一种餐厨垃圾浆液的CSTR厌氧反应器处理试验研究

一种餐厨垃圾浆液的ＣＳＴＲ厌氧反应器处理　

试验研究★　

汤晓艳，金慧宁，屈　阳，李晨彬，赵爽，张进锋　（江苏维尔利环保科技股份有限公司，江苏　常州　２１３１２５）　

【摘要】利用中温ＣＳＴＲ厌氧反应器处理餐厨垃圾经机械预处理后的有机浆液，进液ＣＯＤ均值为１５０　９６０　ｍｇ／Ｌ，ＣＯＤ去除率达８４．１％，厌氧进、出液的ｐＨ均值分别是４．５和７．７，厌氧进、出液的Ｔｓ均值分别为７．５％和　２．４％，厌氧反应器的出液ＶＦＡ为２　０００～３　０００　ｍｇ／Ｌ，ＮＨ３－Ｎ浓度和碱度（ＣａＣＯ　）分别保持在３　７００　ｍｇ／Ｌ和　１９　０００　ｍｇ／Ｌ左右，厌氧系统运行稳定。研究还表明：每吨餐厨垃圾有机浆液的沼气产量大于６０　ｍ　，沼气中甲烷的　含量保持在６０％左右，餐厨垃圾有机浆液ＣＯＤ的产气率为０．４９　ｍＶｋｇ。　【关键词】餐厨垃圾有机浆液；ＣＳＴＲ厌氧反应器；ＣＯＤ去除率；产气率　中图分类号：Ｘ７０３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００５—８２０６（２０１８）（）１—００３６—０５　

Ａｎ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ＣＳＴＲ　Ａｎａｅｒｏｂｉｃ　Ｒｅａｃｔｏｒ　Ｔｒｅａｔｉｎｇ　Ｓｌｕｒｒｙ　ｆｒｏｍ　Ｋｉｔｃｈｅｎ　Ｗａｓｔｅ　Ｐｒｅｔｒｅａｔ—　ｍｅｎｔ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｔａｎｇ　Ｘｉａｏｙａｎ，Ｊｉｎ　Ｈｕｉｎｉｎｇ，Ｑｎ　Ｙａｎｇ，Ｌｉ　Ｃｈｅｎｂｉｎ，Ｚｈａｏ　Ｓｈｕａｎｇ，Ｚｈａｎｇ　Ｊｉｎｆｅｎｇ　（Ｊｉａｎｇｓｕ　ＷＥＬＬＥ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ　Ｊｉａｎｇｓｕ　２１３１２５）　【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｅ　ＣＳＴＲ　ａｎａｅｒｏｂｉｃ　ｒｅａｃｔｏｒ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｗａｓ　ｄｏｎｅ　ｉｎ　ａ　ｐｉｌｏｔ　ｐｌａｎ　ｆｏｒ　ｔｒｅａｔ—　ｉｎｇ　ｓｌｕｒｒｙ　ｆｒｏｍ　ｋｉｔｃｈｅｎ　ｗａｓｔｅ　ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ　ａｖｅｒａｇｅ　ＣＯＤ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｏｗ　ｗａｓ　１　５０　９６０　ｍｇ／Ｌ　ａｎｄ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｒａｔｅ　ｗａｓ　８４．１％．Ｔｈｅ　ａｖｅｒａｇｅ　ｐＨ　ｏｆｉｎｆｌｏｗ　ａｎｄ　ＯＵｔｆｌＯＷ　ｏｆｔｈｅ　ＣＳＴＲ　ｗｅｒｅ　４．５　ａｎｄ　７．７　ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ｔｈｅ　ａｖｅｒａｇｅ　ＴＳ　ｏｆｉｎｆｌｏｗ　ａｎｄ　ＯＵｔｆｌＯＷ　ｗｅｒｅ　７．５％ａｎｄ　２．４％．Ｔｈｅ　ＶＦＡ　ｏｆＯＵｌＳ￣ＯＷ　ｗａｓ　２　０００—３　０００　ｍｇ／Ｌ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆＮＨ３一Ｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｌｋａｌｉｎｉｔｙ（Ｃａ—　ＣＯ３）ｗｅｒｅ　ｍａｉｎｔａｉｎｅｄ　ａｔ　３　７００　ｍｇ／Ｌ　ａｎｄ　１９　０００　ｍｇ／Ｌ　ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｔｈｅｎ，ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｒａｎ　ｓｔａｂｌｙ．Ｔｈｅ　ＳｔＵｄｖ　ａｌｓｏ　ｉｎｄｉｃａｔｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｂｉｏｇａｓ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｗａｓ　ａｂｏｖｅ　６０　ｍ３　ｆｒｏｍ　ｏｎｅ　ｔｏｎｅ　ｓｌｕｒｒｙ　ｆｒｏｍ　ｋｉｔｃｈｅｎ　ｗａｓｔｅ　ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ　ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ　ｏｆ　ｍｅｔｈａｎｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｂｉｏｇａｓ　ｗａｓ　ｍａｉｎｔａｉｎｅｄ　ａｔ　ａｂｏｕｔ　６０％，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｂｉｏｇａｓ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｗａｓ　０．４９　ｍ３／ｋｇ．　【Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ】ｓｌｕｒｒｙ　ｆｒｏｍ　ｋｉｔｃｈｅｎ　ｗａｓｔｅ；ＣＳＴＲ；ＣＯＤ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｒａｔｅ；ｂｉｏｇａｓ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　

