【摘要】：餐廚和果蔬垃圾是我國城市生活垃圾的重要組成部分,以無害化處理和資源化利用為導向的厭氧消化技術是處理這兩類有機垃圾的最佳解決辦法,而在厭氧消化技術中干式厭氧消化又以其獨特優(yōu)勢在近年來備受青睞。因此為探析果蔬和餐廚垃圾混合干式厭氧消化的最佳混合比,揭示半連續(xù)推流厭氧消化系統(tǒng)的運行特點以及流變特性對不同半連續(xù)干式厭氧消化反應器(推流以及完全混合)運行性能的影響。本研究首先開展了序批次厭氧消化實驗,研究了不同混合比下果蔬和餐廚垃圾聯合厭氧消化反應器效率、過程穩(wěn)定性及流變行為的響應,明確了最佳混合比和剪切速率;然后在以Dranco工藝為原型的自制推流干式厭氧消化反應器內,在最佳混合比條件下,開展果蔬和餐廚垃圾半連續(xù)式厭氧消化,進一步探析干式厭氧消化反應器的產氣性能、穩(wěn)定性能和流變行為隨厭氧消化進行的變化過程。通過對批式以及半連續(xù)推流式反應器運行性能的比較,明晰了兩者之間的聯系,揭示半連續(xù)推流厭氧消化系統(tǒng)的運行特點。并且通過結合前期實驗運行結果,將本推流式反應器與高粘度完全混合厭氧消化反應器的運行性能進行比較,明確了流變特性對不同半連續(xù)厭氧消化反應器運行性能產生的影響。通過以上研究,主要得到以下結果:(1)3:7干式厭氧消化系統(tǒng)具有較好的產氣性能,其甲烷產率為0.471LCH4·gVS~(-1)_(added),比2:8、4:6厭氧消化系統(tǒng)分別高12.13%、18.13%。(2)對于TS含量為20%~16%的厭氧消化系統(tǒng),綜合考慮流變性和能耗,將攪拌裝置的剪切速率控制在10.4S~(-1)~20.9S~(-1)之間是合適的。(3)較高TS含量(20%)的粘稠(表觀粘度為12766~843mpa.s(γ=2.09S~(-1)~41.8S~(-1))污泥在較大高徑比的無攪拌反應器中產生的氣體較難從其中排出,容易發(fā)生污泥膨脹現象。對于參照Dranco工藝運行的推流干式厭氧消化反應器的設計,其高徑比應盡量該控制在3.917以下。同時應考慮預留一定的污泥膨脹安全高度,預留高度應該不低于實際計劃接種污泥高度的0.3倍(此預留高度不包括頂空排氣預留高度)。(4)本推流式厭氧消化反應器具有較為嚴格的推流性質,在有機物的降解過程中各個常規(guī)指標隨推流位置的變化與批式厭氧消化系統(tǒng)隨消化時間的變化基本相似。半連續(xù)推流厭氧消化系統(tǒng)可以看作是由多個不同厭氧消化階段的批式厭氧消化系統(tǒng)串聯組建而成。(5)對于較高固體含量的污泥混合液,消化過程中TS含量和水量分布的改變可能是消化污泥流變特性變化的直接原因,而其他穩(wěn)定性指標,例如SCOD、VFA、TAN、pH、PA對厭氧消化系統(tǒng)流變特性的影響可能較小。(6)相比于完全混合厭氧消化系統(tǒng),推流式厭氧消化系統(tǒng)可以運行的初始固體含量可能更高。(7)表觀粘度(固體含量)對厭氧消化系統(tǒng)的高效性以及穩(wěn)定性具有重要影響。污泥混合液的表觀粘度越高(固體含量越大),系統(tǒng)的傳質效率越差,有機物的水解速率以及中間產物TVFA的消耗速率越慢。同時表觀粘度越高(固體含量越大),含水率越低,中間產物的濃度越高,消化系統(tǒng)的均質化越差,越容易引起中間產物的局部積累,造成厭氧消化系統(tǒng)活性降低。
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X705
【圖文】：

