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农村有机生活垃圾有机质含量高,采用厌氧发酵的方式处理可以实现其资源化、无害化和减量化。研究了原料TS浓度、温度、原料粒径对影响厌氧发酵系统高效稳定运行的影响,确定农村有机生活垃圾厌氧发酵工艺:低固含量TS8%时,温度为35℃,原料粒径1mm,有机负荷57kg VS m-3d-1,日产甲烷最高为2L L-1d-1,高固含量发酵时,HRT为20d时,甲烷最高产量达244L L-1d-1,因此可选择高固含量发酵。 (1)低固含量厌氧批次实验。采用批次实验,探究原料TS浓度、温度以及原料粒径对厌氧发酵的影响。研究结果表明,当原料TS浓度为5%和8%时,累积产甲烷量和挥发酸浓度均与原料浓度成正相关关系。温度对厌氧发酵有重要的影响,常温和中温条件相比,中温(35℃)能明显缩短产甲烷延滞时间,提高甲烷产量。其中,在中温条件下,TS浓度为8%时,粒径为1cm时,产甲烷停滞时间较长,原因是粒径过大,有机物分解速率低。原料粒径及温度影响厌氧发酵酸化阶段挥发酸的浓度与种类,原料粒径大,整个反应体系的丙酸浓度高,对厌氧发酵产生抑制,产甲烷延滞期长。本实验中,原料TS浓度为8%,累计甲烷产量最高为50508mL,原料产甲烷率为022m3kgVS-1d-1。选择TS为8%的4组实验条件进行连续实验。 (2)低固含量厌氧连续实验。利用CSTR反应器,探究原料在低固含量条件下,逐步提升有机负荷对厌氧发酵的影响。研究结果表明,在中温(35℃),粒径(1mm)的条件下,在有机负荷为57kg VS m-3d-1的条件下,CSTR反应器运行效果最佳,可达到最高的容积产甲烷率2L L-1d-1,通过对微生物群落组成成分分析发现,在细菌门水平上,Bacterotdetes(拟杆菌门)和Firmtcutes(厚壁菌门)为整个实验期间的两大优势细菌菌群,在古菌属水平上,Methanosarcina(甲烷八叠球菌)、Methanocorpusculum(甲烷粒菌)和Methanosaeta(甲烷毛发菌)为主要优势菌。 (3)高固含量厌氧批次实验。采用批次实验,探究原料率及接种率对高固含量农村有机生活垃圾厌氧发酵的影响。研究结果表明,高固农村有机生活垃圾厌氧发酵最佳的原料率为30%,接种率为30%,体系TS浓度为12.5%,原料产甲烷率达到0.20m3kgVS-1d-1,氧化钙可以缩减厌氧发酵产甲烷延滞期。接种率对原料产甲烷率的提升作用是有限制的,超过这个限值后,原料产甲烷率随接种率提高而降低。厌氧发酵的适宜电导率范围在8-10ms/cm之间。 (4)高固含量厌氧连续实验。利用CSTR反应器,探究原料在高固含量条件下,原料TS浓度15.26%-18.0164%逐步提升有机负荷对厌氧发酵的影响。研究结果表明,高固含量的农村有机生活垃圾所获得的甲烷产量比低固含量实验要高,在水力停留时间为20d的时候,甲烷最高产量达2.44L L-1d-1。通过对微生物群落结构分析发现,在微生物细菌门水平上,Bacteroidetes和Firmicutes为整个实验期间的两大优势细菌菌群。在微生物古菌属水平上,Methanoculleus为整个实验期间的主要优势菌群。