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餐厨垃圾是指餐饮单位和居民家庭产生的饮食残余和食物加工废弃物等,其成分和性质随地域、居民饮食习惯、季节的变化而变化,但总体上具有含水率高、有机质占比高、含盐量高、易生化降解等特点[1-4]。根据《餐厨垃圾处理技术规范:CJJ184—2012》进行估算:深圳市2019年日均产生的餐厨垃圾为1 545.46~2 009.09 t/d,而实际收运量为1 200~1 300 t/d,收运缺口为300~700 t/d,处理缺口为700~1 200 t/d。2020年9月1日,《深圳市生活垃圾分类管理条例》开始实施,餐厨垃圾处理能力不足与日益增长的餐厨垃圾处理需求之间的矛盾日趋紧张[5-6]。受城市用地规划的限制,建设新的处理设施极其困难,优化现有的工艺路线,提升现有设施的处理效率,成为解决深圳市当前餐厨垃圾处理问题的关键。
我国常见的餐厨垃圾处理技术主要包括填埋、焚烧、好氧堆肥和厌氧发酵。其中,厌氧发酵凭借占地面积较小,产生的甲烷和氢气可作为清洁能源,能够实现餐厨垃圾的资源化和减量化等优点[7-9],逐渐成为当前餐厨垃圾处理技术的首选方法。餐厨垃圾厌氧消化过程中,有机物的水解是整个过程的限速步骤,对甲烷相的物质代谢速率乃至整个厌氧系统的高效稳定运行至关重要[10]。湿热水解是在水热条件下,通过改变水的密度、离子积、黏度及介电常数,使氢键作用减弱,从而增强对有机物的溶解度,改善餐厨废弃物的固液、油水分离特性和理化性质,同时加速溶解性有机物分解成低分子物质[11]。目前,已有学者关于湿热水解预处理对餐厨垃圾特性的影响开展了实验室水平的初步研究,明确湿热处理可有效缩短餐厨垃圾的水解时间[12-14],但这些实验结论在实际规模化应用中有待进一步验证。
本文通过进行湿热水解预处理餐厨垃圾中试规模的试验,监测餐厨垃圾在预处理前后物料性质的变化情况,论证湿热水解预处理餐厨垃圾在实际生产中的可行性,并探索中试规模下湿热水解预处理餐厨垃圾的最佳反应温度和反应时间。
深圳市餐厨垃圾湿热水解改性中试研究
Pilot plant research on hydrothermal hydrolysis modification of kitchen waste in Shenzhen
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摘要: 为了提高餐厨垃圾厌氧消化性能,在中试规模下对餐厨垃圾湿热水解温度和反应时间进行了2因素3水平的试验,对湿热水解产物的表观、离心脱水性能、可浮油提取率和液相有机物含量等指标的变化规律进行分析,并对湿热处理参数对餐厨垃圾性能的影响机理进行了研究。结果表明:湿热水解后餐厨垃圾的流动性与温度和反应时间均呈正相关;水热料脱水率随温度升高和反应时间延长而增大,140 ℃ 90 min时水热料离心固渣含量最低,为10.55%。可浮油提取率在120 ℃ 90 min时最高,为4.2%。140 ℃ 60 min时最低,为1.94%。湿热水解温度的越高,反应时间越长,液相中SCOD浓度越高,而VS/TS的变化与SCOD浓度变化呈负相关,表明湿热水解可促进餐厨垃圾中有机大分子的水解过程,生成产小分子有机酸,有利于后续的厌氧产沼气阶段的进行。Abstract: In order to improve the anaerobic digestion for kitchen waste, a series experiments with 2 factors on 3 levels were implemented. The 2 factors were temperature and retention time respectively. The variation of the appearance of the hydrolysis products, centrifugal dewatering performance, extraction rate of the floating oil and organic content of the liquid phase of the treated kitchen waste was analyzed. The mechanism of the impact of hydrothermal hydrolysis on the charactereristics of kitchen waste was also studied. The results showed that the fluidity of the kitchen waste was positively correlated with the temperature and the reaction time after the hydrothermal hydrolysis. The dehydration rate of the hydrothermal kitchen waste increased with the increase of temperature and reaction time. The content of the solid slag was the lowest with the temperature of140 ℃ and the reaction time of 90 min, which was 10.55%. The highest extraction rate was 4.2% with 120 ℃ and 90 min. The lowest was 1.94% with 140 ℃ and 60 min. The higher hydrothermal hydrolysis temperature caused the longer reaction time and the higher concentration of SCOD in liquid phase. While the change of VS/TS was negatively correlated with the change of SCOD concentration. It indicated that the hydrothermal hydrolysis could promote the process of the hydrolysis of organic macromolecules in kitchen waste to produce small molecular organic acids, which was benefited to the subsequent anaerobic biogas production stage.
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Key words:
- hydrothermal hydrolysis /
- kitchen waste /
- dewatering ability /
- floating oil
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表 1 试验原料基本性质
取值 TS/% VS/% TCOD/mg·L−1 SCOD/mg·L−1 氨氮/mg·L−1 VFA/mg·L−1 pH 平均值 14.84 13.28 58670.83 44236.67 469.83 2621.17 3.60 RSD/% 23.00 26.55 15.37 26.46 25.72 19.22 3.07 表 2 试验设计
试验组号 水平组合 实验条件 T/℃ 处理时间/min 1 A1B1 90 30 2 A1B2 90 60 3 A1B3 90 90 4 A2B1 120 30 5 A2B2 120 60 6 A2B3 120 90 7 A3B1 150 30 8 A3B2 150 60 9 A3B3 150 90 表 3 检测指标及检测方法
样品类别 检测指标 检测方法 离心液 SCOD 重铬酸钾法 VFA 碱滴定法 TS 重量法 VS 550 ℃灼烧法 固渣 TS 重量法 VS 550 ℃灼烧法 油相 含油(水)率、杂质含量 离心法 -
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