餐厨垃圾是指居民日常生活中所产生的食物　残余，俗称泔脚、也称潲水，主要由纤维素、淀　

粉、蛋白质、脂肪和水组成［　。我国餐厨垃圾具　

有水分高（７０％　９０％）、油脂含量高（１％　５％）、　

有机物和杂质较多等特点，极易腐烂变质，孳生　细菌和传播病毒。随着我国城镇化进度的加快，　

城市人口大幅增长，城市餐厨垃圾的产生量越来　越大［２］。据统计，全国城市生活垃圾产出量约　

１．７×１０　ｄａ，其中５０％以上是有机物，餐厨垃圾产　

生量３．０　Ｘ　１０７　ｄａ。目前我国大部分地区的餐厨垃　圾分类收集处于推广阶段，尚未得到广泛施行，　

而无论是垃圾分类制度的推广还是民众垃圾分类　

习惯的养成都将是一项长久的、持续的工作，不　

￥基金项目：江苏省２０１４年环保科研课题（２０１４００８）　收稿日期：２０１６一ｌ１—０７　可能一蹴而就，因此，餐厨垃圾成分复杂这一特　

点，短期内很难改变。餐厨垃圾有机含量高、含　

水率高，容易酸败产生臭气、污水等，不及时收　运处理的话，对周边卫生环境影响严重…。餐饮　

垃圾对民众健康和食品安全带来的影响越来越显　著，也日益为民众和主管部门所关注。　

目前常用的餐厨垃圾处理方法包括堆肥处理、　

饲料化处理和厌氧处理。由于产品出路受阻，单　

独的餐厨垃圾堆肥项目很少。饲料化由于同源性　问题应用也受到限制　］。餐厨垃圾的厌氧处理应　

用较多，市场占有率已达到７０％以上…，但运行　

高效稳定的并不多。　

本试验利用中温ＣＳＴＲ厌氧反应器处理餐厨　垃圾经机械预处理后的有机浆液，考察ＣＳＴＲ厌　

氧反应器稳定运行的工艺参数，为实际工程提供　

支撑。

　１试验材料和方法　

１．１　试验接利－　；』　浆液性质　试验接种污泥取Ｆ］酒精厂污水处理站的脱水　

污泥，含水率６２％，ＶＳＴＦＳ为６０％。　

餐厨垃圾经过机械预处理，去除　料、金属、　织物、油脂、无机物以及大部分的不町　物降斛　

物后制得餐厨垃圾有机浆液，处理流　Ｉ冬１　１．．　

餐厨垃圾　

收或籼　型　荔夏　区　

Ｉ苎　竺些墨Ｉ　

囱　

『ｉ－１流水广——上］　————　水力除渣机　

Ｆ　

磊　丝．处置　

ｌ餐　赢圾仃机浆液　

用作ＣＳＴＲ厌氧反应器进液的餐厨垃圾有机浆　

液的平均指标　表１。　

指标ｐｔｔ　Ｎ　Ｈ￣－¨ＮＩ＂Ｉ…ＬＳ／ＶＳ／唧Ｎａ／川…Ｋ／　Ｍｅ／¨　Ｃ　ａ／　ｃ辫　

数值４　５　１５０　９６０　７３３．Ｒ　７　５　８３．４　２　６１０　７１）３　ｌ２２　３　５２０　２５６　

