（环境工程专业论文）有机垃圾序批式厌氧浸泡水解溶出试验研究.pdf

中文摘要 摘要 有机垃圾具有易降解、可生化等特点，采用厌氧消化处理是实现其资源化、 无害化的有效手段。然而有机垃圾的厌氧发酵，发酵底物通常是以颗粒形式存在 的，水解过程通常是整个系统的限速步骤。本文依托国家“十五”攻关项目“城 镇有机垃圾序批水解- - u a s b 工艺”，对有机垃圾中有机物的水解溶出规律进行了 以下研究： 研究了序批式浸泡有机垃圾水解溶出规律。试验表明：随着浸泡时间增加， 溶出液中c o d 、v f a 的浓度、净溶出量逐渐减少，当浸泡8 天后溶出量趋于稳定， n i l 3 - n 的溶出量呈现由少到多再到少的过程，这与蛋白质的水解速率及浸泡水的 n i - 1 3 - n 浓度有关。对垃圾固相成分进行分析表明，随着浸泡时间的增加，固相中 v s 、蛋白质、总糖的含量基本保持不变或逐渐降低，而纤维素和粗脂肪的含量却 逐渐升高，这是由于各种组分水解溶出速率不同造成的。通过比较，各物质组分 水解速率总糖 粗蛋白 粗脂肪 纤维素。通过试验在进水p h 为7 、垃圾粒 径为1 0 1 5 m m 、固液比为l ：l 、温度为2 5 时，浸泡2 0 0 9 有机垃圾，c o d 、v f a 的总溶出量分别为1 2 0 8 5 8 5 m g 、和5 6 4 8 m g 。v s 、纤维素、蛋白质、总糖、粗脂 肪的水解率分别为7 3 4 8 、3 0 3 7 、7 0 3 4 、7 4 8 5 和6 1 7 5 。 本文就p h 、固液比、温度、颗粒度四个因素对有机垃圾水解溶出的影响 进行了试验研究。研究表明：强酸、强碱条件会对微生物的生长有较大的抑制作 用，致使水解效果降低。中性和偏碱性( p h = 7 9 ) 水浸泡垃圾，溶出效果最好， 且出水p h 值液恒定在5 5 7 5 之间，有利于下一阶段产甲烷菌的作用。随着固， 液比比值的降低，有机物的水解溶出率增高。选择在固液比为1 ：i 的情况下，既 可以保证有机垃圾的高效溶出，又不会影响u a s b 反应器的运行。温度在3 5 4 5 1 2 时水解溶出效果最好，温度过高或过低对水解酸化菌的生长都会产生一定的 抑制作用。颗粒度越小，垃圾与水接触的的比表面积增大，越有利于有机物的溶 出。但是颗粒太小会造成部分小颗粒透过滤网直接进入溶出液中形成s s ，对系统 运行造成一定影响。 以一级动力学模型为基础，建立垃圾中各组分水解一级模型。 d m ：k m d t 根据试验结果拟合，求得v s 、纤维素、粗蛋白、粗脂肪，总糖各自的溶出系 数分别为：0 1 2 0 4 、0 0 2 9 2 、0 1 1 7 9 、0 0 8 1 1 、0 1 2 1 1 。 利用对数拟合( y = a l n ( x ) + b ) 的方式，对单位v s 溶出的c o d 的量随时 重庆大学硕士学位论文 间变化关系进行拟合，求得c o d 的溶出量和时间的关系式y = 1 7 2 5 7 l n ( x ) 4 - 1 1 9 1 8 。并得出不同p h 值、不同温度时单位v s 的c o d 溶出量和时间关系式中的 a 、b 值。 关键词：有机垃圾，两相厌氧消化，水解酸化，溶出模型 英文摘要 b s t r a c t a n a e r o b i cd i 【g e s t i o ni st h ee f f e c t i v em e a n so f o r g a n i cw a s t e st r e a l m c n tt ol e a l i z ei t s r e c l a m a t i o na n dl l a l m l e $ $ d u et oi t sc h a r a c t e r i s t i co fd e g r a d a b i l i t ya n db i o l o g i c a l f e a s i b i l i t y b u ti nt h ep r o c e s so f o r g a n i c w a s t e sa n a e r o b i cd i g e s t i o n , h y d r o l i z a t i o ni st h e s p e e d 1 i m i t e ds t e po ft h ew h o l ed i g e s t i o ns y s t e mb c c a l l s et h ef e r m e n t a t i o ns u b s t r a t e s u s u a l l ye x i s t 1 1 5p a r t i c l ef o r m i nt h i sp a p e r , t h er e g u l a r i t i e so fh y d r o l i z a t i o na n d r e l e a s i n gf o ro r g a n i cw a s t e si nt w op h a s ea n a e r o b i cd i g e s t i o np r o c