基于餐厨垃圾干式厌氧发酵异质性机理的调控技术研究

Dry anaerobic digestion technology is one the most significant food waste recycling processing technologies. However, the presence of heterogeneity of dry anaerobic digestion results in poor stability of the system operation, high volatility of gas production rate. In this project, the food waste was treated by dry anaerobic digestion. By analyzing the pH, moisture content, TOC, VS, VFA, the spatial distribution and variation of ammonia concentration in the internal reactor, as well as the distribution characteristics of bacteria flora and evolution, the heterogenetic mechanism for dry anaerobic digestion of food waste was revealed. Additional comparison experiment was conducted to investigate the impacts of height to diameter ratio, stirring intensity and vaccination on the heterogenetic mechanism for anaerobic digestion and the relationships among control measures, heterogeneity and processing efficiency. The strategies to improve the processing efficiency of dry anaerobic digestion of food waste were investigated in terms of height to diameter ratio, stirring intensity and vaccination ratio; and were evaluated for their impacts on dry anaerobic digestion of food waste. The results of this project will provide scientific base and technical support for dry anaerobic digestion of food waste, at the meantime; the results of this project will also benefit the application and promotion of dry anaerobic digestion in municipal solid waste, municipal sludge, and in the field of recycling and reuse of organic solids.

干式厌氧发酵技术是餐厨垃圾资源化处理技术重点发展方向之一。但干式厌氧发酵异质性的存在，致使系统运行稳定性差、产气速率波动剧烈，本项目以餐厨垃圾为对象，开展干式厌氧发酵处理实验，通过分析pH、含水率、TOC、VS、VFA、氨氮浓度在反应器内部的空间分布特征及变化规律，以及菌群结构空间分布特征及演变规律，揭示餐厨垃圾干式厌氧发酵异质性机理；进一步开展对比实验，探讨高径比、搅拌强度、接种比对干式厌氧发酵异质性的影响机制，并研究调控措施、异质性、处理效率三者的关系；从高径比、搅拌强度、接种比三个方面，研究构建提高餐厨垃圾干式厌氧发酵处理效率的调控措施方案，并对调控措施方案对餐厨垃圾干式厌氧发酵的影响效果进行评价。项目的研究成果为干式厌氧发酵用于餐厨垃圾资源化处理提供科学依据和技术支持，同时，项目的研究成果也有助于干式厌氧发酵在城市垃圾、市政污泥、等有机固体废弃物资源化领域的推广与应用。

干式厌氧发酵技术是餐厨垃圾资源化处理技术重点发展方向之一。但干式厌氧发酵异质性的存在，致使系统运行稳定性差、产气速率波动剧烈，本项目以餐厨垃圾为对象，开展干式厌氧发酵处理实验，通过分析pH、含水率、TOC、VS、VFA、氨氮浓度在反应器内部的空间分布特征及变化规律，分析餐厨垃圾干式厌氧发酵异质性机理；并通过对比实验，分析高径比、搅拌强度、接种比对干式厌氧发酵异质性的影响，从高径比、搅拌强度、接种比三个方面，研究构建提高餐厨垃圾干式厌氧发酵处理效率的调控措施方案。.研究结果表明：连续进料条件下，启动初期厌氧发酵罐内TS浓度自上而下逐步降低，且异质性显著，随着实验的进行，罐体中上部TS逐步降至20%以下，呈高固体厌氧发酵状态，而罐体底部TS逐步升高，显著高于20%，呈干式厌氧发酵状态。分析厌氧发酵罐内TOC、VFA的分布特点，显示出同样的异质性规律，且随着厌氧发酵罐高径比增加，异质性规律越显著。整个实验过程中pH均处于7以上，氨氮浓度均处于1500 mg/L—4500 mg/L范围区间内，规律性变化不显著。在搅拌转速30r/min条件下，对比分析了1h/3h，1h/7h，1h/11h三种搅拌频率，结果表明：不同搅拌频率下对pH、TS、TOC、VS、VFA、氨氮浓度的空间分布特征及变化影响不显著。整个实验过程中在高径比为1条件下，厌氧发酵日产气量、甲烷含量最高，随着高径比的提高而逐渐降低，餐厨垃圾五日厌氧产沼能力435L/kg。针对不同接种比对餐厨垃圾干式厌氧发酵启动的影响，对比分析了VS接种比分别为0.36和0.90两种情况下，试验结果表明：启动初期两组样品pH分别快速降至4.74、5.68，均呈酸化状态，经碱液调整后，接种比为0.36的处理仍无法正常产气，接种比为0.90的处理，pH逐步提高，系统正常运行，经72天的发酵实验，COD去除率达90.29％。.项目的研究成果为干式厌氧发酵用于餐厨垃圾资源化处理提供科学依据和技术支持，同时有助于干式厌氧发酵在城市垃圾、市政污泥、等有机固体废弃物资源化领域的推广与应用。