拱 古生菌 1472 - 3654 1472 - 3646 Hindawi出版公司 418727年 10.1155 / 2012/418727 418727年 研究文章 新战略的合适的快速稳定Biomethanization性能 Fernandez-Guelfo l。 1 Alvarez-Gallego c·J。 1 销售马尔克斯 D。 2 罗梅罗加西亚 l . I。 1 Hoppert 迈克尔 1 化学工程系和食品技术 理学院 加的斯大学 加的斯 11510年波真正 西班牙 uca.es 2 部门的环境技术 海洋与环境科学学院 加的斯大学 加的斯 11510年波真正 西班牙 uca.es 2012年 5 11 2012年 2012年 20. 06 2012年 24 09年 2012年 02 10 2012年 2012年 版权©2012年洛杉矶Fernandez-Guelfo et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

嗜热厌氧反应器的启动策略通常由一个初始嗜中温阶段(35°C),用一个近似时间185天,和随后的高温阶段(55°C),通常需要大约60天stabilizatio实现系统。在第一次8 - 10天的嗜中温阶段,反应器不是美联储的培养液,其通常是一个嗜中温厌氧污泥,可能是适应了有机固体废物。嗜常温和高温条件下反应器之间还没有美联储为了防止失衡的过程。因此,启动和稳定在文献中描述的biomethanization性能要求,至少245天左右。从这个意义上说,新战略的启动和稳定阶段提出了研究。这种方法允许一个重要减少这些阶段所需的总时间在厌氧连续搅拌釜反应器(装运箱)在thermophilic-dry治疗条件的有机分数市政固体废物(垃圾):60天或245天的常规策略。适应新战略使用修改SEBAC技术有机的培养液,播种前装运箱的操作条件。

 1。介绍

有机的城市固体废弃物(垃圾)一般治疗通过厌氧消化(广告) 1- - - - - - 3]。这个生物过程的主要优点之一,能耗低,污泥产生和高氢和/或甲烷产品必须突出;然而,主要缺点是它的缓慢。

为了避免这一重要的不便和加速过程对mesophilic-wet条件(35°C, 5 - 10%的总固体浓度),广告可能在thermophilic-dry (55°C,总固体浓度30%)条件。在这些新条件下水解阶段是更快和更有效,因此,整个过程改进的速度。另一方面,必须指出biomethanization过程的启动和稳定的连续搅拌釜反应器(装运箱)厌氧降解的垃圾是必要的操作时间非常长。

据报道的作者Bolzonella et al。 4)和米肖德et al。 5),该策略通常用来启动和稳定的嗜热厌氧消化器由两个阶段组成。

嗜中温阶段(35°C)约185天的操作。在第一次8 - 10天反应堆不是美联储为了培养液(一般厌氧嗜中温污水污泥)可能是适应了浪费。

高温阶段(55°C)的近似时间至少60天。此外,在反应堆mesophilic-thermophilic过渡不是美联储防止不稳定事件。

这后,策略报告在文献中有一个近似的时间至少约245天。这一事实主要是因为培养液不适应类型的浪费和/或操作条件。

与特定的参考广告的大规模工业应用过程,首先,由于历史背景,更多的反应堆采用湿过程(< 10%的干燥固体反应器)应用;从那时起,干消化(超过25%的干燥固体饲料)占了上风,因为反应堆和缩小体积的废水生产。干燥过程是Dranco大多数应用技术,Valorga,林德,Kompogas,所有工作范围30 - 40%的总固体反应器进料( 6]。