e s sw i t hs e q u e n c i n g h y d r o l i z a t i o na n du a s b 啪s t u d i e d , r e l y i n g 0 1 1t h ek e yi t e mo f n a t i o n a l1 0 t hf i v ey e a r p l a n t h er e g u l a r i t yo fl a y d r o l i z a t i o na n dr e l e a s i n go fo g a n i ew a s t e si nt w op h a s e a n a e r o b i cd i g e s t i o np r o c e s sw a sr e s e a r c h e d t h ee x p e r i m e n tr e s u l t ss h o w e dt h a tt h e c o n c e n t r a t i o no fc o da n dv f ai nt h er e l e a s i n gl i q u i da n dc a p a c i t yo fr e l e a s i n gl i q u i d g r a d u a l l yd e c l i n e dw h i l et h es o a k i n gt i m ei n c r e a s i n g a f t e r8d a y st h ec a p a c i t yo f r e l e a s i n gl i q u i db e c a m es t e a d y t h ec a p a c i t yo fn h 3 - n i nr e l e a s i n gl i q u i di n c r e a s e s f i r s t l ya n d t h e nd e c l i n e s 1 1 l i sc a l lb ea s c r i b e dt ot h er e l a t i o nb e t w e e nl a y d r o l y t i er a t eo f p r o t e i na n de o n e e r t r a t i o no fn i - 1 3 - ni nr e l e a s i n gl i q u i d b ya n a l y z i n gt h es o l i dp h a s e c o m p o n e n t so fw a s t e ，i ts h o w e d t h a tw h i l et h es o a k i n gt i m ei n c r e a s i n gt h ea m o u n to f v s ，p r o t e i n , t o t a ls u g a r i ns o l i dp h a s ek e e pf i x e do rd e c l i n eg r a d u a u y , b u tt h ea m o u n to f f i b r i na n dc l u d ef a ti n c r e a s eg r a d u a l l y t h i si sp e r h a p sa sar e s u l to ft h ed i f f e r e n t l a y d r o l i z a t i o nr a t eb c t w c e l lt h ec o m p o n e n t s b yc o m p a r i s o n , t h eh y d r o l i z a t i o nr a t ef r o m h i g ht ot h el o w i s ：t o t a ls u g a r , c r u d ep r o t e i n , c r u d ef a t , f r i b r i n i nt h ee x p e r i m e n t , w h i l e p h o f t h e i n f l o w i s 7 ，w a s t e p a r t i c l e d i a m e t e r i s l o 1 5 m m , r a t i o o f s o l i d t o l i q u i , t i s l ：1 ， t e m p e r a t u r ei s2 5 ( 2 s o a k i n g2 0 0 9o r g a n i cw a s t e sc a nr e l e a s e1 2 0 8 5 8 5 m gc o d a n d 5 6 4 8 m gv f a i nr e l e a s i n gl i q u i dr e s p e c t i v e l y t h ep e r c e n th y d r o l y s i so fv s ，f r i b i n , p r o t e i n , t o t a ls l l g a r , 。