完全混合式有机固体废物厌氧消化过程研究
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摘要
厌氧发酵法是利用自然微生物或接种微生物在缺氧条件下,将有机物转化为二氧化碳与甲烷气的一种方法,具有能耗小、剩余污泥少,可回收能源的优点,是未来有机固体废物处理的方向之一。本论文依托重庆市2004年院士基金课题—“有机固体废物厌氧成气条件的优化控制”,针对有机固体废物完全混合厌氧消化过程进行了较为系统的研究。
①通过收集、查阅大量国内文献资料,对厌氧法处理有机固体废物的研究及应用现状,有机固废物厌氧消化的机理及影响因素进行了比较系统而又全面的概括和总结。
②自行设计、研制了两种有机固体废物厌氧发酵装置,一种是完全混合式厌氧发酵自动控制实验装置(简称为MADACE),第二种是对比性厌氧发酵简易实验装置。MADACE的主要特点有:1)T、pH及ORP在线式、全过程监测;2)发酵罐采用导热油作为热媒,具有良好的加热功能;3)发酵罐具有良好的保温效能,冬季中温发酵每天减补热量可达70%;4)自动加热、自动控温;5)具有过压及过温保护装置;第六,开发的自动数据采集系统,界面友好,适用性强。
③在表示有机固废厌氧消化进程的三个指标(COD、TS、VS)中, VS是最好的指标。VS在整个厌氧消化过程中呈下降的趋势,同时,VS的变化是连续的,由此,可以用一元多项式和指数函数模型来预测有机固废厌氧消化过程中VS的变化,其公式分别为VS_t = a_0 +a_1t+a_2t_2+……+a_nt_n、VS_t = ae~(bt)。。
④适宜的接种物有利于细菌和微生物的生长,使产气加快,但如过多,可能影响厌氧消化的进行。
⑤利用MADACE厌氧消化,环境温度一般高于罐内温度2~4℃,而且相对环境温度的变化,罐内温度具有相对的稳定性。在有机固体废物厌氧发酵的过程中,pH值先降低,进入“酸化阶段”,然后又缓慢上升,逐步进入产甲烷阶段。氧化还原电位(ORP)在开始发酵后,降低很快,10天左右的时间即可降到-500mv左右。
⑥固含量低的较容易实现发酵,固含量高时则较容易酸化且破坏实验的顺利进行;发酵时固含量在20%～30%为宜,超过此范围一般条件下难以实现高固含量的稳定运行,但在经过特殊处理时,高固体含量不仅可以顺利实现发酵的正常运行,还可以提高污染物降解的效果;此外,营养元素对微生物的需求特别是难发酵原料是非常关键的,结果表明C/N在20～30时发酵效果最好。
⑦预处理对有机固废的厌氧发酵来说是必要的。采用不同浓度的NaOH溶液
Anaerobic digestion is a way that makes organic matter change CO2 and CH4,witch has many advantages,such as little energy lost and sludge,and recoveres energy. It is one of ways to process organic solid wastes(OSW). This dissertation depends on Chongqing Municipal 2004’Academician Funds (2004 8260), make systems research about anaerobic digestion of OSW, as follows:
①On the basis of collecting and consulting much data, make systems summariziton for research achievements , application,mechanism and influencing factors in anaerobic treatment of OSW.
②Design and manufacture two sets of equipment to process OSW. The first is named Complete Mixxing Anaerobic Digestion Auto-controlling equipment (abbreviating MADACE).The second is named“Simple Anaerobic Digestion Equipment”. The characteristics of MADACE are followes: 1)On-line T,pH and ORP monitoring; 2)Digestion tank use oil as thermal media and has better heating function; 3)Digestion tank has better heat-protection funtion, heat lost is only 30% in winter; 4)Auto-heating and auto-controlling temperature. 5)Has over-persure and over-temperature protection installation. 6)Auto-collecting date.
③Of three indexes(COD、TS、VS) which indicate the process of anaerobic digestion of orgacnic solid waste, VS is the best.VS value is decreased in the course of anaerobic digestion,meanwhile the VS change is continuous,so polynomial in one indeterminate and exponential function may show the VS change in the process of anaerobic digestion of orgacnic solid waste,the mathematical formula are nVS_t = a_0 +a_1t+a_2t_2+……+a_nt, VS_t = ae~(bt).The two functions are feasible by experiments with MADACE , their correlation coefficients are more than 0.98.
