餐厨垃圾SBMR_ASBR两相厌氧消化产气性能研究_钟起隆
固体废物的厌氧消化处理
环境学院：固体废物处理与处置
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4.2 高固体厌氧消化技术
高固体厌氧消化（High solid anaerobic digestion）： 固体含量大约在22%以上。 该技术相对较新，未大规模应用。 优点：反应器单位体种的需水量低，产气量高，消 化污泥的处理费用相对较低。
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3.1 厌氧条件
详见“三段理论”
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3.2 有机物组分与产气量
产气量的大小主要取决于物料的组分物性。
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3.3 有机物含量与去除率
在合适的温度和 有机物负荷的条 件下，有机物去 除率与废物的有 机物含量成正比。
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6、厌氧消化反应器
目前研究较多的厌氧消化反应器有三类：
一阶段系统消化反应器 两阶段系统消化反应器 序批式处理系统消化反应器
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6.1 一阶段系统消化反应器
反有的反应集中在一个消化反应器中完成。 可分为：
一阶段湿式（中固体）处理系统 一阶段干式（高固体）处理系统
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（2）一阶段干式系统
反应器中的固体废物含固率控制在20~40%内。
物料流动性差，要用特殊传送带、螺旋浆叶的强力 泵输送。这些传送设备对物料要求低，故原料的预 处理简单。 技术关键在于让进料和接种物充分混合。
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超声破解促进污泥两相厌氧消化产气性能研究.
其细胞破壁 , 释放胞内有机质 ;声能密度越大 , 破解时 间越长 , 污泥接受的有效超声功率越大 , 与之对应的 水力剪切作用越强 , 污泥分解越彻底 , 溶解性有机物 增加越多 。 2.1.2 超声破解对污泥其他组分的影响
超声破解试验还考察了 pH 值 、VFA 和 NH3-N 的 变化情况 。 污泥经超声破解后 , pH 值有所下降 , VFA 和 NH3-N 上升 。 以 pH 值为 6.46 , VFA 为337 mg L , NH3-N 为 415 mg L 的污泥为处理对象 , 在超声频率为 28 kHz , 声能密度为0.2 W mL条件下超声破解60 min , pH 值下 降至 6.37 , VFA 和 NH3-N 分别上升为635和 555 mg L , 后两者分别增加 88.4 %和 33.7 %。 分析认 为 , 污泥在超声破解过程中 , 由于微生物细胞破壁 , 胞 内多聚物溶出 , 形成小分子有机酸 , 引起 pH 值下降 ; 小分子有机酸易于被产氢 、产乙酸菌利用 并转化为 H2 、CO2 和乙酸等 , 使得 VFA 增加 ;而 NH3-N 的增加 是由污泥破解过程中溶解性有机物迅速增多造成的 。
餐厨垃圾厌氧发酵启动特性与产甲烷效率
*4567896% SA0J12-1FE9 90-O.-/2*B02*M /01A2*09-.MEB1,.* 0OO,B,0*BN.OM,OO0-0*158 ,*.BE321,.* -21,.2*M S=P?S7 O.2*20-.W,BM,40J1,.*J.OX,1BA0* U2J10,* W21BA 10J1U0-0J1EM,0M ,* 1A,J9290-6SA0-0JE31J,*M,B210M 1A21% 1A058 ,*.BE321,.* -21,.U2J2J,4*,O,B2*192-2/010-O.-2*20-.W,BM,40J1,.* .OX,1BA0* U2J106SA01-021/0*11A21E*M0-1A058 ,*BE3B21,.* -21,..O ’:;" U2J,* 2B,M,O,0M B.*M,1,.*J" B.E3M*0 19-.MEB0/01A2*06H,1A 1A0,*B-02J0.O1A058 ,*BE3B21,.* -21,.2*M S=P?S7" 1A0 /01A2*09-.MEB1,.* 0OO,B,0*BN" 1A0BE/E321,+0/01A2*0N,03M" 1A0-0MEB1,.* -210.OS8" 2JU0332J1A0-0MEB1,.