唧d ef a ta m ：7 3 4 8 ，3 0 3 7 ，7 0 3 4 0 缸7 4 8 5 ，6 1 7 5 f o u ri n f l u e n c i n gf a c t o rt oh y d o l i z a t i o no f o r g a n i cw a s t e sw h i e l aa l ep h , r a t i oo f s o l i dt ol i q u i d , t e m p e r a t u r e p a r t i c l es i z ea 托r e s e a r c h e db ye x p e r i m e n t t h ec x p c t i m c h l t r e s u l t ss h o w e dt h a tt h ee f f e c t i v e n e s so f h y d r o l i z a d o nd e c l i n e si nt h ec o n d i t i o no f s t a o n g a c i da n ds t r o n ga l k a l id u et ot h ei n h i b i t i n ge f f e c t st ot h em i c r o b i a lg r o w t hi ne x t l c m e e n v i r o n m e n t s s o a k i n gt h ew a s t ew i t hn c u l r a la n da l k a l e s e e n ti n f l o w ( p h - - 7 - - 9 ) c a ng e t t h em o s te f f e c t i v er e s u l t , a n dt h er e l e a s i n gl i q u i dw i t hp h = 5 5 7 5i sp r o p i t i o u st 0t h e g r o w t ho fm e t h a n o g e n i eb a c t e r i ai nt h en e x ts t e p t h eh y d r o l i z a t i o nr a t eo fo r g a n i c 重庆大学硕士学位论文 w a s t ei n c r e a s e sw i t ht h er a t i oo f s o l i dt ol i q u i dd e c l i n e w h e nt h er a t i oo f s o l i dt ol i q u i d i s 1 ：1 ，i ti sp r o p i t i o u st oh y d r o l i z a t i o na n dr e l e a s i n gf o ro r g a n i cw a s t e sa n dk e e p st h e w e l lp e r f o r m a n c eo f u a s br e a c t o ra tt h es a m et i m e w h e nt h et e m p e r a t u r ei s4 5 t h e e f f e c t i v e n e s so fh y d r o l i z a t i o ni st h eb e s t e x c e s s i v e l yh i g ho rl o wt e m p e r a t u r ec a l l i n h i b i tt h eg r o w t ho fh y d r o l i z a t i o na n da c i d i f i c a t i o nb a c t e r i u m s m a l lp r i t i c l es i z ei s p r o p i t i o u sf o ro r g a n i cw a s t e sh y d r o l i z a t i o n 船t h ec o n t a c t i n ga r e ab e t w e e nl i q u i da n d w a s t ei sl a r g e b u te x c e s s i v e l ys m a l lp a r t i c l es i z es i z ew i l ll e a dp a r t i a lp a r t i c l ef i l t e ri n t o t h el i q u i da n dc o m ei n t ob e i n gs s ，a n dt h u si n f l u e n c et h er u n n i n go f t b es y s t e m b a s e do nt h ef i r s to r d e rk i n e t i cm o d e l 。