协同厌氧发酵的预警控制

厨余垃圾作为有机物含量丰富的废弃物，厌氧消化是较成熟且极具潜力的餐厨垃圾资源化利用技术。由于厨余垃圾存在丰富的大颗粒有机质，厌氧消化过程存在水解速率慢，易酸化或产生氨氮抑制的现象导致系统崩溃，为工艺的稳定运行带来诸多挑战。

今天的案例为您介绍了美国加州中马林卫生局如何通过Sentry哨兵系统的实时生化预警能力，成功的在中温污泥消化工艺中增加了20-30%的餐厨垃圾，实现了稳定的协同消化。

1.运营挑战

美国加州圣拉斐尔市的中马林卫生局（CMSA）运营两套中温厌氧反应罐。该反应罐除了降解污泥以外，CMSA希望增加20-30%的脂肪油脂和食品垃圾用于协同消化，以减少垃圾填埋和增加发电量。在过去的运营中，两个厌氧罐产生的沼气通常能够100%满足的耗电需求，并且能够出售多余的电力获得额外的收入。而过去的三年中天然气价格翻了一番，让发电量的价值变得更加重要。
在最初的协同发酵的尝试中，运营团队在中试反应器的污泥中加入了部分市政有机垃圾和餐馆的脂肪油脂，但很快由于负荷过高导致了酸化现象。

2.中试验证

Sentry传感器被安装在两个中试反应器（约2m3）的污泥循环线上，并很快显示出了价值。

如下图所示，两个Sentry传感器分别在5月9号和5月10号显示信号变化异常，预示酸化事件的发生。而实验室的VFA分析结果直到5月12号才触发报警。两者对比，Sentry发出预警提示比手动分析提前了3天。

由于中试的成功，Sentry传感器很快被安装在了厌氧反应罐的进料口和污泥循环线上。这些传感器能够极低维护的情况下反馈厌氧罐内部的微生物健康状况。下图所展示的是其中一个反应罐由于设备故障，在7月停止了市政有机垃圾和脂肪油脂的进料，8月设备修复后，又逐步恢复协同发酵的过程。Sentry信号能够为运营工程师提供反应罐内部在不同进料条件下的状态，实时洞察厌氧消化的状态。

3.价值体现

对于中马林卫生局，Sentry系统实现的价值包括：
（1）.成功实现了厌氧协同消化，提高了工艺的处理量和沼气产量。
（2）.强化了运营预警的能力。安装了SENTRY传感器后，运营人员可以密切监测厌氧罐的健康状况和性能变化来降低运营风险，避免了负荷控制不当或停机事件所带来的$45,000–$90,000 元损失的风险。特别是当进料组成发生变化时，如SENTRY信号表征的挥发性脂肪酸（VFA）浓度显示上升，他们可以及时采取行动，通过减少协同发酵组分的比例或者更改进料混合比来进行干预。这一数据比实验室手动VFA测试分结果更快。
（3）.长期工艺优化的数据支撑。帮助运营人员对长期运营中的进料组成，工艺控制、微生物响应（SENTRY数据）、沼气产量和沼气质量进行有效的评估，优化进料组分和进料速率，以达到最佳的沼气产量。同时，Sentry所提供的反应器健康状况的前馈数据也可以为自动进料混合和工艺控制建立基础，减少工艺失衡的风险。