,3种矿物材料均能明显促进餐厨垃圾的厌氧消化过程,与空白对照试组相比,膨润土、斜发沸石、粉煤灰分别使产气量提高了131%、82%和45%.三者对甲烷气产量的促进影响强弱顺序是,膨润土＞斜发沸石＞粉煤灰.初步讨论了这3种矿物材料提高餐厨垃圾厌氧消化甲烷产量的作用机理.     

餐厨垃圾两相厌氧消化特性试验研究

研究了餐厨垃圾两相厌氧消化特性。以北京化工大学餐厨垃圾为原料,分别以不同有机负荷(10、30、50和70 gVS/L)、接种量(5、10、15和20 gVS/L)、酸化时间(3、5、7和9 d)考察其对酸化效果的影响,并对酸化出料进行甲烷化产气实验。结果表明,餐厨垃圾最优酸化条件为有机负荷30 gVS/L,酸化时间5 d,接种量15 gVS/L。在此条件下,单位负荷产酸率为561.0 mg乙酸/gVS,酸化末端产物主要为乙酸和丁酸,单位负荷累积产气量达到826.7 mL/gVS,比乙醇型最佳条件单位负荷累积产气量763.8 mL/gVS高8.2%,比丁酸型最低单位负荷累积产气量70.6 mL/gVS高1 070.3%。有机负荷、酸化时间、接种量依次对餐厨垃圾酸化有重要的影响,并且餐厨垃圾酸化效果和产气性能具有一致性。研究结果可为城市生活垃圾厌氧消化提供设计和运行依据。     

某典型餐厨垃圾综合处理项目实例

我国餐厨垃圾产量已占城市固体废物的50%以上,推进餐厨垃圾资源化利用和无害化处理是目前亟待解决的问题。某市餐厨垃圾综合处理试项目,由预处理系统、厌氧发酵系统、沼气净化储存系统、沼渣沼液处理系统及除臭系统5部分组成,占地面积19000 m2,总投资9978万元,处理规模200 t/d,平均沼气产量7740 m3/d,其中,甲烷含量在60%以上。该餐厨垃圾项目较好地实现了垃圾减量化、资源化,可为其他城市餐厨垃圾处置提供参考。     

中国餐厨垃圾资源化利用系统建设现状研究

中国餐厨垃圾具有高油、高盐、含水率高、高有机质的特点,具备废物和资源两重性,将其单独回收利用十分必要。在分析餐厨垃圾回收利用、政策法规体系建设以及资源化技术现状的基础上,指出了资源化处理能力存在较大的缺口、缺乏国家层面统一立法、监管主体混乱等问题。基于现有的厌氧制沼、好氧制肥、生物转化以及综合集成技术的特点分析,得出协同厌氧处置、生物转化蛋白饲料、构建多元化技术体系以及产业联动集中布局是餐厨垃圾资源化技术的发展趋势。     

污泥厌氧消化系统消化原料流变特性研究

考察了4种污泥厌氧消化原料的流变特性,研究了原料浓度、温度以及添加餐厨垃圾等因素对污泥流变特性的影响,以期为厌氧消化工艺的设计及设备选用提供基础参数.试验结果表明,脱水污泥、脱水污泥与餐厨垃圾混合物、剩余污泥、剩余污泥与餐厨垃圾混合物4种原料均为假塑性流体,且符合幂律方程.随消化原料固体浓度由1%增至10%,原料黏度升高.剩余污泥和剩余污泥与餐厨垃圾混合物在TS=3%时流变指数最大,而脱水污泥和脱水污泥与餐厨垃圾混合物在TS=5%时流变指数最大.添加餐厨垃圾可以改善污泥的流变特性,使得混合液的流变指数较纯污泥有不同程度的升高,使其更接近牛顿流体.随着温度由15℃升高到55℃,4种原料的黏度呈线性趋势降低,流变指数则逐渐升高,其中脱水污泥的黏度对温度变化最为敏感.     

氧化铁投加方式对餐厨垃圾厌氧消化产气的影响

氧化铁可以促进产甲烷菌的代谢活动,从而加快厌氧消化体系的产甲烷速率。通过设计3组反应器,探究了不同的氧化铁添加方式对餐厨垃圾厌氧消化产甲烷的影响:包括空白组A(餐厨垃圾+厌氧污泥),以及2个实验组B(餐厨垃圾+厌氧污泥,48 h后投加氧化铁)和C(餐厨垃圾+厌氧污泥+氧化铁)。结果表明:反应器A酸化严重,进入长期产甲烷抑制状态;反应器B可以解除酸抑制,恢复体系产甲烷能力,但需要较长的启动期;反应器C则能较快达到产甲烷阶段。此外,截止到第54天实验结束,反应器C的累积产甲烷量(48 349 m L)高于B(35 665 m L)。对于餐厨垃圾厌氧消化,投加氧化铁可解除体系酸抑制,恢复其产甲烷能力。而在厌氧消化初期加入氧化铁可以更快地解除酸抑制,并促成更高的产甲烷速率。