t h ef i r s to r d e rh y d r o l y s i sm o d e lo f d i f f e r e n tw a s t e sc o m p o n e n t sw a sc r e a t e d d m ：k m d t a c c o r d i n g t ot h et e s tr e s u l t s ，t h ec o e f f i c i e n to fd i s s o l u t i o no fv s ，c e l l u l o s e ，c r u d e p r o t e i n , c r u d ef a t , t o t a ls u g a rc a nb eo b t a i n e db yf i t t i n g t h ec o e f f i c i e n to fd i s s o l u t i o n a r eo 1 2 0 4 ，0 0 2 9 2 ，o 1 1 7 9 ，o 0 8 1 1 ，0 1 2 1 1 ，r e s p e c t i v e l y b yu s i n gl o g a r i t h m i cf i t t i n gm o d e ( y = a l n ( x ) + b ) ，t h ec o e f f i c i e n to f v a r i a t i o n o ft h ed i s s o l v e dq u a n t i t yo fe a c hu n i ta n dt i m ec o s tc a l lb e 饥a n dt h em a t h e m a t i c a l r e l a t i o n s h i pb e t w e e nc o d d i s s o l v e dq u a n t i t ya n dt h et i m ec a nb eo b t a i n e d y = 1 7 2 5 7 l n ( x 1 + 1 1 9 1 8 a n dt h ev a l t m so faa n dbi nt h eu n i tv sc o dd i s s o l v e dq u a n t i t yv s t i m e r e l a t i o nf o r m u l ai nd i f f e r e n tp hv a l u e sa n dd i f f e r e n tt e m p e r a t u r e sc a nb ea c q u i r e d 6 m l l y k e y w o r d s ：o r g a n i cw a s t e s ，t w op h a s ea n a e r o b i cd i g e s t i o n , h y d r o l y s i sa n d a c i d o g e n e s i s ，l e a c h i n gm o d e l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢i 筝j b t l , t r j b ，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也1 ；包含为获得重庞厶堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：压乒 签字日期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重废厶堂有关保留、使用学位论 文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被禽1 7 习8 h 借阅。本人授权重麽太堂 可以将学位论文的伞部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 刁i 保密( ) 。 ( 请只在卜述一个括号内打“”) 学位论文作者签名： 签字r 期：w 椤年驴月硼口 导师签名：饥玩 签字日期：矽椤年争月阳n l 概述 l 概述 人类在其生产过程、经济活动与生活当中无时不产生固体废物，而且数量在 不断地增长。目前，我国每年产生的生活垃圾已达1 5 亿吨，约占全世界垃圾总 量的2 7 。随着城市经济、技术水平的上升，现代城市生活垃圾的成分发生了明 显的改变，有机成分含量以每年7 左右的比例递增，经济发达城市的生活垃圾 中有机物干基比例甚至能够达到9 0 0 , 4 【l 捌。 根据国家统计局2 0 0 5 年公布的数据显示，我国生活垃圾无害化处理率仅5 2 1 圆。大量固体废物露天堆放或简易填埋处置，对环境造成严重污染，不仅占用 土地、浪费资源，而且传播疾病影响环境卫生和居民健康，所排放的大量的温室 气体对全球气候变化产生了重大影响。因此，固体废物处理已成为我国城乡建设 中亟需解决的重大环境问题。 早在2 0 世纪6 0 年代中期，美国经济学家e 鲍尔丁在 粗蛋白 粗脂肪 纤 维素。 3 4 本章小结 通过对采用清水浸泡和u a s b 出水浸泡的比较实验，结果表明采用u a s b 出水浸泡更加有利于有机垃圾的水解。