传统的温度范围的广告过程中,固体废弃物有机物总处理能力,除用于污水污泥的吨位和肥料,从每年122000吨增加到1990年的1037000吨可用过去十年或在建的53个欧洲植物,增加了750%。嗜中温、高温厌氧技术已被证明,大约38%的产能在高温操作温度。所有消化植物最初是在嗜中温温度下运营的。第一个高温植物干发酵植物和在1992年和1993年。嗜中温操作的能力,在1994年到1999年增加了350000吨,而高温厌氧能力增加了280000吨或70000吨和56000吨/年,分别。在几年,更多嗜中温植物被添加在其他年高温能力。没有明确的可以观察到的趋势。可以预期,将水平增加的温度范围,尽管越来越多的供应商开始提供高温厌氧消化。建立了高温操作了,但作为一个可靠的发酵和接受模式。它提供了额外的好处将浪费在更高的温度,从而增加病原体杀死在厌氧阶段。 The added amount of heat does not seem to stop companies operating thermophilically, as higher gas production yields and rates are being claimed by various suppliers [ 7]。

上述所有原因,培养液适应废物(垃圾)和操作条件(thermophilic-dry广告)意思是修改后的测序获得的批处理厌氧堆肥(SEBAC)技术。这种技术及其修改完全详细的文献[ 8- - - - - - 11),已经成功地用来发展有机的广告接受的转换仅在30天。

SEBAC的改性技术用于这项研究是基于两个厌氧消化器的互连(反应堆A和B)。每天,反应堆A和B是美联储通过再循环产生的渗滤液从其他反应堆。这样新鲜的有机废物(反应堆)消化接种通过再循环的渗滤液或从反应器流出物包含消化废物(反应堆B),而产生的渗滤液反应堆用新鲜的浪费(反应堆)循环反应器与消化废物(反应堆B)。以这种方式建立的微生物的未消化的浪费和有机物质消化废物( 12]。

基于上面的陈述,以减少所需的长期周期启动和稳定thermophilic-dry biomethanization在装运箱操作的条件治疗有机垃圾,这个工作中定义的两个主要目标可能如下。

迅速获得一个合适的培养液通过修改SEBAC技术评论。这剂将适应生活和操作条件的典型thermophilic-dry广告(55°C和30%的总固体浓度)。

实现稳定的有机biomethanization thermophilic-dry广告的性能在装运箱使用修改SEBAC技术获得的培养液。

2。材料和方法 2.1。修改SEBAC技术

该系统由两个25 L-reactors厌氧(图的互连 1)、操作thermophilic-dry条件下(55°C和30%的总固体浓度)。

反应堆的交替层包含源选择生活和猪粪总固体浓度为30%。猪粪加速的殖民生活因为它是厌氧微生物的一个潜在来源。

反应堆B通常包含一个稳定浪费以前由厌氧消化降解,高浓度的可行的和活跃的微生物( 13]。在这项研究中,厌氧嗜中温污泥,从全面的植物对污水污泥的厌氧消化器,使用。

渗滤液的流动改性SEBAC反应堆。

日报,反应堆是交换反应堆中产生的渗滤液B和同等数量的污泥从反应堆B被添加到反应堆答:这个过程会导致微生物从B和有机物从反应堆A到B反应堆不需要搅拌和有效启动所需的时间大约是30天。修改SEBAC反应堆的组成如表所示 1。

作文的修改SEBAC反应堆。

废物 层 重量/层(公斤)
一个反应堆 有机垃圾 2 1
猪粪 2 1.5
反应堆B 污泥 - - - - - - 21

2.2。连续搅拌釜反应器(装运箱)

装运箱最初装满1.5公斤的研磨和干合成有机总固体浓度(90%)。湿度调整使用方法获得的培养液上述修改SEBAC技术。具体,培养液包括1:1 v / v混合物( 14- - - - - - 16高温厌氧污泥和渗滤液。从这个意义上说,4升的培养液(2升的污泥+ 2升的渗滤液)被要求添加水分合成有机垃圾。

在这项研究中使用的不同废物的成分表 2。必须指出的是,合成有机制备基于微生物的营养需求的主要人群参与广告( 17]。这种类型的提要避免高的问题来源选择有机的组成的变化。这方面是很重要的,为了确定一个准确的效率的过程。

