餐厨垃圾高温好氧生物消化工艺控制条件优化

实验结果表明：水分减重率随温度的上升而增大.在65℃以后水分减重率减小，这是因为基质随实验的进行在高温阶段含水率低(约35%)，水分迁移的传质推动力减少.有机物料中的水分存在形态一般包括：颗粒间空隙水、毛细水、颗粒吸附水和颗粒内部水，去除这4类存在形态的水分所需的能量不同.外部能量输入时颗粒间空隙水最先得以去除，而若要去除其它水分则需要输入更多的能量.微生物的降解活动可以使大颗粒裂解成小颗粒，增大水分和热量传递比表面积，释放颗粒内部水，加速水分的扩散，从而在同样的能量输入条件下，取得更好的水分去除效果.故水分减重率不仅取决于温度条件，还受到干物料降解的影响.高温可以同时保证高干物料降解率和高水分减重率.
工艺的处理目标是湿减重的最大化，而湿减重与温度的对应关系可以将此目标转化到对温度的控制.高温有利于减重，在55～65℃范围内湿基减重率最高，而且高温可以保证病菌致死率，所以控制工艺温度在55～65℃范围，从减重和卫生角度而言都是有利的.
2.2温度对其他消化效果指标的影响
2.2.1温度与耗氧速率的关系
耗氧速率与温度之间近似线性相关，在45，55和65℃时的耗氧速率分别为0.12，0.16和0.20%•min-1，表明高温有利于提高微生物的活性.
2.2.2温度对有机质和油脂减量的影响
水淬w(CODw)反映了溶入水中容易为微生物利用的有机质的量，它的数值变化能较好地体现微生物对有机质的降解情况，所以采用这一参数作为评价的指标[4].泔脚中含有大量的游离态油脂(质量分数为20%～30%)，油脂的存在使物料粘度增加，分散性变差，水分和热量扩散条件恶化，阻碍了氧气的渗透以及微生物与有机质的接触，不利于有机质降解.游离态的油脂必须在胞外酶的作用下水解成可溶态油脂，并由长链大分子裂解成短链有机酸后，才能为微生物所消化利用.如果微生物对油脂的水解消化速率低于每日油脂的投加速率，累积的油脂将在物料表面形成隔离膜，不利于物料的降解.图3表明高温有利于有机质和油脂的降解.

图3温度对有机质和油脂降解的影响
2.3影响温度的因素
高温好氧法采用完全混合的反应器.稳定运行时，反应器处于动态平衡状态，即温度范围一定时，物料各项参数也基本维持在一定水平.实验过程中发现该工艺很容易受外界干扰的影响，为了控制工艺在高温范围内稳定运行，应确定影响温度的各项参数的合理取值范围.
2.3.1pH值
图4显示耗氧速率与pH值之间无明显统计相关性.pH值在6.0～7.5之间出现温度高峰，pH值在5.0～8.0范围均较适于微生物的生长，但在不同pH值下优势菌群并不一致.当pH<6.0时主要是嗜酸性微生物(真菌、酵母菌等)，其胞外水解酶可促进油脂的水解和脂肪酸的形成，并充分进行自身的合成，所以此时微生物活性较高(体现为耗氧速率较高)，但该类微生物产能少，不利于维持系统能量平衡和提高物料降解率.pH=6.0～7.5为绝大多数微生物的较适生长范围，水解菌群和消化菌群协同作用，水解消化油脂，降解有机质，激烈的微生物活动促进了温度的升高.pH>7.5后水解菌群活动受到抑制，虽然消化菌群依然活动激烈，但由于油脂水解酸化没有同步进行，使得总体降解率减小.
pH<6.0时，油脂的水解和脂肪酸的形成使得系统进一步酸化，而pH>7.0后，碱性环境使得氮不断以氨氮的形式损失，导致pH值进一步增大.在实验过程中发现，当6.0<pH<6.8时，整个系统能长时间维持在微酸性环境中，一旦pH>6.8，系统pH值将迅速上升.这表明系统处于微酸性条件时(6.0<pH<6.8)对外界的扰动具有较强的缓冲能力.pH<6.0时，系统产生酒精或醋酸；pH>7.5之后，不仅NH3产量增加，而且产生三甲胺等嗅阈值低的敏感恶臭，从环境影响角度而言极为不利；而pH=6.0～7.5时没有敏感恶臭的产生.可见从促进有机质和油脂的消化以及环境影响因素考虑，控制pH在6.0～7.5是比较合适的.若同时考虑系统抗外界干扰的缓冲能力，则pH=6.0～6.8为最优范围.
2.3.2含水率
图5显示耗氧速率和温度均随含水率升高而升高，含水率>50%时温度和耗氧速率均较高.含水率从55%降至45%，一级反应降解速率降低24%；含水率从45%降至35%，反应速率降低60%[5].因为微生物只能利用水溶性的物质，所以含水率的提高有利于微生物的活动，但固态物料的好氧消化受孔隙率制约，即过高的含水量会阻碍氧气的渗透.实验过程发现，当含水率>55%以后水分去除效果下降.这是因为过多水分堵塞了透气通道，影响液固表面水分和空气的传递，并局部产生沟流，使空气流动不均匀，相应各点水分去除量不均匀，导致总体水分去除效果减弱，所以最优含水率应控制在45%～55%范围之内.