* -210.OS=P U0-0.W+,.EJ3N0*A2*B0M" 2*M 1A0BNB30.O2*20-.W,BM,40J1,.*JO.-X,1BA0* U2J10U2JJA.-10*0M6d.U0+0-" 1A00OO0B1.O1A058 ,*BE3B21,.* -21,.2*M S=P?S7.* 1A0-0MEB1,.* -210.O58 U2J*.1J,4*,O,B2*16SA01-021/0*11A21E*M0-1A0B.*M,1,.* .O58 ,*BE3B21,.* -21,..O%:;" 2*M S=P?S7.O!&" 1A0/01A2*09-.MEB1,.* 0OO,B,0*BN.* 2*20-.W,BM,40J1,.*JO.-X,1BA0* U2J10U2J 1A0A,4A0J1" E9 1.!"&:"% /C?4! S8$ " ’$\:$" /C?4! 58$ " $$:’; /C?4! S=P$ " 1A0-0MEB1,.* -210.OS8" 58" S=P U2J \(:!!^" (Z:\Z^" ;$:%;^" -0J90B1,+03N6 :;<=>7?5% X,1BA0* U2J10# 2*20-.W,BM,40J1,.*# 58 ,*.BE321,.* -21,.# S=P?S7
厌氧消化技术
厌氧消化技术厌氧消化技术在世界各地广泛应用，大部分处理城市生活有机垃圾的厂处理量在2500t/a以上。
而在我国尚无采用这样的大型处理厂，可能是因为厌氧消化技术的投资成本比好氧堆肥要高，一般多1.2-1.5倍。
但考虑到有机垃圾厌氧消化处理的良好经济效益（生物气用来发电或供热以及优质卫生的肥料），每吨垃圾的处理费用与传统的好氧堆肥相当（JMa-ta-Alvarez et al，1999）。
并且厌氧消化具有良好的环境效益：与好氧堆肥相比占地少，大大减少了温室气体(CO2、CH4）、臭气的排放等。
从生命周期观点看，厌氧消化比其他的处理方式更经济。
因此，在我国厌氧消化技术是一项具有很有前景的有机垃圾处理技术。
厌氧消化技术：湿式连续多级发酵系统多级工艺原理：按照消化过若翰勺规律，有机垃圾分别在不同的反应器内进行酸化水解、产甲烷。
首先将垃圾通过固液分离机分为固体和液体，液体部分直接进人产甲烷阶段反应器进行消化1－2d；固体部分进人水解池，2－4d以后垃圾再经过分离，再使液体进入产甲烷阶段反应器。
经过消化，大约60%-70%的有机物质转化为生物气。
BTA工艺－丹麦Helsingor BTA/carlbro处理厂丹麦HelsipgorBTA/carlbro处理厂即采用此项工艺，本厂建于1993年，处理分类收集的生活垃圾，处理量20,000t/a。
分类收集的垃圾先送到垃圾仓，再经过破袋、破碎、打浆、巴斯德消毒。
这样，垃圾分为液体、固体部分：液体进入消化罐；而固体进入水解池，在水解池中固体分解为有机酸，池内的液体再送入消化罐。
Helsingor垃圾处理厂每年产生大约300万m3生物气，用于热电联产。
垃圾处理厂配有换热器，可以用厌氧过程中产生的沼气来在预处理阶段加热垃圾。
TBW Biocomp工艺－德国Thronhofen处理厂Thronhofen垃圾处理厂从1996年开始运营，处理能力13,000t/a，处理分类收集的有机垃圾和农业中的液态垃圾。
秸秆与猪粪混合高固厌氧消化产气性能及关键微生物分析
第8期
傅国志等：秸秆与猪粪混合高固厌氧消化产气性能及关键微生物分析
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better. In addition, microbiological analysis showed that in the experimental group with the ratio of 2∶1,
the relative abundance of Methanosarcinaceae was higher during the first three weeks of the experiment,
产 气 性 能 和 稳 定 性[19]。 相 比 于 液 相 厌 氧 消 化
（liquid anaerobic digestion, L-AD），HS-AD 反应器
的负荷大，节约用水量，产生的沼液量少，并且产
甲烷性能依然较好[20]。
采用增设渗滤液回流的 HS-AD 装置，秸秆与猪
粪混合进料的方法，设定3种 （秸秆∶猪粪） 混合比
VFA） 积累，提高厌氧消化的效率[7-8]。
目前有很多关于畜禽粪便与秸秆混合发酵的实
验研究，证明了混合厌氧发酵可以提高沼气的产气
率[9-12]。但是静置的厌氧干发酵过程，实验的启动
期长，运行缓慢，产甲烷效率很低。因此，行业内
的研究人员开始尝试改变干发酵运行状态，以提高
产甲烷效率。研究表明，通过机械搅拌有助于猪粪