废物的成分用于启动装运箱。

参数 渗滤液培养液 污水污泥培养液 有机垃圾 有机/剂混合物
pH值 8.62 8.35 7.78 8.70
密度(公斤/米3) 980年 985年 750年 1116年
碱度(gCaCO3/ L) 21.78 16.54 4.29 5.14
铵(国民幸福总值3- n / L) 26.88 14.56 1.68 2。8
总氮 25.66国民幸福总值3- n / L 21.46国民幸福总值3- n / L 207.2国民幸福总值3- n /公斤 72.8国民幸福总值3- n /公斤
gts / L 14.46 20.46 - - - - - - - - - - - -
gVSS / L 10.73 9.16 - - - - - - - - - - - -
gTS / g样本 - - - - - - - - - - - - 0.90 0.31
制造中心/ g样本 - - - - - - - - - - - - 0.71 0.25
总碳(毫克/克) 80.78 35.27 112.6 65.07
总无机碳(毫克/克) 2.07 0.96 0.29 0.30
总有机碳(毫克/克) 78.41 34.31 112.3 64.75
酸度(mgAcH / L) 12403年 17353年 1440年 356年

2.3。处理垃圾

控制总固体浓度的饲料必须获得一个合适的性能级别干广告。因此,有机样品的预处理是必要的调整所需的最佳值。在这项研究中,样本干55°C 48小时然后在环境温度为72个小时,直到最终含水率为10%。干垃圾磨直到得到粒度约为1厘米,最后,水分被调整至70 - 75%(25 - 30%的总固体浓度、干广告的特征)与自来水,从垃圾渗滤液,污泥或组合这些。

 2.4。分析技术

反应堆的控制,确定以下参数:体积和沼气的组成(H2阿,2N2,CH4、有限公司2)、挥发性脂肪酸(VFA),总固体(TS),暂停总固体(STS)、总挥发性固体(电视),暂停挥发性固体(sv)、碱度、pH值、溶解有机碳(DOC)铵,化学需氧量(COD)和密度。根据程序的分析技术进行描述Alvarez-Gallego [ 18]。

 3所示。结果与讨论 3.1。通过改性剂制备SEBAC技术

渗滤液的成交量之间交换两个修改SEBAC反应堆必须5至10%的初始体积的垃圾消化( 8]。出于这个原因,反应堆控制启动阶段, 速率限制步骤的过程 19]。理论计算表明,渗滤液的体积应该交换大约是600毫升。第四天的操作,直到实验的结论(第一百天),渗滤液的流动之间的两个核反应堆维持在600毫升。

所需的最短时间获得适当的培养液通过修改SEBAC技术可能决定从反应堆中产生积累的甲烷生产曲线a和b,可以看到图 2,两个反应堆的曲线的最大斜率在30天内操作,在反应堆B(污泥)。这一事实表明一个指数级增长产甲烷古菌的系统,因此,如果培养液在这个时刻,它将提供一个高产甲烷活性。因此,污泥从30天可以被视为一个可行的培养液biomethanization thermophilic-dry生活的条件。最后,初始和最终废物成分的分析如表所示 3。

初始和最终废物的成分。

参数 有机垃圾 猪粪 污泥
最初的 最后 最初的 最后 最初的 最后
密度(公斤/米3) 600年 850年 1200年 1000年 900年 1000年
总固体量(克/公斤) 878年 173年 586年 80年 42 26.6
总挥发性固体(克/公斤) 700.4 85年 464.1 60 15 2。6
暂停总固体量(克/升) 0.5 7.9 3.9 5 20.2 11.4
暂停挥发性固体(g / L) 3.6 6.9 3.5 3.4 7.7 7.4
pH值 0.2 8.1 7.1 8.4 8.3 8.35
碱度(gCaCO3/ L) 7.6 8.4 50 75.4 20.1 16.5
化学需氧量(分别2/ L) 112000年 41558年 14814年 6509年 10527年 25526年