采用u a s b 出水浸泡，c o d 、v f a 、n h 3 - n 的水解溶出率分别提高了2 5 、6 9 、1 3 6 。 有机垃圾序批式浸泡试验表明，随着浸泡时间增加，溶出液中c o d 、v i a 的浓度、净溶出量逐渐减少，当浸泡8 天后溶出量趋于稳定。n h 3 - n 的溶出速率 呈现由少到多再到少的过程，呈现这一现象的原因是由于蛋白质的水解速率和浸 3 5 伯 神 加 o 霉v静鐾*求舞雄 重庆丈学硕士学位论文 泡液中n h 3 n 的浓度引起的。 对序批式浸泡后的垃圾固相进行分析表明，随着浸泡时间的增加，固相中 v s 、蛋白质、总糖的含量基本保持不变或逐渐降低，而纤维素和粗脂肪的含量却 逐渐升高。这是由于各种组分水解溶出速率不同造成的，通过比较可知各物质组 分水解率总糖 粗蛋白 粗脂肪 纤维素。 4 反应条件对有机物水解的影响 4 有机物水解影响因素试验研究 厌氧消化过程是利用厌氧微生物氧化分解垃圾中的有机物，厌氧微生物对垃 圾中复杂有机物降解能力对发酵过程起决定性作用。在液化产酸阶段，专性厌氧 菌和部分兼性厌氧菌先将不溶性有机物水解成可溶性有机物，再将可溶性的大分 子有机物转化成脂肪酸、醇类等。研究表明，该类细菌对有机物的水解过程相当 缓慢，p h 值和细胞平均停留时间等因素对水解速率的影响较大。由上一组试验对 水解溶出试验固相组分的分析可知，各种组分的水解程度不同，其中纤维素的水 解率最低仅为约3 0 0 0 。本章拟研究各种环境因素对有机物水解的影响。 4 1p h 值对有机物水解的影响 p h 值对于固体有机物的厌氧消化控制十分重要，同时p h 值还影响着厌氧消 化过程中有机垃圾的水解速率。m a r t i n e z 研究了p h 对家庭垃圾的生物降解作用， 当垃圾用水饱和，p h 值调整到6 5 以上后，降解明显提高。v e e k e n 掣盯】研究了p h 值和v f a 对有机固体废物水解的影响，结果表明，在p n 值为5 7 ，v f a 浓度低 于3 0 9 c o d l 的情况下，有机物水解主要受p i q 值的影响，而与v f a 浓度无关， 水解速率随p h 值的增加而增加。 4 1 i 实验方案 试验装置选用5 0 0 m l 可密封塑料瓶5 个，每个装置内装入成分一致的2 0 0 9 垃 圾样品。试验温度控制为2 5 ，浸泡水p h 选用5 个水平：3 、5 、7 、9 、1 1 ，用 h c l 和n a o h 调节p h 值。每天将溶出液倒出，测定水质指标，同时加入与倒出水 等量的调节了p h 值的浸泡液，试验周期为9 天。试验结束后测定垃圾样品组分性 质。 4 1 2 实验结果及分析 出水p n 值的变化 图4 1 反应了出水p h 值的变化情况。由图可以看出，调节p h 在5 7 之间时， 出水p t 4 稳定在5 5 7 5 之间。p h 调节为3 时，在前6 天，由于水解系统内部调 节( 主要是n h 3 的作用) ，出水p h 值还能稳定在5 左右，当第七天开始p h 下降到 接近进水p h 。进水p h 为l l 时，除第一天的出水，其余几天p h 值稳定在9 1 0 2 之间，比进水p h 值有略微下降。 重庆大学硕士学位论文 1 l 1 0 9 8 警 7 q 6 5 4 3 2 123456 789 时间( d ) 图4 1 溶出液中p h 的变化 f i 9 4 1v a r i a t i o no f p hi nl e a c h i n gl i q u i d p h 值对c o d 溶出的影响 j 暑 l2345b789 时间( d ) p h = 3 p h i 5 p h = 7 p h = 9 p h = 1 1 图4 2 不同p h 时溶出液中c o d 的浓度变化曲线 f i 9 4 2v a r i a t i o no f c o n c e n t r a t i o no f c o di nl e a c h i n gl i q u i da te a c hp h 12345678 9 时间( d ) 图4 3 不同p h 时c o d 累积净溶出变化曲线 f i g4 3c u m u l a t el e a c h i n gq u a n t i t i e so f c o da te a c hp h p h = 3 p h = 5 p h = 7 p h = 9 p h = l l 图4 2 图4 3 反映了不同p h 值情况下，各装置c o d 的溶出量变化情况。由 哪藿咖|；咖舌兰栅垂o o 7 5 2 0 z 目2 髓璐口8 砌 砌 狮 嚣v栅丑艇器略口ou 4 反应条件对有机物水解的影响 试验数据可以看出，碱性浸泡水水解效果大大好于酸性浸泡水，两者溶出效果最 大相差约4 6 0 0 r a g 。但也不是p h 值越高溶出效果越好，“p h = 1 1 ”的效果就比“p h = 9 ”差，这很可能是由于强酸或强碱环境不利于水解酸化菌的生长造成的。总体 分析可知p h 在中性或偏碱性的条件下，水解溶出效果最好。