固态发酵反应器流场数值分析及搅拌参数优选

为研究厨余垃圾固态发酵反应器中机械搅拌装置的搅拌流场特性及优选机械搅拌设计参数,采用计算流体力学技术(CFD)方法模拟5种机械搅拌桨型的混合流场,并对搅拌桨的桨径比、转速等参数通过搅拌功率、混合时间、混合能和死区百分比等指标进行定量分析.模拟结果表明:二折叶搅拌桨、六折叶涡轮搅拌桨死区百分比大,对物料扰动范围小,不能有效进行混合;双螺带搅拌桨死区百分比最小,对物料扰动范围最大,搅拌功率也最大.对于双螺带搅拌桨桨径,物料死区随桨径比的增加而减小,当桨径比增大至0.75后不再减小,而搅拌功率随桨径比增大而一直增大.对于双螺带搅拌桨,随着转速增加,搅拌功率呈直线式增加,混合时间以抛物线式降低,混合能逐渐增加.综合考虑混合效果和搅拌功耗,转速为20 r/min、桨径比为0.75的双螺带搅拌桨是本研究反应器中的最佳搅拌设计.

高含固厨余垃圾垂直流厌氧处理系统的构建与启动

我国厨余垃圾产量巨大,含固率在25%左右,不适于填埋,厨余垃圾处理亟待寻找其他出路.本研究在中温((37±1)℃)条件下,构建了垂直流厌氧处理系统处理高含固厨余垃圾,并对其启动阶段运行效能及启动后系统微生物群落结构进行了分析.稳定运行后,系统容积负荷为9.79 g·L^-1·d^-1,挥发性固体(VS)降解率为80.57%±4.10%,比产气率(SBP)和比甲烷产率(SMP)分别为(0.748±0.078)L·g^-1·d^-1和(0.405±0.052)L·g^-1·d^-1,系统缓冲能力强,具有良好的产气能力,不存在酸抑制和氨抑制的情况.对不同位置的微生物群落结构进行分析,细菌在反应器主体的优势菌为Chloroflexi菌门中的Levilinea菌属,参与碳水化合物水解酸化的细菌分布较广;古菌的优势菌属则为Methanothrix、Methanobacterium和Methanolinea,均与产甲烷有关.

有机负荷和进料频率对高含固厨余垃圾厌氧消化系统性能的影响

以系统降解效能和产甲烷量最大化为目标,分别考察不同有机负荷(8.93、10.71、13.39 kg·m^-3·d^-1)及进料频率(1、2、3次·d^-1)下厨余垃圾中温厌氧消化系统运行过程中甲烷产量、SCOD、氨氮、pH和挥发性脂肪酸(VFAs)的变化,旨在明确系统负荷边界及进料频率对系统稳定性的影响.结果表明,系统的有机负荷存在最优值,系统累计产甲烷量随负荷的增加而升高,随后降低,有机负荷为10.71 kg·m^-3·d^-1时获得最大累计产甲烷量37.17 L,VS降解率72.58%.负荷增加系统稳定性下降甚至失稳,各物质出现积累,不利于反应的进行.增加进料频率可优化系统运行参数,显著提高系统产气和产甲烷量,进料频率较高时,运行周期内系统的甲烷产量及产率最高,分别达到45.03 L和0.738 L·g^-1,呈线性增长,增加进料频率可提高系统对氨氮的耐受能力,显著提高系统稳定性,明显改善VFA和丙酸积累问题.