因此缺乏對以果蔬和餐廚垃圾作為進料基質的較高固體含量（初始固體約為20%）厭氧消化系統(tǒng)流變特性的研究。同時也鮮有研究者探析流變特性參厭氧消化系統(tǒng)穩(wěn)定性能參數之間的相關性以及流變特性對不同半連續(xù)厭氧消應器運行性能產生的影響。鑒于此本研究首先開展了序批次厭氧消化實驗，研究了不同混合比下果蔬廚垃圾聯合厭氧消化反應器效率、過程穩(wěn)定性及流變行為的響應，明確了最佳比和剪切速率；然后在以 Dranco 工藝為原型的自制推流式干式厭氧消化反應，在最佳混合比條件下，開展餐廚和果蔬垃圾半連續(xù)式厭氧消化，進一步探析厭氧消化反應器的產氣性能、穩(wěn)定性能和流變行為隨厭氧消化進行的變化過過對批式以及半連續(xù)推流式反應器運行性能的比較，明晰了兩者之間的關系了推流干式厭氧消化反應器的特點。并且通過結合前期實驗運行結果，將本推反應器與高粘度完全混合厭氧消化反應器的運行性能進行比較，明確了流變對不同半連續(xù)厭氧消化反應器運行性能產生的影響。2 厭氧消化產甲烷理論

圖 1.2 單相干式厭氧消化工藝示意圖Fig. 1.2 Schematic diagram of single-phase dry anaerobic digestion processes干式厭氧消化工藝的設計一般基于反應器的放置方式或者消化物料在反應器中的運動方式可以分為垂直，水平，傾斜；基于厭氧消化的多階段降解步驟可以分為一級、二級、多級；基于操作溫度可以分為嗜冷、嗜溫、嗜熱；根據進料的操作模式又可以分為序批，連續(xù)，半連續(xù)[35-37]，目前較為典型的干式厭氧消化工藝主要有 Dranco、Kompogas 和 Valorga[4]，如圖 1.2 所示。按照級數分類，Dranco 工藝屬于單級的厭氧消化反應器，多個厭氧消化階段存在于一個反應器中。其一般在 50~55℃的條件下運行。整個厭氧消化器垂直設計底部設置出料口，上部設置進料口。運行方式：從底部出料的一部分消化液作為接種劑與新鮮進料混合均勻后再從反應器上部入口進入到反應器中，另一部分多余的出料則從系統(tǒng)中排出。反應器中沒有攪拌裝置，消化混合液通過栓塞流方式在反應器中從上到下垂直移動。在歐洲，Dranco 工藝應用廣泛,并被用于處理各種各樣的廢物。最大的 Dranco 工廠位于比利時的布萊希特[38]，其于 1992 年開始運行，

或稱動力粘度系數，單位為 Pa·s； 剪切應力，又稱切變應力、切應力，等于 F/S，單位為 剪切速率，又稱切邊速率、切變率，等于 dv/dy，單位頓內摩擦定律的流體稱為牛頓流體，牛頓流體的剪切應力，動力粘度為一常數，不隨剪切應力的變化而變化，例如力粘度隨剪切速率的變化而變化的流體稱為非牛頓流體，合溶液、泥漿等。體是否具有屈服應力（流體發(fā)生流動時的最小剪切應力，剪，流體不能流動，只有當剪切應力高于屈服應力時，流體流體分為有屈服應力的流體和無屈服應力的流體。根據動化特性的不同又可以將其分為假塑型流體和脹塑性流體，隨著剪切速率的增加而減小，其流動曲線（描述剪切速率與線）為下凹形曲。而脹塑性流體的表觀黏度隨著剪切速率的為上凸型曲線。各類型流體具體名稱以及流動曲線見圖 1

【參考文獻】

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本文編號：2752945