这与现有研究的结论 相似1 吲。 不同p h 值对v f a 溶出的影响 图4 4 不同p h 时v i a 的总溶出量 f i g4 4t o t a ll e a c h i n gq u a n t i t i e so f v i a a te a c hp h v f a 的溶出同c o d 情况相似，p h 在中性或偏碱性的条件下，水解溶出效果 较好，“p h = 9 ”时溶出效果达最大值。 垃圾固相组分变化 表4 1 不同p h 时各固相组分的变化 t a b l e4 1v a r i a t i o f s o l i d o i dc o n s t i t u e n t 固体干重水震，芸盏置去嚣三，蠹，置二 v s 质量( g ) i i 3 07 6 56 7 4 5 5 97 4 7 水解率( )5 0 5 5 6 6 5 27 0 5 07 5 5 46 7 3 1 粗纤维水嚣) 1 1 3 5 8 7 5 2 3 5 0 6 8 13 2 。1 2 8 34 0 2 3 9 9 93 2 0 1 8 3 2 粗蛋白水嚣，器=怒慧翌 总糖 水嚣，鼎摅黑黑焉 通常处理纤维素时，采样强酸、强碱对纤维素进行化学预处理，能明显提高 重庆大学硕士学位论文 处理效果。但在本试验中发现，在强酸强碱条件下，纤维素的水解率反而没有中 性和弱碱性时高，这是因为有机物的水解过程主要由可溶物质的溶解和微生物的 水解组成，尤其在反应的中后期微生物起了主要作用。虽然水解与产酸菌对p h 有 较大的适应范围，但这一范围一股也仅为5 8 5 【1 0 4 1 ，强酸、强碱条件会对微生物 的生长有较大的抑制作用，致使水解效果降低。 4 2 固液比对有机物水解的影响 水是进行生化反应的介质，微生物的营养物质在同化之前必须溶解在水中， 水不仅有助于细菌运动，而且也影响物质在高固体表面运输。 4 2 1 试验方案 试验装置选用5 0 0 m l 可密封塑料瓶5 个，每个装置内装入成分一致的2 0 0 9 垃 圾样品。试验温度控制为2 5 ，浸泡水p h 为7 ，选用5 个固液比( 垃圾质量( 湿 重) 与水的质量( 密度取l k g l ) 比) 水平：1 ：0 5 、1 ：0 7 5 、1 ：1 、1 ：1 5 、1 ：2 。每天 将溶出液倒出，测定水质指标，同时加入与倒出水等量的浸泡液，试验周期为9 天。试验结束后测定垃圾样品组分性质。 4 2 2 实验结果及分析 对c o d 、v f a 溶出的影响 1 2 34 56789 时间( d ) 图4 5 不同固液比时溶出液中c o d 的浓度变化曲线 f i 9 4 5v a r i a t i o no f c o n c e n t r a t i o no f c o di nl e a c h i n gl i q u i da te a c hc o n d i t i o n o o o o o o o o o o o o o o o o 5 0 5 o 5 2 2 1 1 1)型嫒oou 4 反应条件对有机物水解的影响 图4 6 不同固，液比时c o d 的总溶出量 f i g 4 6t o t a ll e a c h i n gq u a n t i t i e so f c o da te a c hc a d n d i t i o n 图4 7 不同固，液比时v f a 的总溶出量 f i g4 7t o t a ll e a c h i n gq u a n t i t i e so f v f a 砒e a c hc o n d i t i o n 图4 5 图4 7 反应了不同固液比情况下，c o d 、v f a 的水解溶出情况。从图 可以看出c o d 和v f a 的水解溶出规律相似，随着初始浸泡液水量的增加，溶出 c o d 、v f a 的量也随之增加。固液比为1 ：1 5 时c o d 和v f a 的总溶出量分别比 l ：o 5 时多出了2 2 3 2 和5 4 1 6 。 垃圾固相组分的变化 水对于厌氧消化是至关重要的，因为微生物需要从周围环境中不断吸收水分 以维持其生长代谢活动，并且水是进行生化反应的介质，微生物的营养物质在同 化之前必须溶解在水中，水不仅有助于细菌运动，而且也影响物质在高固体表面 运输。 4 1 重庆大学硕士学位论文 表4 2 不同固，液比试验结束后各固相组分的变化 t a b l e4 2v a r i a t i o no f s o l i d o i dc o n s t i t u e n t 固体干重水嚣毫) 7 6 7 6 5 8 质量( 曲4 2 8 v s 一 水解率( ) 8 1 2 7 粗纤维水嚣焉 粗蛋白水嚣岂) 6 0 9 3 4 9 6 总糖 水嚣，虬0 6 ，2 。 含水率高，固体含量少，界面传质阻力小，反应物和反应产物的扩散速度快， 厌氧消化速度快。表4 2 的实验数据也充分证明了这一原理，随着浸泡液的减少， 各组分的降解率也相应降低。 4 3 温度对有机物水解的影响 温度是影响厌氧生物处理工艺的重要因素，它可以通过影响厌氧微生物细胞 内的某些活性酶的活性而影响微生物的生长速率和其对基质的代谢速率。