④Suitable inoculation microorganism are favourable to the growth of mushroom, and make biogas emerge speedlly, but over-inoclllation is probable to influence anaerobic digestion.
⑤Carrying out anaerobic digestion with MADECE, environmental temperature is higher 2~4℃than in-tank temperature.In-tank temperature has relative stability. In the course of anaerobic digestion of OSW, firstly the value of pH drop, reaction enter“acid-stage”. Then the value of pH rise gradually, reaction enter“methane-stage”. After digesting ORP drop fastly, ten days later ORP is about 500mv.
①通过收集、查阅大量国内文献资料,对厌氧法处理有机固体废物的研究及应用现状,有机固废物厌氧消化的机理及影响因素进行了比较系统而又全面的概括和总结。
②自行设计、研制了两种有机固体废物厌氧发酵装置,一种是完全混合式厌氧发酵自动控制实验装置(简称为MADACE),第二种是对比性厌氧发酵简易实验装置。MADACE的主要特点有:1)T、pH及ORP在线式、全过程监测;2)发酵罐采用导热油作为热媒,具有良好的加热功能;3)发酵罐具有良好的保温效能,冬季中温发酵每天减补热量可达70%;4)自动加热、自动控温;5)具有过压及过温保护装置;第六,开发的自动数据采集系统,界面友好,适用性强。
③在表示有机固废厌氧消化进程的三个指标(COD、TS、VS)中, VS是最好的指标。VS在整个厌氧消化过程中呈下降的趋势,同时,VS的变化是连续的,由此,可以用一元多项式和指数函数模型来预测有机固废厌氧消化过程中VS的变化,其公式分别为VS_t = a_0 +a_1t+a_2t_2+……+a_nt_n、VS_t = ae~(bt)。。
④适宜的接种物有利于细菌和微生物的生长,使产气加快,但如过多,可能影响厌氧消化的进行。
⑤利用MADACE厌氧消化,环境温度一般高于罐内温度2~4℃,而且相对环境温度的变化,罐内温度具有相对的稳定性。在有机固体废物厌氧发酵的过程中,pH值先降低,进入“酸化阶段”,然后又缓慢上升,逐步进入产甲烷阶段。氧化还原电位(ORP)在开始发酵后,降低很快,10天左右的时间即可降到-500mv左右。
⑥固含量低的较容易实现发酵,固含量高时则较容易酸化且破坏实验的顺利进行;发酵时固含量在20%～30%为宜,超过此范围一般条件下难以实现高固含量的稳定运行,但在经过特殊处理时,高固体含量不仅可以顺利实现发酵的正常运行,还可以提高污染物降解的效果;此外,营养元素对微生物的需求特别是难发酵原料是非常关键的,结果表明C/N在20～30时发酵效果最好。
⑦预处理对有机固废的厌氧发酵来说是必要的。采用不同浓度的NaOH溶液
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③Of three indexes(COD、TS、VS) which indicate the process of anaerobic digestion of orgacnic solid waste, VS is the best.VS value is decreased in the course of anaerobic digestion,meanwhile the VS change is continuous,so polynomial in one indeterminate and exponential function may show the VS change in the process of anaerobic digestion of orgacnic solid waste,the mathematical formula are nVS_t = a_0 +a_1t+a_2t_2+……+a_nt, VS_t = ae~(bt).The two functions are feasible by experiments with MADACE , their correlation coefficients are more than 0.98.
④Suitable inoculation microorganism are favourable to the growth of mushroom, and make biogas emerge speedlly, but over-inoclllation is probable to influence anaerobic digestion.
⑤Carrying out anaerobic digestion with MADECE, environmental temperature is higher 2~4℃than in-tank temperature.In-tank temperature has relative stability. In the course of anaerobic digestion of OSW, firstly the value of pH drop, reaction enter“acid-stage”. Then the value of pH rise gradually, reaction enter“methane-stage”. After digesting ORP drop fastly, ten days later ORP is about 500mv.
引文
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