基于剩余活性污泥和廚余垃圾的混合中溫厭氧消化分析

鄧強(qiáng)

摘要：當(dāng)前，剩余活性污泥與廚余垃圾混合中厭氧消化過程中，揮發(fā)性固體去除率與產(chǎn)氣量非常小，其原因?yàn)槭Ｓ嗷钚晕勰嗫缮锝到庑阅懿?，水解進(jìn)程為剩余活性污泥實(shí)施厭氧消化的限制條件。因此，絕大多數(shù)探究針對(duì)不同預(yù)處置方法來提升剩余活性污泥的可生物分解性能，比如：熱解法、機(jī)械法、化學(xué)法及生物法等。把剩余活性污泥與廚余垃圾混合之后是當(dāng)前污水處理廠消化池處置的良好方式之一，相對(duì)投入較小，且化解了處理垃圾污染難題。而且，混合消化能夠分解污泥中有害元素，提升消化池容積利用率，且增大單位產(chǎn)氣量。

關(guān)鍵詞：剩余活性污泥;廚余垃圾;中溫厭氧消化;解析

現(xiàn)如今，市場上重點(diǎn)使用的廚余垃圾處理技術(shù)為厭氧消化處理，具體劃分為前端預(yù)處置分選、中端厭氧消化產(chǎn)沼氣、后端沼氣資源利用三方面。本文通過實(shí)踐，以理論為依據(jù)，著手工藝程序，針對(duì)預(yù)處置分選和厭氧消化步驟，對(duì)平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)操控給予了全方位解析。結(jié)論說明：中溫厭氧消化使用技術(shù)不斷完備且節(jié)約環(huán)保，同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)可操作性與平穩(wěn)性優(yōu)良;在厭氧罐注水17 m3/d，設(shè)置容積負(fù)荷4 kg/（m3.d），水力暫停時(shí)段28d上下，厭氧罐里面PH值維持了7.1至7.5，VFA保持了3000mg/L之下，厭氧生物分解率大于85%。

一、廚余垃圾處理流程

1.1預(yù)處理流程

專用的廚余垃圾收運(yùn)車輛在指定位置將廚余垃圾卸入接料斗內(nèi)，再經(jīng)過輸送螺旋均勻進(jìn)料，物料進(jìn)入滾筒篩進(jìn)行篩分處理，去除大部分的雜物。滾筒篩篩下物通過磁選將垃圾中的金屬物質(zhì)去除，剩余物料進(jìn)入生物質(zhì)分離器破碎制漿。滾筒篩篩上物先通過風(fēng)選去除輕物質(zhì)，再通過磁選將金屬物質(zhì)去除，剩余物料也進(jìn)入生物質(zhì)分離器紙漿。，篩分出的輕物質(zhì)運(yùn)輸至焚燒處理，金屬物質(zhì)回收，剩余的有機(jī)質(zhì)制漿后和瀝出的液相混合進(jìn)入后續(xù)厭氧消化工段，實(shí)現(xiàn)物料的充分資源化。

1.2厭氧消化技術(shù)流程

經(jīng)過預(yù)分選后的廚余垃圾先經(jīng)過混合攪拌罐，然后一同進(jìn)入?yún)捬跸薜撞糠祷煜鋬?nèi)，進(jìn)入返混箱內(nèi)的物質(zhì)由兩部分構(gòu)成：分選后的垃圾，返混的剩余活性污泥。兩種物質(zhì)在返混箱內(nèi)加熱到厭氧消化需要的溫度后，再通過進(jìn)料泵提升至厭氧反應(yīng)器進(jìn)行厭氧消化。厭氧消化產(chǎn)生的沼氣進(jìn)入后續(xù)的處理及利用單元，厭氧產(chǎn)生的沼液進(jìn)入出料罐，進(jìn)行固液分離和生化處理。

二、預(yù)處置技藝

廚余垃圾經(jīng)過篩分后僅經(jīng)過生物質(zhì)分離器破碎制槳，是為了將盡可能多的有機(jī)物送入后續(xù)厭氧消化工段，提高產(chǎn)氣量。如果采用固液分離措施，分離出的固渣中還有部分可降解有機(jī)質(zhì)，具體比例約13%，這類物質(zhì)將不能產(chǎn)出沼氣導(dǎo)致資源的浪費(fèi)。

三、厭氧消化技藝解析

3.1中、高溫厭氧消化對(duì)比解析

厭氧消化為微生物生命活動(dòng)進(jìn)程，溫度為干擾整個(gè)進(jìn)程的關(guān)鍵原因，具體體現(xiàn)為酶活性干擾微生物生長速率與基質(zhì)代謝速度。根據(jù)厭氧菌的生活形態(tài)，厭氧消化有中溫（35～40 ℃）和高溫（55～60 ℃）兩種適宜溫度。中溫厭氧消化和高溫厭氧消化的條件及優(yōu)勢及劣勢進(jìn)行比較，得出結(jié)論為：高溫消化比中溫消化分解速度快、形成氣速較大，需要消化時(shí)長少，厭氧罐容積小，針對(duì)寄生蟲卵消殺率在90%之上。然而，高溫消化物理損耗與耗能較大，同時(shí)溫度把控標(biāo)準(zhǔn)較高。相反中溫厭氧消化使用技術(shù)趨于平穩(wěn)、適用范圍廣、節(jié)約能源、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性較好。所以，通過運(yùn)轉(zhuǎn)操控與平穩(wěn)性方面解析，此次試驗(yàn)項(xiàng)目利用了中溫厭氧消化技藝。