stable at about 60.71%, which meant the amount of methane produced per unit VS was 131.8mL/g VS. At the
same time, the change of biogas liquid properties (pH, VFA, TIC) from the reaction process also indicated
温度波动及有机负荷调控对太阳能辅热餐厨垃圾厌氧消化性能影响
当代化工研究丄Zf峠1Modem Chentiail盘的e<w*cA环境工程2021•04温度波动及有机负荷调控对太阳倉E辅热餐厨垃圾厌氧消化性能影响*刘阳'黄小淳I于钦'冯磊'甄箫斐2*（1.沈阳航空航天大学能源与环境学院辽宁1101362.兰州交通大学新能源与动力工程学院甘肃730070）摘耍：基于餐厨垃圾半连续厌氧消化试验，并使用太阳能系统进行能量供应，探究有机负荷(0LR: 2.Okg-m^-d-'VS, 4.Okg-m^-d-'VS. 6.Okg-m^-d-'VS.7.Okg-m^-d-'VS)对甲烷产量和理化参数影响.结果表明，6.Okg-m^-d^VS作为養厨垃圾厌氧消化极限OLR实现最佳甲烷生产，此阶段反应器内有机酸积累导致pH大幅波动，进行人工碱调节可以使反应器恢复稳定运行，但反应器无法承受7.OkgqT.dTVS的OLR冲击。
关键词：餐厨垃圾；有机负荷调控；太阳能中图0类号：T文献标识码：AEffect of Temperature Fluctuation and Organic Load Regulation on Anaerobic Digestion Performance of Solar Assisted Heating Kitchen WasteLiu Yang1,Huang Xiaochun1,Yu Qin1,Feng Lei1,Zhen Xiaofei2*(1.College of Energy and Environment,Shenyang University of A eronautics and Astronautics,Liaoning,1101362.School of New Energy and Power Engineering,Lanzhou Jiaotong University,Gansu,730070)Abstracts The semi-continuous digestion experiment of f ood waste was carried out based on solar assisted heat anaerobic digestion reactor. The effects of o rganic load regulation(OLR of2.0kg t m~3t d'I VS,4.0kg t nr3'd1VS,6.0kg'iw s,d1VS,7.0kg・m®dWS)on methane production,physical and chemical parameters were studied.The results showed that6.0kg-nr3'(t1VS could achieve the optimal methane production as the anaerobic digestion limit OLR of f ood waste.At this stage,the accumulation of o rganic acids in the reactor led to a greatfluctuation of p H.Artificial alkali regulation could restore the stable operation of t he reactor,but the reactor could not withstand the OLR shock of7.O kg-mr3•d'1V S.Key words i food waste；organic load rate regulation^solar energy引言随着城市化进程加快和人民生活水平的提高，我国的餐厨垃圾产生量从3782万t（2011年）增至4222万t（2015年），预计2020年将达到4873万t"〕。
利用餐厨垃圾循环半连续厌氧发酵产氢研究
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实验装置 由图 ) 可见： 自行设计的厌氧发酵反应器的有
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实验步骤 将预处理过的污泥 （ )& ’ ， 体 积 分 数） 与底物