同时温 度还可以影响有机物在生化反应器中的流向，各种物质在反应介质中的溶解度以 及某些中间产物的形成而影响反应过程。有机固体垃圾厌氧消化一般在中温或高 温的条件下进行，现有的研究表明，中温的最佳温度为3 7 3 8 ，高温为5 3 5 4 。由于现有的研究主要针对单级厌氧消化，对于最佳温度的选择也是基于对 产气量及有机物的降解率等多方面考虑的结果。由于本试验是专门针对“城镇有 机垃圾序批式水解一u a s b 组合工艺”的有机物水解溶出阶段，适合于整个厌氧消 化工艺的温度对于水解溶出不一定是最佳温度。本组试验，希望通过控制水解溶 出温度，找出适合有机物水解溶出的最适宜温度。 4 3 1 试验方案 试验装置选用5 0 0 m l 可密封塑料瓶5 个，每个装置内装入成分一致的2 0 0 9 垃 圾样品。试验固液比为1 ：l ，浸泡水p h 为7 ，将塑料瓶放入恒温水浴，选用4 个 温度水平：2 5 、3 5 、4 5 、5 5 。每天将溶出液倒出，澳0 定水质指标，同时 加入与倒出水等量的浸泡液，试验周期为9 天。试验结束后测定垃圾样品组分性 质。由于试验条件的原因，本次试验没有对低于室温( z 2 5 ) 的情况进行试验。 舶撕m石雕叭 n 聪z 铝置m o的加m崩吣盯“豇傩蛄胍“酊丘竹z剪仉铂m记肺m邡黔|”筋“的e加2如m砸m记 石苈拍邯卯m 4 加配船0iz拍o的m竹 4 反应条件对有机物水解的影响 4 3 2 实验结果及分析 温度对溶出液出水水质的影响 图4 8 不同温度时c o d 的总溶出量 f i g4 8t o t a ll e a c h i n gq u a n t i t i e so f c o d 砒e a c ht e m p e r a t u r e 图4 9 不同温度时v f a 的总溶出量 f i g4 9t o t a ll e a c h i n gq u a n t i f i e so f v f a 砒e a c ht e m p e r a t u r e 由图4 8 、图4 9 可以看出，在本组试验中出现c o d 、v f a 的最佳溶出效果的 温度为3 5 和4 5 ，温度在5 5 时c o d 和v f a 的溶出量反而下降了。这表明并 不是温度越高溶出效果越好。有机垃圾厌氧生物降解过程会受到温度和温度波动 的影响。b e e k e n 研究了中温下生物垃圾中六种成分的水解和生物降解速率。一级 反应速率常数在2 0 1 2 时为o 0 3 o 1 5 d 1 ，在4 0 为0 2 4 0 4 7 d 1 。a h r i n g ”j 等通 过研究发现介于中温和高温之间的4 5 ，有机物的降解效果最差，产气量最低。 这些结论与本组试验结果又一定差别。究其原因，可能时因为以上关于厌氧消化 重庆大学硕士学位论文 温度影响的研究，都是针对整个厌氧消化系统的产甲烷量、有机物降解量等综合 因素考虑，而不是单纯针对有机物的溶出作为评价的指标得出的结果。水解反应 为吸热反应，温度越高应该越有利于反应的进行。由此更加证明，水解阶段特别 是后期微生物起了决定作用，过高的温度( 5 5 c ) 不适于水解微生物的生长，因 此导致水解率的降低。 温度对固相组分水解的影响 行。 表4 3 不同温度试验结束后各固相组分的变化 t a b l e4 3v a r i a t i o no f s o l i d o i dc o n s t i t u e n t 固体干重水篡，淼 ，；：；，罴端 质量( g ) 6 7 48 18 2 21 1 7 6 水解率( ) 7 0 5 06 4 5 56 4 0 34 8 5 3 粗纤维水篡艺，蠹笔。；：。三磊丢： 粗蛋白 水篡f g ( ) ) 鲫0 3 9 57 0 7 2 1 7 2 7 0 7 2 1 7 26 0 8 3 6 4 7 总糖 水嚣，芝惫罢兰吴篡曼羔 表4 3 各组分成分的实验结果也反应了，并不是温度越高越适合水解反应的进 4 4 颗粒度对有机物水解的影响 有机垃圾颗粒度的大小决定了，垃圾与水接触表面积的大小，垃圾颗粒度越 小接触表面积越大，反之则越小。 4 4 1 试验方案 试验装置选用l l 可密封容器5 个，每个装置内装入成分一致的3 0 0 9 垃圾样 品。试验固液比为l ：l ，浸泡水p h 为7 ，室温为2 5 ，选用5 个颗粒度水平：1 # 装置颗粒度 租蛋白 粗脂肪 纤维素。 强酸、强碱条件会对微生物的生长有较大的抑制作用，致使水解效果降低。 中性和偏碱性水浸泡垃圾，溶出效果最好，且出水p h 值也恒定在5 5 7 5 之间， 有利于下一阶段产甲烷菌的作用。在实际应用中，将浸泡液的p h 值控制在7 9 有利于垃圾的水解溶出。 在固液比的试验中，随着浸泡水的增加，有机物的水解溶出率增高。当固 液比为1 ：1 5 时，有7 6 6 5 的垃圾被水解，比固液比为1 ：0 5 时大了约1 0 个百分 点。考虑到下一阶段u a s b 的运行，选择固液比为l ：l 的情况，既可以保证有机 垃圾的高效溶出，又不会对u a s b 反应器造成过多的负担。 