对屠宰废水处理沼气生产中的低技术管式沼气池的评价外文翻译资料

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Journal of Cleaner Production 199 (2018) 633e642

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对屠宰废水处理沼气生产中的低技术管式沼气池的评价

J. Martiacute;-Herrero a, b, *, R. Alvarez c, T. Flores d

a Centre Internacional de M`etodes Num`erics en Enginyeria (CIMNE), Building Energy and Environment Group, Edifici GAIA (TR14), C/Rambla Sant Nebridi 22, 08222, Terrassa, Barcelona, Spain

b PROMETEO Researcher, Instituto Nacional de Eficiencia Energacute;etica y Energiacute;as Renovables (INER), 6 de Diciembre N33-32, Quito, Ecuador

c IIDEPROQ, UMSA, Plaza del Obelisco, 1175, La Paz, Bolivia

d Ingenieria de petroleo, gas y energiacute;as, Universidad del Valle, C\ Guillermina Martiacute;nez s/n, Tiquipaya, Bolivia

a r t i c l e i n f o

Article history:

Received 2 May 2018 Received in revised form 9 July 2018

Accepted 13 July 2018

Available online 17 July 2018

关键词：:

屠宰废水

厌氧消化

沼气生产

满程

低成本管式沼气池

生物膜摘要

这项研究的目的是确定从屠宰场废水处理生产沼气的低成本管式沼气池的运行条件和性能。在科恰班巴（玻利维亚）的一个屠宰场运行的三个全尺寸顺序管式沼气池（每个超过8立方米）在一年间受到监测。其有机负荷率（OLR）在0.04至1.13 kgSV/d（0.04-1.07 kgCOD/d）之间变化，液压保留时间（HRT）在3.2至87.4天之间变化。被动太阳能加热设计考虑到将浆料温度提高到27℃，比平均环境温度高8℃。第一个沼气池装满了汽水瓶塑料环，以增加内部有效表面并进行评估，获得67％内部有效表面的增量，使沼气产量增加一倍以上，并使OLRs更高。

copy; 2018 Elsevier Ltd. All rights reserved.

  1. 绪论

全世界肉类消费量的增加以及屠宰动物的卫生要求都意味着屠宰场数量和屠宰场废物的增加。 在这种情况下，屠宰场废物（SW）已经被集中起来，为SW的能量和农业再利用提供了机会。在目前主要农业肥料产量高峰的背景下，正是因为在矿物磷和能源可用性将会减少的未来情景下，有机废物的能源和农业养分的回收至关重要。

厌氧消化（AD）是利用SW处理进行能量和养分回收的最佳策略。有机物的AD处理可生产用作燃料源的沼气，并且可以回收矿化的有机物作为肥料再利用。就屠宰场废物而言，AD与其他可再生能源相结合，能够在屠宰场中实现能源自给自足，同时减少20％的温室气体排放量。

可以在特定的预处理程序中轻松地分离不同的屠宰场废物（大肠内容物，粪便，血液，脂肪等），以实现AD和混合消化。屠宰场也产生大量废水（SWW）。SWW表征特别适用于每个屠宰场，因为它取决于特定的废物管理程序（血液回收，大肠内容物分离，固体分离等）和来源（屠宰场，牛场，大棚废水等）。因此，SWW的沼气潜力可能因地点而异，但作为参考编号，报告了不同SWW来源的生物甲烷潜力（BMP）测试结果：牛场和大棚废水的0.25e0.3 m3 CH4/kgVS，屠宰场废水0.5 m3CH4/kgVS，废水处理量1m3 CH4/kgVS以上。

在最近的一篇评论Bustillo-Lecompte和Mehrvar（2015）的报告中他们对 AD技术处理SWW研究的简要描述，包括：厌氧折流板反应器（ABR），厌氧过滤器（AF），厌氧塘（AL），上流式厌氧污泥床（UASB）和厌氧序批式反应器（SBR）。 Bustillo Lecompte和Mehrvar（2017）发表了对厌氧折流板反应器（ABR）的评估，随后进行了有氧活化反应污泥（AS）反应器以最大化的目的处理SWW生物气的产量和碳氮的去除最小化流出物中的总固体悬浮浓度，获得成本有效的结果。詹森等人（2015年）提出了一种厌氧膜生物反应器（AnMBR），用于处理SWW，具有出色的出水水质，对负荷变化的高耐受性，以及为再利用目的生产无固体出水的能力。科学期刊上发表的研究报告是在实验室规模上实现的，通常是在中观和嗜热温度条件下。

目前，仅报道了一些关于处理SWW的实际沼气池的研究，并且这些出版物中没有沼气原位测量。米兰达等人（2005）报道了对全尺寸800m3 UASB沼气池处理SWW的评估。但为了确定甲烷产量，他们每月收集样品并在实验室进行BMP测试，报告值为0.013-0.037 m3CH4 / kg SV d，水力停留时间（HRT）为18-27 h，有机负荷率（OLR）为0.88-1.46 Kg COD / m3d。提出了一个450 m3 UASB沼气池处理SWW的三年监测结果，没有提到沼气生产。对于低技术输入的全规模沼气池，McCabe等（2014）报告了从处理SWW的五个全尺寸覆盖塘系统中去除化学需氧量（COD）和生产沼气的潜力。但是没有测量COD去除和沼气生产，而是用商业模拟软件估算，提供了沼气生产率（BPR）的参考值为0.0298 m3 / m3d。因此，缺乏关于处理SWW的实际沼气池中沼气生产和COD去除的研究和信息。