。蓄 水 池 中 的 效容积为 $&& 6= （! L& 66 N )!& 66） 稀释液通过蠕动 泵 连 续 加 入 到 厌 氧 发 酵 反 应 器 中。 高 L 66 的 反应器底部装填规格为 !) 5 , 66 N # 66， 瓷环。滤液通过滤液口收集， 气体以排水法收集。
［"］ 再生能源之一 。目前 制取氢 气的主 要途 径有生 物
法制氢和物理化学法制氢。与物理化学法 制氢相 比 较， 生物制氢具有能耗 低、 可再 生等 优势。生物制 氢
!##&@"#@!# ! 收稿日期： 基金项目： 国家 “ $+*” 计划项目 （ !##*C^+".###） 资助 作者简介： 杨占春 （ "$6"@） ， 男， 硕士， 研究方向： 资源再生生物技术。 _>B ‘ ".* X AE’
进 行 半 连 续 式 厌 氧 发 酵。 由 图 ! 可 见， 厌氧发酵
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结果与讨论
温度对产氢量的影响 将预处理过的污泥 （ #$ % ， 体 积 分 数） 与底物
厌氧活性污泥产氢速率 均 明 显 变 快， 说明反 #! @后， 应器中生物持有量增加； 厌氧发酵 D$ @ 以 后 由 于 底 物消耗殆尽， 产 氢 基 本 停 止。 当 " * ! " ’ 1 J # 时， 达 到最大产氢速率 2 " ’/ (+ （ 。 0 (+・1）
， 餐厨垃 圾 厌 氧 发 酵 生 产 甲 烷 的 技 术 已
有机负荷对厨垃圾厌氧消化系统稳定性的影响
65有机负荷对厨垃圾厌氧消化系统稳定性的影响文_李杰伟 高仁富 邓国平 罗宇 东江环保股份有限公司摘要：厌氧消化是餐厨垃圾产业化处理的主流方式，酸化是影响餐厨垃圾厌氧消化过程稳定的关键，单位有机负荷是引起酸化的最主要因素。
系统研究了不同单位体积有机负荷的产气情况。
试验结果表明，在2.5～2.8kg TVS/（m3·d）单位体积有机负荷水平，全混合厌氧消化系统可以获得稳定的高产气率，达到2.55～2.68m3/（m3·d）。
当单位体积有机负荷进一步提高，系统内挥发性脂肪酸总量、pH值、碱度和沼气中甲烷含量急剧下降，体系迅速转向酸化。
关键词：餐厨垃圾；有机负荷；厌氧消化；系统稳定性Impact of Organic Loading Rate on Anaerobic Digestion System Stability of Food WasteLI Jie-wei GAO Ren-fu DENG Guo-ping LUO Yu[ Abstract ] Anaerobic digestion is the main treatment mode of food waste, and acidification caused by organic loading rate is the main factor that effects the anaerobic digestion system stability of food waste. The study on effect of organic loading rate on anaerobic digestion shows that system acquires 2.55～2.68m³/（m³.d）biogas production rate at 2.5～2.8 kg TVS/（m³.d） steadily. While organic loading rate exceeds 3.2 kg TVS/（m³.d）, system tends to accumulate volatile fatty acid(VFA), at the same time, pH and alkalinity decline sharply. At last, system is acidified.[ Key words ] food waste; organic loading rate; anaerobic digestion; system stability在餐厨垃圾厌氧消化系统中，高负荷稳定运行并获得高产沼气是实现餐厨垃圾无害化、减量化、资源化可行性的关键。
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收稿日期：2012-03-31。
基金项目：国家高技术研究发展“863”计划（2008AA062401，2008AA062402）；中美国际合作项目（2011DFA90800）。
作者简介：钟起隆（1988-），男，江西赣州人，硕士研究生，主要从事城市固体废物厌氧消化技术的研究。
E-mail ：zhongqilong00@ 通讯作者：袁海荣（1975-），女，北京延庆县人，副教授，硕士生导师，主要从事固体废物资源化综合利用等方面的研究工作。