温度在3 5 4 5 时水解溶出效果最好，温度过高或过低对水解酸化菌的 生长都会产生一定的抑制作用。 颗粒度越小，垃圾与水接触的的比表面积增大，越有利于有机物的溶出。 但是颗粒太小会造成部分小颗粒透过滤网直接进入溶出液中形成s s 。虽然u a s b 反应器对s s 有很高的去除效率，但s s 过高会对反应器造成一定影响，同时减小 粒径在实际应用中会增加预处理阶段的投入。 重庆大学硕士学位论文 以一级动力学模型为基础，建立垃圾中各组分水解一级模型。 d m ：k m d t 根据试验结果拟合，求得v s 、纤维素、粗蛋白、粗脂肪、总糖各自的溶出系 数分别为：0 1 2 0 4 、0 0 2 9 2 、0 1 1 7 9 、0 0 8 1 1 、0 1 2 1 l 。 利用对数数学拟和( y = a l n ( x ) + b ) 的方式，对单位v s 溶出的c o d 的量 水时间变化关系进行拟合，求得c o d 的溶出量和时间的关系式y = 1 7 2 5 7 l n ( x 1 + 1 1 9 1 8 。并得出不同p h 值、不同温度时单位v s 的c o d 溶出量和时间关系式中的a 、 b 值。 不同p h 值： ，a = 1 0 0 8 8 + 1 0 2 3 0 e x p ( 0 0 7 2 6 ( p - - 9 4 0 2 8 ) 2 ) lb = o 7 7 8 9 p z + 2 3 7 4 6 p + 1 3 1 5 6 不同温度ra = 1 5 4 6 8 + 9 4 6 2 e x p ( - 0 0 1 0 5 ( t - - 3 6 9 4 8 ) 2 ) 1 b ：0 + 5 t 一4 5 2 1 0 7 2 t 28 0 3 6 2 存在问题及建议 通过水解溶出有机垃圾中的干固体含量可以减少7 0 以上，剩余的水解残 渣中主要为难降解的物质如纤维素，水解残渣的处理还需要进一步研究。 本论文就影响有机物水解溶出的四个因素进行了单独的试验研究，而各种 影响因素之间的交互影响作用还需要进一步研究。 致谢 致谢 本研究是在导师彭绪亚教授的悉心指导下完成的，从论文的选题、实验方案 的设计与实施再到论文撰写与修改等诸多方面都倾注了导师无数的心血。在三年 研究生生活中，无论是理论知识还是实际项目中，彭老师都提供了许多宝贵的学 习机会，并给予了许多指导和启迪。回想三年之中，彭老师与我的每次谈话，关 切之情、教导之意、溢于言表，每每思之，言犹在耳。彭老师严谨踏实的治学态 度、敏锐的学术洞察力以及为人师表的工作风范都将使我深受裨益，并将激励我 在今后的工作中努力奋进。在此，谨向导师表示最衷心的感谢和最诚挚的敬意! 同 时由衷地感谢我的师母田雯老师在生活上给予的大力帮助与关怀，她的关爱常常 使我如沐春风。 感谢刘国涛老师在实验和研究中给予了我许多无私的帮助和指导；感谢师姐 袁荣焕老师在实验阶段给予的指导和照顾。 感谢李娟副教授、丁文川副教授、方俊华老师，以及所有曾为我授业解惑、 给予我关怀与帮助的师长，特别是环境教研室的老师们。 衷心感谢在百忙之中对本论文进行评审和参加毕业论文答辩的专家、教授们 感谢同学陈志剑、邓镓佳、刘长玮、贾传兴以及赵华、王小铭、潘坚等师弟 师妹们，你们知识丰富、思维活跃、充满朝气，感谢你们同我一度过了难忘的研 究生时光。 最后，感谢始终给予我关怀和支持并且不求一丝回报的父母和身边的亲人， 你们的关爱将激励我克服困难，不断前进。 伍翔 二0 0 七年四月于重庆 参考文献 参考文献 李国学等固体废物处理与资源化北京：中国环境科学出版社。2 0 0 5 国家统计局中国统计年鉴一2 0 0 5 北京，中国统计出版社。2 0 0 5 席北斗等有机固体废弃物管理与资源化技术北京：国防工业出版社。2 0 0 6 沈东升，何若等生活垃圾填埋生物处理技术北京：化学工业出版社2 0 0 3 4 。1 2 - 2 0 i w at a s kg r o u pf o rm a t h e m a t i c a lm o d e l l i n go fa n a e r o b i cd i g e s t i o np r o c e s s e s a n a e r o b i c d i g e s t i o nm o d e ln o 1 ( a d m l ) i a ws c i e n t i f i ca n dt e c h n i c a lr e p o r tn o 1 3 l o n d o n ：l w a 2 0 0 2 左剑恶，凌雪峰，顾夏厌氧消化l 号模型( a d m l ) 简介环境科学研究2 0 0 3 ，l “1 ) ：5 7 - 6 1 h a m z a w in ，k e n n e d yk j ，m c l e a nd d t e c h n i c a lf e a s i b i l i t yo fm m e r o b i cc o - d i g e s t i o no f s e w a g es l u d g ea n dm u n i c i p a ls o l i dw a s t e e n v i r o n