餐厨垃圾滚筒式发酵制氢反应器设计及运行参数调控

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1、摘要摘要餐瓣垃圾{乍为鬓内生活垃圾的重要组成部分(20％巧O％)，因其具有高含水率，高挥发性有机物含量等特点，在收集及运输过程中易产生腐败、变质、沥出液等=次污染问题。传统的填埋、堆肥及焚烧方式均不太适用于餐厨垃圾的最终处鼍。同时因为餐厨垃圾是一种生物质废弃物，有机物含量高，采用厌氧发酵方式对其进行有效的再利用可以产生生物能和生物化学产品，同时可以避免：次污染，具有经济、环境的双重功效。本文对餐厨垃圾产氢进行反应器规模的工艺研究，为今后的产业化运行做准备。本文在研究餐厨垃圾组成及特性的基础之上，剖新性的进行了包括污泥热处理、矿化垃圾协同发

2、酵等～系列产氢强化方式的序批式研究。在确定了餐厨垃圾产氢的最佳工况，初步探讨了矿化垃圾在产氢系统中的作用机理的基础之上，自行设计研发了SARD(Semi．continuousAnaerobicRotaryDrum)生物制氢反应器。同时进行了包括启动方式魏选择、运行参数的调控、与常规铡氢反应器的对比等一系列研究，取得了较好的运行效果。(1)泔脚有机物含量高，极易酸化，正常的产酸过程很快结束，不具有氢气累计能力。序批式试验表明：接种包括矿化垃圾在内的多孔介质可以显著的提高其产氢能力并延缓酸化时闻，并且随着矿化垃圾添加比率的增加(>25％)，其

3、对于餐厨垃圾的产氢有明显的提高作用，氢气浓度达到26．6％(50％矿化垃圾，5d)。而控制条件(只加入污泥)、粉末活性碳、颗粒活性碳分别只有6．37％、3．4％及4．8％。丽虽高投加率(>25％)豹矿化垃圾对应的发酵底物中丁酸含量普遍较高，丁酸与乙酸的比值保持在l。5—3．5之闻，是较为适宜的丁酸／乙酸比，对于丁酸型发酵的形成具有决定性作用。(2)排水集气法试验表明：对于餐厨垃圾及污泥分别进行干熟预处理(160℃，l。5h)对于氢气的产量健进最为曼蔫。在矿化垃圾的生物协同下，潜脚与污泥的基质互补更有利于发挥泔脚生物产氢的基质优势。在矿化垃

4、圾的添加量为泔脚湿重的50％，泔脚：污泥(干重比)=100：30，含水率约90％的条件下，其峰值达到了187．4mL／gVS，氢气最高浓度及平均浓度分别为53．5％及33．9％。产氢过程与Gompertz模型的模拟结果基本一致，理论分析得出的最大产氢潜力(Hp)、最大产氢速率(Rmax)及停滞时间(五)分别为193．85mL／gVS、94。35摘要mL／(h‘gvS)及15．28h。(3)SARD生物制氢反应器运行研究表明：纯餐厨垃圾由于酸化程度太快不适合作为单独的进料物料，逐渐增加负荷的进料方式是有利于反应器建立稳定的产氢体系和维持高的

5、产氢能力的基础。在进料量增大至总体积的20％时，氢气的浓度下降至20％以下，这主要是由于系统运行至后期耗氢菌逐渐繁殖增量，C02、氢分压及部分回流物料的回馈作用等抑制因素逐渐积累。(4)SARD生物制氢反应器最佳的运行工况为长径比8：1、回流比O．5、转速20rpm、搅拌时间2min、搅拌间隔4h、倾角1．5。，其中回流比对系统的产氢能力影响最大。在最佳运行条件下，运行阶段氢气浓度可稳定在45％左右，产氢量可维持在100---120mLH2／gVS水平。系统可维持稳定运行680h(28d左右)，每吨餐厨垃圾可累计产氢气约30m3。关键词：

6、餐厨垃圾：SARD生物制氢反应器；矿化垃圾IIAbstractABSTRACTFoodwastequantityinShanghaiwasestimatedtObeover1300tons／day,10。8％oftheMunicipalSolidWastes．Itischaracterizedbyhighwatercontent(85％)andvolatilesolids(vS：80％-90％)，、们mpotentialenergyviaanaerobicdigestionforproductionofmethaneandhydrogen

7、，aSdoneinthiswork．Inthiswork,ailinnovativeanaerobicfermentationreactorforhydrogenproductionnamedSARD(Semi—continuousAnaerobicRotaryDrum)Wasdesignedandoperatedforsemi—continuousfermentationusingfoodwastesassourcematerial．Meanwhile，theconventionalCSTRandPlugFlowReactorswere

8、alsomadeandoperatedinparallelwiththeSARD．ItWasfoundthattheperformanceofSARDWasmuchbetterthanCSTR