TS和VS:重量法;TCOD和SCOD:K2Cr2O7氧化法;挥发性有机酸(VFA):滴定法;pH值,精密pH计测定;氨氮,滴定法;其中氨氮、VFA和SCOD经15min,15000r/min离心后测定;产气量,湿式气体流量计测定;气体成分,气相色谱仪测定;碱度,滴定法;TKN,凯式定氮法;TOC,TOC分析仪。
2结果与分析
2.1C/N比值的变化
在厌氧消化过程中,底物的C/N比是稳定运行以及微生物生长和新陈代谢的先决条件。C/N比值太高,含氮量不足,缓冲能力低,pH值容易降低,反之若太低,含氮量过高,如果pH值上升到8.0以上,有机物分解则受到抑制[1]。适宜的C/N比值一般在15~30之间,而混合污泥只有6.8,大大低于最佳值,而厨余垃圾的C/N比值一般是在15~20之间,随着混合物料中厨余垃圾比重的提高,该值也随之上升,大大促进了混合物料中的营养平衡,同时污泥中的大量的养料和微量元素能够弥补厨余垃圾的不足[2],因此对整个消化过程有促进作用,减少厨余垃圾在消化过程中VFA的积累使得对消化过程造成抑制。
2.2系统稳定性分析
实验过程中定期对pH值、碱度、氨氮和VFA浓度进行了测定,用这些参数来评价系统运行的稳定性。pH值对厌氧工艺的运行有着重要的影响,因为产甲烷细菌比其它微生物受影响的程度更大,pH值降低会增加高分子的VFA,尤其是丙酸和丁酸,使得产甲烷菌的活性减弱,引起VFA进一步积累和pH值进一步降低。在单相的厌氧消化系统里,产酸菌和产甲烷菌是共存的,pH值在7~7.6时最合适,Lay等人研究高固体污泥消化时认为合理的pH值应该在6.6~7.8之间[2]。对于在正常pH值范围内运行的厌氧工艺,pH值主要由重碳酸盐缓冲系统控制,通常理想碱度范围是2000~5000mg/L CaCO3。表2中给出了在稳定运行状态时各个反应器中的pH值和碱度的平均值,从表2中可以看出所有的反应器中的pH值在7.25~7.6之间,碱度在3420~4942mg/L CaCO3之间,都在合理的运行范围内。pH值和碱度都是随着HRT的缩短而降低,相应的进料的第二阶段的进料消化后的pH值和碱度都要高于第一阶段,说明在第二阶段中系统具有更大的缓冲能力。通常来说,随着有机负荷的提高VFA的浓度则升高,随着反应器中VFA的积累碱度也随之降低。VFA中乙酸质量浓度在200~400mg/L通常认为是正常的消化[3],对本实验系统中的VFA(以乙酸计)测定的结果表明所有的反应器中的VFA质量浓度很低,所有的值都在100mg/L下,低于200mg/L,对系统运行影响很小,在此不做赘述。
表2各运行条件下反应器内pH、碱度和氨氮值
表2中还给出了在不同运行条件下系统稳态运行时出料氨氮质量浓度值。氨氮是营养物质,主要是由含氮有机物例如蛋白质或氨基酸分解所产生,在一定范围内能够促进生长,然而在更高质量浓度下就变为抑制性物质甚至成为毒性物质,有研究表明当氨氮质量浓度达到1670mg/L以上时则会使得产甲烷细菌活性降低,当达到5880mg/L以上时则完全失去活性。在本实验中质量浓度最高的时候发生在第二阶段中HRT为20d时,氨氮的质量浓度为1156mg/L,此时所对应的pH值为7.60,有机负荷为1.86g/L•d-1VS,随着HRT的减少,进料有机负荷则相应提高,氨氮质量浓度也就随之降低,为了消除其质量浓度升高对消化过程所带来的影响,可以通过适当提高进料的VS含量或是减少HRT来控制氨氮对系统运行的影响,通常的消化池一般HRT多在20d左右,可以适当提高进料有机负荷,从实验结果看应控制在不低于2g/(L•d-1)VS即可以防止产生氨抑制现象。
2.3有机物去除分析
表3给出了各运行条件下系统对TCOD和VS的去除率,随着HRT的增加相应的COD和VS的去除率也随之提高,但是在同样的进料比例条件下相差并不是很明显,两个阶段的进料负荷分别在1.43~3.17g/(L•d-1)VS和1.86~4.13g/(L•d-1)VS,相应的VS去除效率分别在40.5%~48.1%和54.6%~63.4%范围内,TCOD的去除规律和VS是一致的,去除效率也相差不多,去除率分别在42.4%~49.2%和56.7%~64.6%范围内。而将两个阶段相比较,在相同的HRT下,第二阶段中的VS和TCOD去除率要远大于第一阶段,这说明厨余垃圾的可降解性要远优于混合污泥。在第二阶段进料条件下,当HRT为20d时,达到最大的TCOD和VS去除率,此时相应的有机负荷只有2.1g/(L•d-1)VS,而即使当HRT为9d时,有机负荷高达4.13g/(L•d-1)VS时,TCOD和VS的去除率也高达58.7%和58.6%。顾国维[4]等人采用单相中温厌氧消化处理浓缩污泥,总HRT为10d,进料有机负荷为3.77g/(L•d-1)VS,VS去除率只有36.1%。Mata-Alvarez[5]等人研究了50%的城市有机垃圾(OFMSW)和50%的污泥进行了中温厌氧消化(35℃),得出的结果是在HRT为14.5d,进料有机负荷为2.8g/(L•d-1)VS,VS去除率为57%。Del Borghi[6]等人将50%的OF2MSW和50%的污泥进行了高温厌氧消化(55℃),结果是在HRT为12d,进料有机负荷为4.0g/(L•d-1)VS,VS去除率为64%。
2.4产气情况分析