E-mail ：331290105@餐厨垃圾SBMR-ASBR 两相厌氧消化产气性能研究钟起隆1，李秀金1，李兵2，邹德勋1，朱保宁1，袁海荣1（1.北京化工大学资源与环境研究中心，北京100029；2.轻工业环境保护研究所，北京100089）摘要：以学校食堂餐厨垃圾为原料，考察餐厨垃圾在SBMR-ASBR 反应器中产酸和产甲烷性能。
结果表明：高负荷下启动酸化相有利于系统快速形成稳定的乙醇型发酵，且可以避开丙酸型发酵，在10g/（L ·d ）负荷（以VS 计）下，稳定状态产酸率平均达到55000mg/L ，VFA 中乙醇和乙酸分别平均稳定在27000mg/L 和23000mg/L ，两者共占总VFA 的91%；甲烷相可以稳定运行的最高负荷为5g/（L ·d ）（以VS 计），此时，系统整体处理能力为3.3g/（L ·d ），单位容积产气率达到2.3L/（L ·d ），甲烷含量在65%～70%，TS ，VS 去除率分别达到77%，83%。
在实际工程中可以高负荷启动酸化相，有利于系统形成稳定的乙醇型发酵和高负荷运行的甲烷相。
关键词：餐厨垃圾；厌氧消化；两相；酸化；甲烷化中图分类号：TK6；S216.4文献标志码：A文章编号：1671-5292（2012）10-0047-05Performances of two-phase SBMR-ASBR anaerobic digestionfor biogas production of kitchen wasteZHONG Qi-long 1，LI Xiu-jin 1，LI Bing 2，ZOU De-xun 1，ZHU Bao-ning 1，YUAN Hai-rong 1（1.Center for Resources and Environmental Research ，Beijing University of Chemical Technology ，Beijing 100029，China ；2.Environmental Protection Research Institute of Light Industry ，Beijing 100089，China ）Abstract ：The performances of two-phase SBMR-ASBR anaerobic digestion for biogas production of kitchen waste was investigated.To find out the acid production performances of acidification phase and the methane production performance of methanogenic phase,kitchen waste from campus restaurant was used as feedstock.The results showed that the acidification phase of kitchen waste entered into a stable ethanol-type fermentation rapidly and avoid the propionate-type fermentationat a high OLR.The acid yield was 55000mg/L with 10g/（L ·d ）of OLR at the stable state.Ethanol and acetic acid were 27000mg/L and 23000mg/L in VFA,respectively.Ethanol and acetic acidwere 91%of VFA.The stable OLR of the methanation phase was 5g/（L ·d ）in this condition.TheOLR of the system was 3.3g/（L ·d ）.The volume gas production rate arrived at 2.3L/(L ·d).Methanecontent was 65%～70%.Removal rate of TS and VS reached 77%and 83%,respectively.It is suggested that the acidification be started at a high OLR,and this is beneficial to the system to build a stable ethanol-type fermentation and a methane phase running at a high OLR.The acidification phase running at high OLR would be recommended in facility of municipal organic solid waste.Key words ：kitchen waste ；anaerobic digestion ；two-phases ；acidification ；methanation 0引言餐厨垃圾俗称潲水、也称泔脚，是指居民日常生活中所产生的食物残余，其成分主要是纤维素、淀粉、蛋白质、脂肪和水[1]。
