蔬菜废弃物厌氧消化工艺的研究

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蔬菜废弃物中含有较高的有机质和水分,运用厌氧消化技术对其进行处理不但可以降低蔬菜废叶处置不当对环境造成的污染,而且可以回收能源缓解今后的资源紧缺问题,因此对蔬菜废弃物的厌氧消化工艺及其效能进行探究具有重要意义。本文首先采用批量发酵装置探究混合蔬菜废弃物的产甲烷潜力及特性,然后利用新型CSTR反应器处理混合蔬菜浆,最后采用EGSB和新型AF处理蔬菜沼液,探究厌氧消化工艺处理蔬菜废弃物的稳定性、处理效能以及沼液的资源化排放。本文研究结果如下:(1)选用大白菜、甘蓝菜、生菜和油麦菜4种蔬菜进行单一和混合发酵,得出二者均可以实现正常厌氧消化。其中单一蔬菜组产气最优的为甘蓝菜组,TS产气率和VS产气率分别为947m L/g和1037m L/g,混合蔬菜组产气最优的为E组,TS产气率和VS产气率分别为1090m L/g和1418m L/g,相比之下混合蔬菜组更适合厌氧消化工程上的应用。因此本文利用混合蔬菜废弃物作为发酵底物进行下一步的工艺研究。(2)采用新型CSTR反应器对混合蔬菜废弃物进行了厌氧消化研究,在连续进料的条件下,设置HRT分别为48d、24d、16d、12d和10d时,随着HRT的缩短,反应器运行效果的区别也越为明显。HRT为10d时,产气效果急剧下降,即HRT为12d的第IV阶段处理效果最佳,其原料产气率为23.87L/g,TS产气率为403.98L/g,VS产气率为552.38L/g,平均甲烷含量为51.28%,OLR平均为0.90 g COD·L-1·d-1,池容产气率平均为0.92 L·L-1·d-1,平均COD去除率达到了78.00%。(3)将新型CSTR反应器处理混合蔬菜浆得到的蔬菜沼液废水采用EGSB反应器做进一步处理,HRT分别为4.4d、3.2d、2.5d和2.2d,其中HRT为2.5d的第III阶段处理效果最好,即出水NH4+-N浓度的平均值为139mg/L,平均OLR为1.79 g COD L-1·d-1,池容产气率平均为0.26 L·L-1·d-1,平均COD去除率为78.16%。(4)采用新型AF反应器以EGSB反应器处理蔬菜沼液得到的沼液废水为发酵底物进行了两个阶段的处理,HRT分别为1.6d和0.9d。其中HRT为0.9d的第II阶段处理效果最好,平均OLR为0.84 g COD·L-1·d-1,平均池容产气率为0.02 L·L-1·d-1,出水NH4+-N浓度的平均值为242.73mg/L,平均COD去除率72.53%。综上所述,通过对蔬菜废弃物厌氧消化过程中各项指标的测定研究,确定了新型CSTR反应器的HRT为12d、EGSB反应器的HRT为2.5d、新型AF反应器的HRT为0.9d时,处理效果最好。蔬菜废弃物的COD含量由15000~2000mg/L降低至450~300mg/L,同时每千克蔬菜废弃物可产生24L的沼气能源,研究结果可为蔬菜废弃物厌氧消化工艺的工程化利用提供技术支持。
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