3.2厭氧罐平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)技藝數(shù)據(jù)解析

在通過中溫厭氧消化技藝處置高COD有機(jī)廢液過程中，厭氧生物降解率獲得了85%之上，甲烷形成率為0.3 m3/kg，沼氣當(dāng)中甲烷含量可達(dá)60%，最大程度地完成了廚余垃圾物質(zhì)與能量回收。并且要想確保厭氧罐平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，則要針對(duì)厭氧罐進(jìn)或出物料標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施把控，比如：pH值、VFA、堿度等相關(guān)數(shù)據(jù)。

四、具體結(jié)論與探討

4.1pH值、堿度與VFA的數(shù)值變動(dòng)

pH值與堿度為評(píng)估厭氧技藝平穩(wěn)性的主要標(biāo)準(zhǔn)，而PH值對(duì)于厭氧技藝運(yùn)轉(zhuǎn)影響極大，因形成甲烷細(xì)菌相比其他微生物遭受干擾程度較大，PH值下降提升了高分子VFA，其中在丙酸與丁酸作用下，致使甲烷菌活性下降，引發(fā)VFA長期積存與PH值明顯下降。此次探究利用單相厭氧消化反應(yīng)器當(dāng)中，產(chǎn)酸菌與產(chǎn)甲烷菌為共存，PH值為7至7.6階段最佳。然而，在正常PH值區(qū)間內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)厭氧技藝，其關(guān)鍵通過重碳酸鹽緩沖系統(tǒng)把控，其通過有機(jī)氮分離與由此排放的氨氮于進(jìn)程形成CO2反應(yīng)所得，厭氧工藝中碳酸鹽堿度區(qū)間為1000至5 000mg/L，當(dāng)PH值在7.18至7.52區(qū)間，堿度則處于3125至4533mg/L區(qū)間，其完全位于正常消化區(qū)間之內(nèi)。當(dāng)進(jìn)入第二階段，雖其入料有機(jī)負(fù)荷對(duì)比第一階段上升明顯，其PH值與堿度都大于其他兩種入料比值，具備較大的緩沖能力，致使消化進(jìn)程更加平穩(wěn)。第二階段PH值與堿度明顯大于第一階段，此原因?yàn)閮烧呷诤现笮纬闪烁训腃/N，提升了有機(jī)物分離率，致使大量有機(jī)氮獲得分離，致使堿度與PH值上升。然而，有機(jī)酸即VFA，同樣為判斷厭氧消化進(jìn)程的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)，其中乙酸濃度在200至400mg/L一般被認(rèn)為正常消化參數(shù)，同時(shí)也利用VFA和堿度比值當(dāng)作指示數(shù)據(jù)，此值需在0.3之下。

4.2氨氮數(shù)值的變動(dòng)分析

在整個(gè)厭氧消化的過程中，氨氮是提供消化營養(yǎng)的物質(zhì)，它主要是含氮有機(jī)物，例如蛋白質(zhì)或氨基酸分解產(chǎn)生。一般以和NH3兩種形式存在，都有抑制性，但是濃度明顯不同，對(duì)厭氧消化也會(huì)有不同的影響。厭氧工藝中主要以離子形式存在，利用銨離子濃度對(duì)厭氧消化的干擾，探尋出濃度在1670至3720mg/L時(shí)產(chǎn)甲烷細(xì)菌活性下降，在提升5880至6600mg/L，結(jié)果全部喪失活性。NH3抑制性較強(qiáng)，當(dāng)濃度在100 mg/ L會(huì)形成毒性，而濃度則被系統(tǒng)中pH 值條件所操控，當(dāng)pH值為7.8之下，則氨氮把控在2000 mg/ L之內(nèi)，可以將NH3數(shù)值結(jié)果確保在100 mg/L之下，然而，本次實(shí)驗(yàn)對(duì)于此數(shù)據(jù)無法實(shí)施監(jiān)測。氨氮與pH值、堿度的變動(dòng)規(guī)律相同，第二階段中系統(tǒng)內(nèi)氨氮濃度最大，最大值發(fā)生在 HRT為20d階段，針對(duì)氨氮濃度與pH值具體為945 mg/ L和7.52，位于合理范疇內(nèi)。在相同入料比例情況下，氨氮濃度伴隨著HRT上升而上升，此為較長HRT影響下，含氮有機(jī)物分解率隨之上升。其在實(shí)踐使用中，假設(shè)出現(xiàn)氨氮濃度大從而針對(duì)消化進(jìn)程產(chǎn)生干擾，需經(jīng)過提升入料VS含有量或降低HRT進(jìn)行處置，通常中溫消化情況下，利用VS 有機(jī)負(fù)荷2.5至3.0 g/（L.d），通過實(shí)驗(yàn)結(jié)論來講，三個(gè)階段中，在入料有機(jī)負(fù)荷在此區(qū)間內(nèi)對(duì)應(yīng)的氨氮濃度700至900mg/L，所以無法形成氨抑制狀況，進(jìn)而干擾系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)。

總結(jié)

總而言之，通過國內(nèi)人民群眾的飲食文化與聚餐習(xí)性，造成了大量就餐的浪費(fèi)，日常形成巨大的廚余垃圾的現(xiàn)象，基于此，國內(nèi)廚余垃圾處理技術(shù)的探究非常關(guān)鍵。文章重點(diǎn)針對(duì)廚余垃圾厭氧消化技藝探究，最終結(jié)果如下：第一，剩余活性污泥和廚余垃圾的混合厭氧消化是可行的，混合后隨著垃圾比重的提高則 C/N 比值也提高從而促進(jìn)了消化過程的進(jìn)行。第二，廚余垃圾處置利用厭氧消化技藝可實(shí)施性強(qiáng)，同時(shí)，此技藝在將來工程化使用中可以普及應(yīng)用。

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