低技术沼气池，也被称为低成本沼气池，其特征在于没有主动混合装置并且/或者没有主动加热系统，因此通常在嗜冷条件下工作。嗜冷条件下的厌氧消化或非活性加热沼气池在科学文献中的代表性不足，如最近的沼气评论所示，也不包括工业废水处理评审或沼气植物分类的能量。典型的低成本沼气池模型包括加盖的生化塘，通常用于处理大量工业废水。固定式和浮动式滚筒与管式沼气池一起，专注于处理来自中小规模农民的废物。由于“初始成本相对较低，运营成本可忽略不计，操作简单”，加盖生化塘是SWW厌氧消化最常用的技术，但它们占地面积大，沼气捕获能力差，气味减少。不同的成功策略已经被提出，以改善低成本的沼气池性能，主要用于管状模型，因为引入了被动太阳能加热设计以增加浆料温度;经过验证的设计方法;并且引入低成本的生物膜载体，以增加细菌的定植表面，因为沼气池内的苏打瓶环增加了BPR和特定的沼气产量（SBP）值约50％。这些策略可用于低成本沼气池的SWW处理，为来自贫困和富裕国家的中小型屠宰场提供机会，以回收养分并从废物中产生能量。

为了克服有关满量程的信息的缺乏，在真实天气条件下运行的低成本沼气池（嗜冷温度范围），以及为覆盖的SWW塘提供替代品，我们在本次调查中提供了一年监测三个实际规模的低成本管式沼气池，在科恰班巴（玻利维亚）处理SWW。这些低成本的管式沼气池采用经过验证的设计方法，被动式太阳能加热设计和低成本生物膜载体。在一年内，我们将OLR从0.04增加到1.13 kgSV / m3d，HRT从3.2增加到87.4 d，从而可以评估生物膜支持对系统的影响。

生物甲烷潜力 [m3CH4/kgSV]

沼气生产率 [m3/m3 d]

有效表面[m2/m3]

水力停留时间 [d]

甲烷产率 [m3CH4/m3d] l

矿物固体停留时间 [d]

有机负荷率 [KgCOD/m3 d] or [kgSV/m3 d]

特种沼气生产 [m3/kgSV d]

特定甲烷生产 [m3CH4/kgCOD] or [m3CH4/kgSV]

固体停留时间 [d]

挥发性固体停留时间 [d]

BMP BPR ES HRT MPR MSRT OLR SBP SMP

SRT VSRT

术语

2.实验设计

2.1.实验性低成本管式沼气池

按照Martiacute;-Herrero和Cipriano（2012）的设计方法，将三个低成本管式沼气池安装在一个测序方案中。测序方案如下：当第一沼气池（B1）进料时，相似量的流出物通过重力溢流到第二沼气池（B2）的入口，同样来自第二沼气池的流出物循环到第三沼气池（B3）的入口。使用基于串联的三个反应器的这种模块化方案允许独立地评估每种反应器的生物气产量和流出物特性。此外，当反应器平行放置时，该方案允许更紧凑的设计，而不是单个长沼气池。沼气池被放置在科恰班巴（玻利维亚）的市政屠宰场，海拔2572米（m.a.s.l.），位于17260 36.5900 S和66 100 8.7100 W.这些管式沼气池由双管聚乙烯层组成，每层厚0.3毫米，周长4米，黑色，以收集太阳辐射。在管状罐的每个端点处，4“PVC管用作沼气池的入口和出口。沼气池半埋在9米长，0.8米宽（底部），1.05米宽（顶部）和1米深的沟槽中。沟槽沿着地板和墙壁用1厘米的发泡聚苯乙烯绝缘。沟槽的体积等于沼气池的液体体积，这意味着每个沼气池的液体体积约为8.325m3。在液体体积的顶部，形成沼气钟，其使沼气池具有气球或香肠的外观，因为这些塑料管式沼气池也是已知的（图1）。有关管式沼气池的更多详细信息，请咨询Ferrer等人（2011），Lansing等（2008年）和Martiacute;-Herrero等人（2014年）。生产的沼气通过1/2“水管从沼气钟进入水阱释放阀，当气体压力达到10cm水柱时，可以释放过量的沼气。

为了考虑由于沼气压力导致的液体体积损失，在这种情况下，解决方案是将出水管提升至水柱压力设置在安全阀的数厘米处，准确地来说是10厘米，而不是如Martiacute;-Herrero和Cipriano（2012）所提出的那样，通过延长沼气池来增加液体体积损失。 尽管最初沼气池内的污泥水平将高于设计水平10厘米，然后当沼气池在全压力下工作时（由安全阀提供），其中的污泥被沼气压力推至预期的水平，达到设计的液量。

第一台沼气池与其他两台沼气池不同，因为它含有来自208个汽水瓶的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）环，如Martiacute;-Herrero等人所推荐（2014），以增加可用于细菌定植和固体保留的有效表面（ES）。与其他商业支持相比，苏打瓶是一种易于获取且便宜的常见废物，如果它们被回收利用的话。每个瓶子都被切成三块（头部，底部和圆柱体），所有瓶子都被引入第一个沼气池内。这些PET块在沼气池内部自由移动，并且它们倾向于到达底部并积聚在沼气池的出口管附近。每个沼气池的内表面为27.19平方米，但是当将这些PET环添加到第一个沼气池时，支持生物膜形成的可用表面增加了41.75平方米，达到了68.94平方米的总生物膜面积。因此B1的真实内表面比B2和B3高2.5倍。这种配置（仅第一个沼气池具有增加的内表面）将允许评估低成本生物膜载体在管式沼气池中SWW的厌氧消化中的影响。

2.2.试验工厂运作

对三个测序的沼气池进行了一年的监测。在这段时间内

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资料编号：[1293]

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