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厌氧消化是实现剩余污泥和农作物秸秆资源化的有效方法之一,但剩余污泥和农作物秸秆单独作为消化原料存在着C／N偏低或偏高以及有机物不易被利用的缺点。为了提高厌氧消化效率,在秸秆厌氧消化前常采用预处理的方法改变秸秆的结构,并将秸秆与剩余污泥混合厌氧消化来提高厌氧消化的产气量。本试验研究了NaOH、氨水和水对玉米秸秆的预处理效果,以及预处理后的玉米秸秆浸泡液与剩余污泥混合作为消化原料对厌氧消化反应的促进作用。
预处理试验中,在单因素试验的基础上,采用Box-Benhnken设计,选取秸秆尺寸、药剂浓度和预处理时间为工艺考察参数,对玉米秸秆NaOH和氨水预处理溶出SCOD和还原糖进行了响应面法优化:厌氧消化试验中研究了不同投配率及玉米秸秆和剩余污泥不同的混合比例对厌氧消化过程中日产气量、VS去除率、去除单位VS产气量的影响。
预处理试验结果表明,NaOH溶液处理效果最佳,最佳工艺条件为:秸秆尺寸:30目；NaOH溶液浓度:4‰预处理时间:48h。经处理后的秸秆浸泡液中SCOD和还原糖浓度分别为41944mg／L和25.8 mg／L,秸秆中纤维素含量提高到59.4～68.2％,木质素含量下降到5.4～16.50／0。
连续进样试验结果表明,4％、5％和8％三个投配率下,水预处理后的玉米秸秆与剩余污泥(干物质)以1:1.2的混合比例(质量比)进行厌氧消化的效果较佳,该条件下厌氧消化去除单位VS产气量和VS去除率较剩余污泥单独厌氧消化分别提高了20～50％和1～7倍。三种投配率下,水预处理后的玉米秸秆与剩余污泥混合厌氧消化比较的结果表明,8％投配率下的厌氧效果最佳,该条件下,去除单位VS产气量为430 ml／gVS左右,VS去除率为60％左右。厌氧消化批式试验结果同样表明水预处理后的玉米秸秆与剩余污泥(干物质)以1:1.2的混合比例(质量比)进行厌氧消化的效果最佳,该条件下的厌氧消化累积产气量为6557ml,单位干物质产气量为210.2 ml／gTS,产气持续时间达到了35d以上,产气中CH4比例达到了60.6％。
试验结果表明,玉米秸秆和剩余污泥厌氧消化可调节剩余污泥的C／N比,提高厌氧消化的效率。NaOH溶液处理后的秸秆浸泡液与剩余污泥混合厌氧消化可以使产气高峰时间提前,但是反应器中过高的Na+浓度对厌氧消化反应产生不利影响。