积累的沼气和甲烷产品修改SEBAC反应堆。

3.2。Biomethanization启动和稳定的过程

不断搅拌釜反应器(装运箱)启动thermophilic-dry条件下和一系列的四个固体保留时间(SRT)是为了研究添加有机加载速率(OLR的效果0)biomethanization性能在半连续喂养的政权。

在连续四个阶段,OLR0(表示为mgDOC / L·d和mgTVS / L·d)增加,它在每个SRT保持常数。SRT, OLR0每个阶段,操作时间数据如表所示 4。

最初的有机加载速率(OLR0为每个SRT)。

阶段 SRT(天) 操作时间(天) OLR0
gDOC / L· 制造中心/ L·
1 40 14 0.704 4.42
2 35 17 0.805 5.07
3 30. 25 0.940 5.92
4 25 50 1.123 7.50

在第一阶段的OLR相对较低(0.704 gDOC / L·天),以检查系统是否适当地进化。第一个14天的结果是有利的,因此,OLR gDOC / L·天增加到0.805。OLR的0在第一阶段使用不同的值在文献中报道。Bolzonella et al。 4)启动阶段进行研究与极低的OLR-less嗜中温范围比0.16 gDOC / L·约40天如一日。必须强调,在这项研究中,启动阶段进行了使用SEBAC培养液,以前已经适应了浪费和操作条件。这个事实让反应堆可能运作OLR更高。

3.2.1之上。研究气体产品

从图可以看出 3,产生的沼气在第一阶段不是有用的,这个阶段可能被视为一个潜伏期的水解和殖民的浪费。在第二阶段,具体的甲烷产量达到最大平均值1.11禄4华尔街日报/ gDOC退化和0.514/制造中心退化由于VFA在前一个阶段积累的生物降解。最后,在阶段3和4,甲烷产量系数保持不变在0.91支援4华尔街日报/ gDOC和0.14/制造中心,分别指示稳定biomethanization系统中的性能。

进化的具体甲烷产量表示为华尔街日报4/ gDOCc和华尔街日报4/制造中心c。

另一方面,特定的平均甲烷产量的COD的值达到0.42禄4在阶段2和0.34 / gCOD禄4/ gCOD阶段3和4。然而,在第一阶段的平均特定甲烷产量几乎是零,0.01禄4/ gCOD。依照Bushwell和穆勒( 20.),甲烷生成的化学计量值0.35禄4/ gCOD,这表明在阶段3号和4号反应堆正在与甲烷收率非常接近理论最大值。然而,价值获得了35天SRT(阶段2)高于理论最大值。这种差异是由于这一事实在这个SRT,除了OLR的降解增加,有机质积累的转换系统中在过去的40天SRT发生。因此,获得的甲烷收率高于其理论价值。

每日沼气发电而言,在第一阶段的前3天观察一个显著水平的生产由于水解的浪费(图 4)。成分在这一时期通常水解阶段:H2(20%)和有限公司2(80%),见图 5。

每日沼气和甲烷产品表示为L / L反应堆 ·的一天。

沼气成分百分数表示。

在水解阶段复杂的分子转变成其他更简单的产品,没有生产甲烷。由于这个原因,在图 5,第一阶段被视为延迟阶段。

然而,在第二阶段中,H2由于产甲烷活性水平降低到零,CH4和有限公司2收敛在50%左右,这是典型的行为biomethanization过程稳定。在这个阶段,中间产品生成的水解转化成有限公司2和CH4产甲烷古菌和后果的日均沼气生产达到最大平均值为1.834 L沼气/ L反应堆·天平均稳定甲烷生产0.55禄4/ L反应堆一天经过15天的操作时间。关于最后一个值,0.55禄4/ L反应堆·天,它高于费尔南德斯等报告的结果。 21]在他们干的广告研究有机使用相同的技术具有类似srt(装运箱)。在那工作,污水污泥厌氧消化在嗜中温的温度来自全面WWTP作为接种体启动装运箱。在这种情况下,系统达到一个稳定的甲烷生产0.48禄4/ LR ·天之后25天的操作时间和30天的SRT。在这部作品中,系统达到一个稳定的甲烷生产0.55禄4/ LR ·经过15天的操作时间和在35天SRT(非常积极的结果因为更高的SRT与低甲烷产量)。因此,创业时期却降低了约40%,这一策略,此外,甲烷产量提高15%左右,尽管SRT更高(35和30天),和,因此,甲烷生产应该更低。