１．２试验安排　

试验采用【｝１温ＣＳＴＲ厌氧反应器，有效容积　

６００　ｉｎ　，温度控制（３５－４－１）ｏｃ，利刚｝＝『＝｛气锅炉产　

生的蒸汽进行加热保温。厌氧肩动（　（）Ｄ负荷为　０．５　ｋｇ／（Ｉｌｌ　·ｄ），最终达到设计ＣＯＤ负荷５．０　ｋｇ／（ｍ　·ｄ）、　

试验考察在整个启动过程中ＣＯＤ降解率，进　液　

的ｐＨ、Ｔｓ、ＮＨ．ｒＮ和厌氧出液ＶＦＡ、碱度及沼气　

的成分变化。　１．３分析办法　试验中测试分析方法：ＴＳ、ＶＳ采用ＣＪ／＇Ｉ、　３１３—２【）（）９生活垃圾采样和分析方法，ｒ】Ｈ采用　

ＣＪ／Ｔ　９６—２０ｌ３　活垃圾化学特性通Ｊ｝ｊ检测方法，　

ＣＯＤ、ＶＦＡ和氨氮采用ＨＡＣＨ试剂比色法；碱度　

采用滴定法（默克试剂盒）；ＣＨ。和ＣＯ：成分采Ｈｊ　

红外测定法（北斗星气体分析仪）。　２试验结果与讨论　

２．１队瓴容１＝！｛负何　图２给ｆ｝ｊ了厌氧反应器Ｆ｛　动到试验结束的　

容积负倚随Ｉ…’Ｈ］的变化情况。　氧系统启动容积　

负荷为０．５　ｋｇ／（ｍ　·ｆ１），　调试￣ｔ９－＠５０　ｃ１内，Ｆ｝ｊ于受　试验前端来液量的限制，厌氧容积负荷一直保持　

较低的水平，随后厌氧负荷逐渐提升，到渊试的　

第６５大达剑了设汁负荷。　

【Ｊ　【Ｊ　ＩＩ儿Ｊ　ｌ　ＩＪ　”ＩＪ　）ＩＪ　３００　时　／ｄ　Ｆ　、¨　ｒ　由于餐Ｉ豆ｆ垃圾来料性质变化较大，尤法实现　

厌氧系统容积负荷的稳定。存系统达到设计负荷　

后，受到＿ｒ　２次负荷冲击。在启动的第１２３～１２４　天负荷达刮６　ｋｇ／（Ｉｌｌ　·ｄ），同时在第１２５～１２６天进液　

的ＣＯ１）急剧ｆ　升，系统的挥发酸　第１２８灭升高　

至４　８００　ｒａｇ／｜　，于第１３ｌ～１４０火停料，之后缓慢提　升负荷，基本保持在４．５　ｋｇ／（ＩＩ１　·ｒ１）左右。厌氧反应　

器运行的第２４０～２４２大，进液负荷增至７～７．５　ｋｇ／　（ＩＴＩ　·ｄ），ｆｌ：水悬浮物增加，采取降低进水量的措施，　

并于第２５４～２６４天容积负荷保持存２．６　ｋｇ／（ｍ　·ｄ）左　

右运行，之后逐渐增加负荷，于第２６７大恢复至　４．９　ｋｇ／（Ｉｌｌ　ｄ），之后，厌氧反应　运行稳定　，在实　

际Ｔ　ＩＩｌ需要考虑较大的厌氧进液调节池，尽可　

能均衡水质。　２．２进…液（　ｆ）Ｉ）　『警１　３给　ｒ系统的进｝｝Ｊ液ＣＯＤ情况，口ｆ见，进　

液ＣＯ１）变化较大，均值为１５０　９６０ｍｇ／Ｌ，最高达到　２８１　２００ｉｎｇ／Ｌ，ｍ液ＣＯＤ较平稳，均值为２４０６０ｒｎｇ／１　，　

