餐厨垃圾高温好氧生物消化工艺控制条件优化

2.3.3水淬碳氮比w(COD)/w(org.N)
水淬w(COD)/w(org.N)更适合评价微生物可利用的有机质组成[4].图6显示，随着水淬w(COD)/w(org.N)升高，温度降低.由于微生物合成所需的碳氮比一定，所以若物料的水淬w(COD)/w(org.N)太低，多余的氮会以游离氨形式释放.水淬w(COD)/w(org.N)过高，则微生物氮源含量不足会限制生化反应的进行.为了控制反应处在高温阶段，并且能缓冲对外界的扰动，水淬w(COD)/w(org.N)应控制在19∶1～22∶1.

图4温度、耗氧速率和pH的关系

图5温度、耗氧速率和含水率关系
2.4运行条件的控制
2.4.1风量
通风起着三方面的作用：供氧，降温，带走水分.从理论上讲，风量越高供氧越充分，越有利于微生物活动，但在实验中风量对耗氧速率的影响甚小，即使在不通风的情况下，耗氧速率仍能维持在0.2%•min-1的水平.这是由于该实验的堆层不高，而且每日4次搅拌能满足氧气向堆层渗透的要求(自然渗透能维持的堆层厚度为22cm[6])，故该实验装置无法体现出风量对耗氧速率的影响.图7显示连续投料时，通过对风量的调节可有效地控制温度在50～65℃范围，避免温度过高.实验过程中产生的冷凝液量随风量的变化与理论计算的冷凝液量非常符合.这表明风量能有效地带走水分，并控制温度.

图6温度与w(COD)/w(org.N)的关系

图7风量连续变化对温度的影响
2.4.2投加物料性质
由于泔脚和厨余理化性质的差别极大(如：泔脚分散性差、容重大、孔隙容易被压缩；厨余在反应初期能起到很好的骨架支撑作用，随着搅拌剪切和生物消化，厨余会很快变软压实)，所以单纯投加厨余、泔脚或者二者的混合将会表现出不同的反应特点.图8为三种投料方式在中高温阶段(50～55℃)的对比情况.三种投料方式的投加量均是每日投加1.5kg，其中混合投加时泔脚和厨余的重量比例为2∶1.图8显示当连续投加泔脚时由于有机质的消化速率小于投加速率，有机质逐渐累积，导致w(CODw)逐渐升高；纯厨余投加时有机质消化速率大于投加速率，w(CODw)逐渐下降；混合投加时反应器中的w(CODw)值基本维持水平.本实验在中高温阶段稳定运行，分别投加泔脚、厨余和二者的混合物时，湿物料的去除率(每日减量/每日投加量)分别为0.75，0.85～0.90和0.86.投料方式与其他因素的关系表明：单纯投加泔脚时，pH值略有下降，但基本维持在5.6左右，水淬w(COD)/w(org.N)迅速上升，油脂含量上升；单纯投加厨余时，刚开始pH值恒定，但超过4～5d后会急剧上升，水淬w(COD)/w(org.N)缓慢下降，油脂含量迅速减少；混合投加时，pH值恒定在6.0左右，水液w(COD)/w(org.N)缓慢下降，油脂含量持平.可见单纯投加厨余或泔脚对于长期连续运行均是不利的，而混合投料能够补偿双方的缺陷，使系统维持较稳定运行.

图8不同投料方式的影响
混合比的最低限值由碳氮比确定.根据元素分析结果，泔脚、厨余和木屑的化学分子式分别为C54H95O22N2，C25H30O23N3和C248H366O101.当泔脚/厨余混合比(干基)小于2∶1时，反应物料的碳氮比小于20∶1，将导致多余氮以氨形式释放，有形成污染的可能.混合比的最高限值由反应器对油脂的降解能力确定.单纯投加泔脚时，油脂的增长速率为0.041(kg油)•(kg干基进料量•d)-1；单纯投加厨余时，油脂的减少速率为0.417(kg油)•(kg干基进料量•d)-1.为了保证反应器中油脂含量不累积，最高泔脚/厨余混合比(干基)应小于10∶1.因此泔脚与厨余的混合比范围应控制在2∶1～10∶1(干基)或0.67∶1～3.30∶1(湿基).
2.5工艺处理负荷
工艺处理负荷指在一定的反应容量的条件下，保证一定时间连续进料，不引起系统反应条件恶化的最大进料量.本工艺在小试规模(30kg反应物料容量水平)下最大投加量为3kg•d-1，即最大处理负荷为0.10kg•kg-1•d-1(每日投加量/反应物料容量).
3结论
(1)55℃以下湿减重率随温度升高近似呈线性上升；在55～65℃减重率随温度升高的增长速率加倍；65℃以后湿减重率随温度升高反而降低.湿减重目标可以通过对温度的控制来实现.
(2)高温有利于减重、降解有机质和油脂以及杀灭致病菌，55～65℃是该工艺的适宜反应温度范围.
(3)pH值、含水率和水淬w(COD)/w(org.N)是影响反应温度的因素.pH=6.0～6.8时，系统可以达到55℃以上高温，而且无恶臭的生成，并对外界扰动具有较强的缓冲能力；含水率控制在45%～55%，系统可以维持高耗氧速率和一定的缓冲能力；为了控制反应在高温阶段，水淬w(COD)/w(org.N)稳定在19∶1～22∶1较适合.
(4)本工艺可采取的调控措施为风量的调节以及泔脚与厨余的混合投加，泔脚与厨余的混合比范围为2∶1～10∶1(干基)或0.67∶1～3.30∶1(湿基).
(5)本实验达到的最大工艺处理负荷为0.10kg•kg-1•d-1(每日投加量/反应物料容量).
参考文献：略