生活垃圾厌氧处理底物降解率与产气量研究

3.测定方法
3.1沼气产气量用LFM-1湿式防腐气体流量计测量，流量计在使用前经过标定。
3.2TS、VS测定均采用BG规定的方法。
4结果与分析
4.1固体物质降解与产气量关系
用特性指标来确定有机物的厌氧生物降解性
这种方法是测定基质(被测有机物)在厌氧反应前后的浓度,以它作为特性指标,然后用浓度的变化(去除率η)来表示有机物的厌氧生物降解性：
厌氧消化是在无氧的条件下，由兼性厌氧菌和专性厌氧菌联合降解有机物[2]的方法，较多人支持M.P.Bryant[3] 提出的沼气发酵三个阶段理论。能够进行厌氧发酵的物料有很多如：秸秆类物质为代表的农业废弃物、禽畜粪便和污水处理厂的活性污泥、以及生活垃圾等[4][5]。现价段应用于厌氧发酵的底物大多为单一物料，单一物料厌氧反应周期一致，过程容易控制，但是底物抑制较严重，反应往往不能进行彻底，所以内蒙古鄂尔多斯传祥垃圾处理厂采用了多种底物共同发酵，增加了反应物料的降解程度，提高了过程的产气量。参与反应的底物有生活垃圾中可生物降解部分、市政粪便、污水处理厂的污泥和餐厨垃圾等，各种物料通过预处理调节后进入混合发酵罐发酵。以内蒙古鄂尔多斯传祥垃圾处理厂的联合厌氧发酵工艺的投料量为研究对象，分析投料量与降解量以及沼气产量的关系，目的是优化发酵工艺、提高发酵设备的利用率。
1.2.4恒温电阻箱：A-10型，上海东兴建材试验设备有限公司
1.2.5 pH测定仪：5-3型，上海智光仪器仪表有限公司。
1.2.5磅秤：50kg
1.2.6胶体磨：出料粒径2-50μm
2实验步骤
2.1接种
接种，根据不同的固体量有很大的差异有时固体废物的量与接种物的量之比达到60：4O以上[6] 。该实验取内蒙古鄂尔多斯传祥垃圾处理厂的厌氧发酵罐的发酵液为接种物料，接种物料的取量为：300kg约为0.3m3，（接种量为实验罐总容积的1/3），接种后开始加温，调节菌种的温度为35℃。
由以上计算可以看出本实验装置在处理低固体混合物料时固体降解率为：31%，每降解1kg固体产气量为769L。
4.2有机物降解与产气量关系
根据公式（1）和表一实验数据计算：
进料有机物量：0.1456kg
出料有机物量：0.0828Fra bibliotekg η=42%
1.2.1实验装置为总容积1.1m3的玻璃钢罐，直径1m,总高1.8m。进料方式为连续式进料，出料靠溢流出料，罐底设150mm的排泥口，加热用水浴温控加热水箱。
1.2.2气体收集采用气体流量计，型号：LFM-1湿式防腐气体流量计，产地长春汽车制造有限责任公司。
1.2.3恒温干燥箱：101A-1上海东兴建材试验设备有限公司
随着人们生活水平的不断提高，生活垃圾的产量逐年增加，无害化处理方法很多，与其它方法相比较厌氧处理有占地面积小、污泥产量少、运行成本较低[1]、有机物减量化明显，并且在处理过程中可以产生沼气、有机肥等副产品的优点，在1arm的状态下，甲烷燃烧的热值达到了9100 kcal／m3[2]符合垃圾的资源化处理，所以它代表了未来垃圾处理的一种趋势。
表一：进料33KG实验数据
进料量（kg） 进料Ts 出料Ts 固体降解率（%） 进料VS 出料VS VS降解率（%） 产气量（L）
33 0.8 0.54 31 56 46 42 62
图一 图二
5结论
该实验是厌氧法处理城市有机固体废弃物的一次中试试验，实验原料包括城市生活垃圾中的有机物（可以生物降解的物质）、粪便、城市集中源产生的餐厨垃圾等物料，通过本次试验得出厌氧法处理混合型城市有机固体废弃物的可行性结论，每1kgVS可以产生1019L沼气，换算成原生垃圾量为：每降解1T原生垃圾可以产沼气55m3，需要注意的是为了提高城市有机固体废弃物降解量和沼气的产生量，降低能耗，在实际生产中应尽量提高发酵底物的固体含量，保证厌氧微生物有足够营养，大量繁殖，以提高发酵效率，缩短发酵周期。
1.实验原料和器材
1.1实验原料来源于内蒙古鄂尔多斯传祥垃圾处理厂调节罐的物料，该物料包括：经过分选预处理的生活垃圾中可生物降解部分、粪便、餐厨垃圾。
物料性质
含水率（%） VS（% ） pH 氨氮（mg/L） COD(mg/L)
1.2实验器材
η=1-Ce/Co （1）
式中Ce――反应后基质浓度,mg/L；
Co――反应前基质浓度,mg/L。[7]
根据实验数据和公式计算：
进料固体量为：0.26kg
出料固体量为：0.18kg
η=31%
降解单位体积固体物质产气量：
通过以上计算可知，本实验结论每降解1kg的有机物沼气产量已接近理论沼气产量。
4.3固体降解量、有机物降解量与进料固体量的关系
厌氧发酵产生沼气的反应是在缺氧和厌氧条件多种群微生物共同作用完成底物的降解的，因此厌氧发酵符合单一菌群发酵的普通规律，同时又会受到相关菌群相互制约，其表现在发酵底物和底物的浓度有关，一定底物浓度范围底物的降解与底物浓度成正相关，底物浓度越高降解量越大，底物浓度低时会产生反馈抑制，部分菌体休眠，将减量随之减小。该规律从图2和3可以看出。
2.2投料
接种后，第二天开始第一次投料，物料来源于蒙古鄂尔多斯传祥垃圾处理厂调节罐的混合物料，投料量：，中温培养25天。
2.3菌种培养完成后，开始连续进料
2.3.1连续进料实验周期为30天
2.3.3原料预处理
预处理的目的是减小进罐物料的粒径，加快反应速度，增加产气量。预处理方式：取回的实验原料经过胶体磨破碎，破碎后物料粒径小于0.5mm。
降解单位体积有机物产气量：
由以上计算得出有机物降解率为42%，每降解1kg有机物产气量为987L。 1升沼气中，含碳C量的平均值约为0.538克/升。由此推算，原料被分解1克TOC气化后的产气量为1.86升。
G=1/Cg=1/0.538≈1.86（升/克）
只要实测了发酵原料的含水率（或污泥浓度）、有机份和TOC的含量，再根据4.2计算出有机物分解率。就可以在暂不考虑原料成分情况下，计算出混合发酵原料的单位体积的理论产沼气量。若实验室没检测TOC的含量，那么可以根据《污水污泥处理》一书中提出的：在理论上“一般有机物中，大约含有55%的碳”，这一数值推算出每升发酵原料中的TOC的含量，进而推算出污泥的理论产沼气量来。因本实验有机物降解量为：0.0628kg，该有机物中TOC含量为0.0628kg×55%=0.03454kg，理论产气量为0.03454kg×1860L/kg=64.2L
2.3.4进料方式
准确称取44kg物料从反应器的进料口注入反应器（进料口在反应器的底部），进料过程中反应器的排气管打开，溢流口打开，让物料在重力作用下自然流入反应器，同时发酵后的物料溢流排出。
2.3.5收集原料和溢流料分析得出如下数据：
注意：本实验设定30天的实验周期是为了测定物料的平均反应效果。