ＣＯＤ降解牢为８４．１％。　

３００　０００　

２５（）（）００　

２００　０００　

Ｉ５Ｏ　０００　

ｌ００　０００　

５（）０（ｍ　

０　２．３进出液ｐＨ　ｐＨ是影响厌氧生物处理过程的重要因素，许　

多研究结果和实际运行经验表明，厌氧消化需要　

一个相对稳定的ｐＨ范围，不同的微生物要求不同　的ｐＨ，过高或过低的ｐＨ对微生物代谢有明显影　

响；产甲烷菌对生长环境的ｐＨ极为敏感，甲烷菌　

最适宜的ｐＨ范围为６．８～７．５，若ｐＨ＜６＿３，将使二　氧化碳增加，促使大量水溶性有机酸和硫化氢产　

生，有机酸会导致反应器中ＶＦＡ积累、酸碱平衡　

失调，使产甲烷菌的活性受到抑制，硫化物含量　的增加也会抑制甲烷菌生长；若ｐＨ＞７．８，ＮＨ４＋转　

变成非离子化的ＮＨ　，会产生毒性抑制。　由图４可见，餐厨垃圾有机浆液在进入厌氧　

系统之前已经酸化，ｐＨ较低，平均为４．５。厌氧出　

水ｐＨ基本保持在７～８，平均为７．７左右，说明厌　氧系统耐冲击负荷能力强，出水性质平稳。　

时『司／ｄ　图４进出液ｐＨ变化　情况　

２．４进出液ＴＳ、ＶＳ　图５给出了厌氧进出液的Ｔｓ变化情况。对比　

图３可见，厌氧进液Ｔｓ与ＣＯＤ有很大的相关性，　厌氧进液波动较大，导致Ｔｓ变化明显，平均为　

７．５％。出液ＴＳ与出液ＣＯＤ相关性同样很大，ＴＳ　

变化相对小，平均为２．４％。　

１２　

１０　

８　薹６　

４　

２　

Ｏ　≮　ｏ　妒　≮　；翕　’冬　；　．主§　

０　５０　１００　１５Ｏ　２００　２５０　时间／ｄ　图５进出液Ｔｓ变化情况　

试验中厌氧进出液的ＶＳ变化平稳，进液有机　

质含量很高，平均为８３．４％（干重），出液有机质　均值为６２．７％（干重）。　２．５进出液ＮＨ３一Ｎ　在厌氧消化过程中氨的产生主要有以下几个　

来源：甲胺的甲烷化；氨基酸和蛋白质的发酵；　

其他含氮有机物的厌氧降解等。含氮有机物的降　解将导致厌氧体系中碱度的升高，而且等于所释　

放的氨量（应扣去其中用于细胞合成的量，但考　

虑到在厌氧过程中，污泥产率较小，因而用于细　胞合成的氨量也较少，故忽略不计），氨氮等碱度　

的增加影响了反应方程式的平衡，ｐＨ增加。　

图６给出了达到设计负荷后进出液氨氮的变　化情况。试验前期由于餐厨垃圾机械预处理的工　

艺用水采用自来水，厌氧进水氨氮一直处在较低　水平，均值为３４１．５　ｍｇ／Ｌ，这是因为厌氧进水中含　

氮有机物还没有降解，还是以有机物的状态存在。