在第三阶段的日均沼气生产减少到1.138 L沼气/ L反应堆·天因为大多数最初的浪费是加载到反应堆已经退化。然而,沼气是稳定的构成与公司的价值观2和CH4在50%左右,这表明不同微生物种群之间的一个平衡参与的消化已经达到反应堆。

最后,在阶段4日均沼气生产增加到1.768 L沼气/ L反应堆由于OLR·d0成分的增加,有限公司2和CH4分别为55 - 45%(图 5)。

 3.2.2。VFA进化

我们可以看到在图 6从90天,35天SRT,总浓度和丁醋酸浓度达到非常稳定的值大约在8000年,2500年和400 mg / L。必须指出的是,在这个特定的时期(从90年到105天),VFA浓度的稳定匹配特定的甲烷产量,为稳定表达的医生和电视(图 3),和一个稳定的沼气和甲烷产品(图 4)。此外,去除TS的百分比为56%,89%的电视,63%的医生观察。这些值与文献值比较( 8, 22]和他们确认biomethanization运作高效稳定的条件。因此,它是可能达到稳定biomethanization表现SRT适合全面植物(25天)大约90天。

进化的总浓度、丁和乙酸酸。

 4所示。结论

一般的结论,一个成功的策略的启动和稳定阶段biomethanization有机的过程在thermophilic-dry装运箱操作的条件了。新战略可以减少时间和其他文献中稳定运行协议。考虑到上述主要结论,可以建立以下具体的结论。

在第一阶段中,嗜热厌氧剂适应生活必须通过修改SEBAC获得技术。这剂用于第二阶段接种装运箱。半连续反应堆必须随后美联储与研磨有机垃圾高SRT(40天)。当系统稳定,实施SRT可以逐渐减少,直到达到SRT 25台。

修改SEBAC反应堆的结果表明,大约30天的潜伏期是必要的以获得一个适当的培养液。30天的操作系统达到高沼气生产甲烷高的百分比。

半连续反应堆可以接种1:1的混合废水(渗滤液有机垃圾和污泥)修改SEBAC反应堆和一段时间内微生物的驯化之前不需要喂养系统。

高的保留时间必须最初实施(40天),以避免不可逆的扭曲。SRT是随后逐渐减少,这是与OLR的增加有关0,直到达到所需的操作条件。系统的稳定,35天(OLR的SRT00.805 gDOC / L·d),需要30天的操作。在这些条件下达到最大平均甲烷产品,1.834 L沼气/ L反应堆一天。

对于一个成功的系统的启动,这是必要的一段至少60天(30天内获得培养液和30天在35天SRT稳定系统。此外,它可以达到稳定运行时间适合工业操作(25日SRT)大约90天。这些数据与文献结果相比,类似的反应堆,启动时间超过245天。

总之,培养液的准备适应固体废物和操作条件通过修改SEBAC过程使我们能够减少所需的时间启动和稳定的装运箱thermophilic-dry广告垃圾的四倍(60天与245)对传统战略文献中报道。

 确认

这项工作是支持的Ministerio de Ciencia e Innovacion西班牙(项目ctm2010 - 17654), Consejeria de Innovacion, Ciencia y senior军政府的安达卢西亚,西班牙(项目p07——tep - 02472),欧洲区域发展基金(ERDF)和西班牙的Ministerio de Educacion y Ciencia(项目NovEDAR_Consolider csd2007 - 00055)。

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