随着经济的发展、城市规模的迅速扩大和城市人口的快速增加，城市餐厨垃圾的产生量越来越大，例如，仅北京市2011可再生能源Renewable Energy Resources第30卷第10期2012年10月Vol.30No.10Oct.2012可再生能源2012，30（10）年餐厨垃圾日产量就达到了1700t[2]，[3]。
厨余垃圾中水分和有机物含量高，容易降解，易产生臭气、污水等，如果不能及时处置，将对周围的卫生环境造成严重影响[4]。
目前，餐厨垃圾的处理方式主要有焚烧、填埋、作饲料、堆肥等，这些方法都或多或少地存在一些负面效应[5]~[7]。
考虑到餐厨垃圾含水率和有机物含量都很高的特点，采用厌氧消化的方法来处理餐厨垃圾，产生出清洁的可再生能源，因此，研究餐厨垃圾厌氧消化具有能源和环保双重作用[8]。
刘晓英以餐厨垃圾为原料进行中温（35℃）厌氧消化，甲烷产率达到201mL/g[9]。
孟宪武认为低有机负荷（0.75~1.25g·L-1·d-1）有利于餐厨垃圾单相厌氧发酵[8]。
张波和赵杰红分别研究了pH和温度对餐厨垃圾水解酸化过程的影响[10]，[11]。
Han S K 和Wang J Y分别采用了UASB和厌氧生物滤池等高效厌氧反应器，目的在于提高甲烷相的产气效果[12]~[14]。
由于餐厨垃圾有机物含量高，单相厌氧消化容易产生过量的VFA抑制产气，因此，现阶段大多采用两相厌氧消化系统[15]。
但很少采用序批式强力混合反应器（Sequencing batch mixed reactor，SBMR）来运行酸化相和采用厌氧序批式反应器（Anaerobic Sequencing Batch Reactor，ASBR）运行甲烷相的工程实例。
另外，我国南北方饮食差异很大，不同地区餐厨垃圾物料性质差异也很大，为了提高北京地区餐厨垃圾的处理效果，本试验以具有代表性的北京高校食堂餐厨垃圾为原料，采用SBMR-ASBR两相厌氧消化系统，综合考查酸化相的产酸效率和甲烷相的产气性能以及处理能力，通过控制厌氧消化的参数来尽可能地提高系统整体处理能力以及产气性能。
1材料与方法1.1试验材料试验原料餐厨垃圾取自北京化工大学食堂的泔水池。
手工挑选出塑料、金属等杂物后，粉碎、装瓶，放于-20℃冰箱冷冻存储备用。
试验接种污泥采用北京市小红门污水处理厂厌氧消化污泥。
餐厨垃圾和接种污泥基本性质见表1。
1.2试验方法酸化相采用SBMR反应器，甲烷相采用ASBR 反应器，反应器内温度均为（35±1）℃，转速均为120r/min，每2h搅拌5min。
酸化相按接种量为2〔基质/微生物=F/M（VS/VS）=2〕接种厌氧污泥，启动后负荷（以VS计，下同）恒定在10g/（L·d）。
根据负荷变化，用烧杯量取一定体积酸化相出料，倒入甲烷相进行厌氧消化，甲烷相初始负荷为0.5 g/（L·d），稳定后逐步提升负荷。
每天监测出料pH、产气量，定期测定产气成分、出料VFA，TS，VS等指标。
2结果与讨论2.1酸化相产酸性能水解酸化是餐厨垃圾厌氧消化过程的限速步骤，因此，酸化相产酸性能对后续甲烷相的产气以及消化性能影响非常大。
从图1可以看出，随着运行天数的增加，VFA各组分浓度呈缓慢上升趋势，在第100天左右不再增加，保持在一定水平。
进料后第1～3天，由于接种污泥提供了一些碱度，pH在6左右，刚开始丁酸产量最高，接近10000mg/L，适合丁酸型发酵细菌生长，随着pH 下降到4左右，丁酸开始减少。
在第110天时，VFA中乙醇和乙酸达到最高值，分别为28678 mg/L和25466mg/L，VFA总产量为61124mg/L。
随后系统进入稳定期，产酸量基本稳定在55000 mg/L左右，比张波通过调节pH获得的最大VFA 浓度36g/L高52.8%，其中，乙醇和乙酸分别稳定在27000mg/L和23000mg/L左右，分别占总VFA的49%和42%，两者共占总VFA的91%，处TS VS总碳总氮C/N脂肪（干基）%%%%%%餐厨垃圾 5.1322.3018.400.8234.142.4114.16 4.00接种污泥7.65 4.79 2.400.5018.522.99 6.19 2.51表1餐厨垃圾和接种污泥的基本性质Table1Characteristics of kitchen waste and sludgepH VS/TS试验原料钟起隆，等餐厨垃圾SBMR-ASBR两相厌氧消化产气性能研究于乙醇型发酵状态，产物最有利于甲烷菌直接利用消化产气[13]，[16]。