重庆主城餐厨垃圾理化性质及产甲烷潜能分析-何琴

12期何琴等:重庆主城餐厨垃圾理化性质及产甲烷潜能分析2195态的产气量，反应系统呈明显酸化特征，至此说明此反应系统在此运行方式下所能承受最大有机负荷为7．0kgVS·m－3·d－1，略大于Zhang等［26］的最大负荷6．64kgVS·m－3·d－1．结束反应，此时，累计产气量达2903．27L，累积产甲烷1762．36L．系统未酸化时产甲烷含量范围53．43%—72．02%，均值60．82%，略高于Tampio等［27］的55%—63%(均值58%)．图2厌氧消化产气量Fig．2Biogasproductionofanaerobicdigestion图3厌氧消化沼气成分Fig．3Biogascompositionofanaerobicdigestion2．3．2碱度与pHpH及碱度是评价厌氧工艺稳定性的两个重要参数，系统pH及碳酸氢盐碱度(BA)变化见图4．反应器经历初期驯化后，系统内有充足的缓冲容量，从图4可看出，初始BA达到了7349．00mgCaCO3·L－1，反应器运行初期pH值并没有较大的波动．随着负荷持续增加，BA值出现一些波动，但系统正常运行期间始终维持在6437．60—7821．95mgCaCO3·L－1范围内，此间pH值也维持在7．41—7．81的较高水平，接近Zhang等［26］在整个厌氧消化过程中保持的pH7．8．当负荷增加至7．0kgVS·m－3·d－1时，pH值也未显著下降，停止进料后很快回升，并在恢复高负荷进料后继续上升达到pH峰值7．81，随后在持续超高负荷下才快速下降至最低值6．68;而BA值在恢复高负荷进料时即迅速下降，最低达4222．73mgCaCO3·L－1，虽随后有所恢复，仍明显低于系统正常运行时的水平．图4厌氧消化BA值与pHFig．4BAandpHvaluesofanaerobicdigestion2．3．3VS去除率利用VS去除率表示厌氧消化系统的污染物去除效果，其值按式(2)［28］计算，其中，VSr表示VS去除率(%)，下标e表示出料，f表示进料．VSr=1－VSTS()e·1－VSTS()f[]VSTS()f·1－VSTS()e[](2)出料VS/TS含量以及计算得出的半连续厌氧消化系统VS去除率见图5．从图5可看出，系统稳定2196环境化学33卷运行时，随着负荷的升高，VS去除率呈逐渐下降的趋势，但一直维持在88．87%—93．85%的较高水平，与Nagao等［29］厌氧消化餐厨垃圾得到的84．4%—92．5%范围相近．当系统负荷增加至7．0kgVS·m－3·d－1时，微生物活动受到抑制，VS去除率迅速下降，第36天降至最低值80．01%．而Nagao等［29］的厌氧消化反应器在此负荷下仍正常运行，且在负荷7．4kgVS·m－3·d－1下稳定运行得到90．0%的较高VS去除率．系统停止进料后虽有所回升，但仅在85．0%水平以上停留了3d，随后再次下降直至发酵结束．2．3．4实际产甲烷潜能半连续厌氧消化实际产甲烷潜能(Experimentalmethanepotential，EMP)计算公式参见式(3)，其中，VCH4为产生的甲烷体积(标准状态)，VSd为反应器内实际消耗的VS量．EMPLCH4·g－1VS()=VCH4VSd(3)计算得出半连续厌氧消化EMP值及其占理论值的比例EMP/TMP见图6．图5VS去除率及出料VS/TSFig．5VSremovalrateandVS/TSineffluent图6厌氧消化EMP与EMP/TMP值Fig．6EMPandtheEMP/TMPratioofanaerobicdigestion从图6可看出，半连续式厌氧消化的EMP值为0．363—0．713LCH4·g－1VS，占TMP值的45．77%—89．93%，且在3．0kgVS·m－3·d－1负荷下达到最大产甲烷潜能0．713LCH4·g－1VS，而Tampio等［27］的中温半连续发酵试验也在3．0kgVS·m－3·d－1负荷下得到最大EMP值0．483LCH4·g－1VS．此时，最大EMP占TMP值的89．93%，即餐厨垃圾中89．93%的有机质用于产甲烷，餐厨垃圾厌氧消化效果较好．而在4．0kgVS·m－3·d－1负荷下，EMP值为最低仅0．363LCH4·g－1VS，仅占TMP的45．77%，可能是由于负荷增加速度过快，系统微生物还未完全适应．随后减小负荷增加梯度，随着负荷升高，EMP值也逐渐增大，并在5．0kgVS·m－3·d－1负荷时，出现第二高峰值0．643LCH4·g－1VS，EMP/TMP值也恢复到了81．06%．在7．0kgVS·m－3·d－1负荷下，系统不能承受超高负荷而崩溃，微生物活性受到抑制，EMP值仅0．384LCH4·g－1VS，而Zhang等［26］