泔脚厌氧发酵中试系统设计及运行研究

在众多搅拌器中，Rushton涡轮及其改进型CD-6，ICI，BT-6搅拌器（图1）具有结构简单、搅拌性能良好、应用广泛的优势，是常用的反应器搅拌系统。

图1典型的反应器搅拌器类型
在以上搅拌器中，BT-6搅拌器采用了搅拌叶片上下不对称的结构设计，实践证明，该型搅拌器具有优越的搅拌性能，适合于多相体系的搅拌混合，故在泔脚发酵成套设备的构建中，拟采用BT-6型搅拌器定型产品及配套反应器单体。
2.4其它运行条件的选择
高效厌氧反应器的构建条件，除先进的发酵工艺、理想的流态、生物量的保持外，严格的厌氧条件，气体的导排，进出料的便利以及发酵系统过程的控制都是重要的构建因素，在泔脚的发酵系统中，根据酸化后的物料浆料特性，采用化工QW浆料泵（泰兴市宁兴机械厂生产）进行物料的进出；此外，采用反应器双壁，导热油循环的方式进行系统的导热，辅以保温以减少热损耗；在反应的操作过程中进行温度和pH过程控制，实现厌氧系统的稳定运行。
2.5反应器设计构建
根据泔脚厌氧反应器的构建确定条件，系统总体设计的主要参数为：
发酵初步VS负荷：1.00～1.50g•L-1d-1
发醚则漠：反应器急容积1.30m3；有效容积1.00m3
预酸化停留时间（HRT）：2～4d
预酸化容积：50L
上述构建组成了本试验反应器成套设备，实物见图2。
3运行试验
3.1试验内容与方法
3.1.1反应器启动
由于本反应器系统能迅速实现反应器内的厌氧环境，是发酵启动成功的重要因素，成套反应器的启动采用满投厌氧接种物和适量投加还原剂的方式进行。
还原剂选择采用1％Na2S。文献报道，厌氧微生物细胞的经验分子式为C5H7O2NP0.06S0.1，从经验分子式中可以看出，厌氧微生物对硫的需求是其对磷的需求的1.5倍。在厌氧系统中硫的去向包括：产气中H2S；出水中的硫化物、微生物合成的硫化物、被重金属沉淀的硫化物等。Zehnder等（1980）评价了硫化物浓度对甲烷菌生长和甲烷比产率的影响，发现甲烷菌最佳生长和最佳甲烷比产率所需要的硫（以S计）为0.01mg•L-1～1.0mg•L-1，在厌氧系统中常投加一定量的硫化物对刺激甲烷菌生长是有益的。
接种微生物取无锡市某厂UASB处理装置厌氧颗粒污泥为接种微生物（同实验室试验）。接种量为1m3（含水率％％，VS82.4%），快速投加到厌氧反应器内，投加时同时投加一定量的1％Na2S还原剂，4h后加入2kg葡萄糖，以恢复厌氧污泥的活性。启动温度保持35℃。启动过程中，测量厌氧污泥的产气量和pH值变化，气体测量用湿式流量计测量，系统pH值采用精密pH仪检测。并根据产气效果，逐步投加一定负荷的泔脚浆料进行微生物的适应驯化。
3.1.2运行试验
泔脚成套设备的运行试验分两个阶段进行，第一阶段进行了泔脚的中温发酵试验，第二阶段进行泔脚的高温发酵运行试验。
中温（35℃）运行试验在江苏泰兴某机械设备厂进行，试验用泔脚取之于江苏泰兴市郊的3家饭店和宾馆，每天下午2点现场随机采集，混合备用，由于试验用泔脚量相比于实验室小型试验，用量较大，试验周期中，每天的泔脚的性质不能完全一致。在总体上进行了控制：在固定的泔脚产生场所，同一地点，每天以相同的取样方式进行取样，尽量满足试验的要求。
反应器启动运行10天后，气体产量很少，此时认为整个反应器的启动阶段基本完成并逐步在反应器中投加泔脚垃圾，进行泔脚的中温运行试验，反应过程中物料的pH调节按照小试成果采用石灰乳进行。
高温（55℃）运行试验在上海市普陀区环卫所固体废物处理中心进行，试验用泔脚相比中温研究经历了城区的收集存放过程，酸化程度较高，浆料化程度较高，泔脚废物的平均组分为：含水率92%，TS8%，VSS85%。运行试验的试验操作方法同中温试验。
系统的运行试验主要是考察系统的运行可靠性、稳定性以及生产运行的发酵效率，主要的考察指标为沼气产量以及运行过程的系统pH。整个试验时间为4个月，反应过程沼气测量采用湿式气体流量计，pH测定用精密pH试纸，具体的运行进料条件见表1。
表1泔脚成套设备运行试验条件

3.2结果与分析
3.2.1中温启动特性
反应器启动初期气体产量和系统pH值检测结果见图3。

图3系统启动阶段产气量及pH变化
从测量数据可以看出，厌氧污泥进入反应器后，产气过程可分为4个阶段。初期产气量较大，第二天即达到产气的峰点，然后快速下降，第三天的产气量仅为第二天的25%左右，第三阶段，产气继续下降，但产气下降速率相比于第一次下降，趋势有所平缓；最后进入一个相对稳定的低速产气段，每日产气量很少，平均每天产气量仅为30L•d-1。