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生活垃圾处理的厌氧反应器调试探究论文
我国的城市生活垃圾的主要处理方式是填埋、焚烧和堆肥。由于城市周边的土地日益紧张,生活垃圾的填埋处理已不宜再采用。而随着人们环保意识的加强,禁止生活垃圾直接焚烧的呼声也越来越高,正在运行的生活垃圾焚烧厂也因为垃圾热值不高、垃圾物料不均匀等问题,导致运行费用偏高。由于肥料的品质和市场问题,生活垃圾的堆肥处理技术的应用也受到了限制。
生活垃圾的厌氧处理技术是一种较新的垃圾资源回收技术,属于垃圾的综合处理方式,在国外已经有近20年的研究和应用,在2000年,欧洲的有机垃圾量有1037000吨,其中的1/4是采用厌氧方法处理,如法国VALORGA工艺、日内瓦的 DRANCO工艺和德国的MBT工艺等有多个工程应用的实例。国内也进行了较多的垃圾厌氧处理的基础性研究,中科院成都生物研究所、清华大学对中国生活垃圾厌氧处理的可行性进行了研究。同济大学对生活垃圾的预处理分选技术进行了研究。昆明理工大学对城市生活垃圾厌氧消化的关键因子等影响因素进行了研究。但是,国内很少有采用厌氧消化技术成功处理生活垃圾的工程实例。
生活垃圾资源化利用技术是一种新型的垃圾综合处理方式,采用该技术将生活垃圾中含水率高生物易降解的浆液进行厌氧消化产生沼气,高热值物料作为生物质燃料利用,塑料和金属回收,惰性物填埋处理。
本试验的研究对象是生活垃圾经过破碎、淋滤等预处理后的有机浆液,对其进行厌氧消化的调试研究,获取工艺参数、测定在启动中挥发酸、碱度、氨氮及沼气中甲烷含量的变化,为实际工程提供指导。
1 试验材料和方法
1.1 试验材料
1.1.1 生活垃圾和接种污泥
本试验的生活垃圾取自常州市生活垃圾填埋场的综合生活垃圾,给出了垃圾的湿重组分情况:本试验接种污泥取自常州市某污水处理厂污泥,去掉污泥中的大块杂质,淘洗后,将约10m3污泥泵送入25 m3厌氧反应器,接种污泥SS = 60.2 g/L、VSS = 36.0 g/L,VSS / SS = 0.6。
1.1.2 试验装置
本试验装置示意图,主要包括进水泵、厌氧反应器、回流泵、水封罐、流量计、蒸汽发生器等。厌氧反应器直径 3.0 m,有效容积25 m3,填料层占有效容积 30%,采用PE 膜条填料。反应器部分出水回流,反应器上升流速为 0.7 m/h。厌氧反应器产生的沼气经过水封罐稳压后进入流量计计量,最终的沼气经过火炬燃烧。本次厌氧试验采用35℃中温厌氧,所需的热量由蒸汽发生器供给,蒸汽阀门通过温度控制自动开启。反应器出水口设有 pH 和温度等在线监测装置。
1.2 试验方法
1.2.1 调试方法
本试验采用同步启动即直接用浆液进行接种污泥的驯化、培养,由于前处理产生浆液的COD浓度较高,为了保障厌氧反应器的正常启动,减少进水COD对调试初期微生物增殖的冲击,在厌氧反应器的启动中进水 COD的浓度自5000mg/L逐渐增加到60000 mg/L。
启动的初始阶段,负荷控制在OLR = 0.5 kgCOD/(m3·d),进水COD自5 000 mg/L逐渐增加,初期采用间歇进水的方式进行污泥的驯化。当出水 VFA 降至400 mg/L左右,出水pH保持在7.0左右时,认为接种污泥已适应试验用水,种泥驯化阶段完成。在负荷提高阶段,随着COD负荷的增大当COD去除率达 85%以上时,出水VFA降至400mg/L左右,出水 pH 保持在7.0左右,各负荷下稳定运行3~5天, 继续提高0.3~0.5KgCOD/(m3·d)的负荷。由于进水受前处理实际排水的COD值影响,在实际的调试中,COD负荷呈现持续增长的趋势。
1.2.2 分析方法
试验中测试指标和测定方法如下:COD、VFA、NH3-N和TN采用HACH 试剂比色法;碱度采用滴定法(默克试剂盒);CH4和CO2成分采用红外测定法(北斗星气体分析仪);SS采用滤膜法;pH采用笔式pH计测定法。
2 结果与讨论
2.1 有机浆液的性质
生活垃圾经过破碎后进入淋滤反应器,垃圾在淋滤反应器中停留2~3天,每天淋滤出的浆液经过1 mm细格栅的截留后的液相经过稀释后进入厌氧反应器,有机浆液的具体水质指标。根据设定的厌氧反应器的负荷,将浆液稀释到合适的COD后泵入厌氧反应器。
2.2 COD去除率的变化
启动中进水COD及COD的去除率的变化情况,可以看出在种泥驯化阶段(1~40天),OLR保持0.5 kgCOD/(m3·d),在前28天里,COD的去除率呈缓慢上升趋势,在29~40天内,COD去除率由35%迅速增加到83%,且没有受进水浓度波动的影响,这是因为驯化期是微生物适应水质的过程,生活垃圾浆液中含有蛋白质、淀粉、油脂等,要驯化出处理这些底物的微生物需要较长时间,因而在启动初期有一段时间COD去除率在10 %以下,随着微生物种类变多及对水质的适应,去除率逐渐上升。在OLR保持0.5 kgCOD/(m3·d)的负荷下稳定运行5天,去除率保持在85%左右。在负荷提高阶段(46~105天),OLR 由0.5 kgCOD/(m3·d)增加到6.5 kgCOD/(m3·d),去除率都保持在85%左右,而当 OLR= 7.0kgCOD/(m3·d)时,去除率达到80%。
反应器运行的106~120天,是反应器保持OLR = 7.0 kgCOD/(m3·d)下的稳定运行阶段,由图可见COD去除率基本保持在80%左右。
2.3 产气特性
2.3.1 产气率的变化
启动中产气率与容积负荷的关系,可以看出在启动初期,容积负荷在 0.5kgCOD/(m3·d)时,产气率在 0.15~0.51m3/kgCOD 间较大范围内波动,从第1~15天,产气率基本保持在 0.1 m3/kg COD 左右,而从16天~34天产气率有一较快的增长阶段,产气率达到在0.5 m3/kg COD。
此后,在提高负荷阶段和稳定运行阶段,产气率则保持在 0.45~0.55m3/kg COD,在这两个阶段中,产气率呈现一定程度的波动,这是由于负荷在持续的提高过程中,微生物在不断的增殖,中间会出现反应器中的产甲烷菌不足以及时的将产生酸进行消化的情况。
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