餐厨垃圾高固态厌氧消化过程中酸化调控研究

发布时间：2017-10-24 18:40

  本文关键词：餐厨垃圾高固态厌氧消化过程中酸化调控研究

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【摘要】：目前餐厨垃圾的厌氧消化处理技术已经成为处置餐厨垃圾重要且有效的手段。餐厨垃圾进行厌氧消化处置,不仅可以对餐厨垃圾进行减量化,而且可以产生清洁能源沼气。然而在餐厨垃圾厌氧消化过程中,特别是高固态厌氧消化中,有机酸的快速积累会导致体系pH迅速降低,进而抑制产甲烷菌活性,使反应体系效率下降甚至产气终止。因此对餐厨垃圾高固态厌氧消化过程的酸化调控研究十分重要。本研究首先对餐厨垃圾高固态厌氧发酵过程进行pH调控,研究pH调控对产甲烷的影响,分析厌氧发酵过程中的沼气产量、有机酸、淀粉酶等参数的变化情况,获得最适宜的调控方式。随后,从提高产甲烷菌对丁酸的耐受性能,进而提升其对有机酸耐受能力的角度出发,提高高固态厌氧发酵的产甲烷性能。最后,将耐酸驯化好的产甲烷污泥作为接种泥,研究餐厨垃圾高固态厌氧发酵卧式反应器的运行,确定反应器运行最适宜的物料负荷。主要研究结论如下:pH调控可以有效解决餐厨垃圾高固态厌氧发酵的酸化现象。相比未进行pH调控的对照组,进行pH调控的各个组的累积沼气产率、甲烷产率、甲烷含量和底物去除率都有所提高。其中,pH调控为8.0组的累积沼气产率、甲烷产率、甲烷含量和底物去除率均最高,分别为322.0 m L/gTS、171.0 mL/gTS、53.1%和95.85%。同时其胞外淀粉酶和蛋白酶也都获得了最高活性,分别为1.18 U/mL和2.73×10-3 U/m L;其辅酶F420有两个峰值,第一个峰值在第4 d,为61.52μmol/gTS,第二个峰值在第16 d,为101.29μmol/gTS。采用逐步提高厌氧发酵体系内丁酸盐浓度的方式,对产甲烷菌进行了适应性耐酸培养,随后将其接种餐厨垃圾进行高固态厌氧发酵。结果表明,进行耐丁酸培养的各个组的沼气及甲烷产量、最终有机酸浓度、SCOD浓度基本和丁酸钠添加量呈正相关。相比未进行耐酸驯化的对照组,进行耐酸驯化的各个组的累积甲烷产量、甲烷产率、沼气产率和甲烷含量都有所增加。其中,经8 g/L的丁酸钠驯化后的累积甲烷产量、甲烷产率、沼气产率及甲烷含量最大,分别为2044 m L、101.8 mL/gTS、228.0 mL/gTS和44.7%。同时,其脱氢酶、淀粉酶、蛋白酶和辅酶F420活性也都最高,分别为321 TFμg/(mL?h)、1.0490 U/mL、4.7972×10-3 U/mL和20.77μmol/gTS。接种耐酸驯化后的产甲烷污泥,并采用卧式厌氧反应器进行餐厨垃圾高固态厌氧发酵。一开始设置卧式反应器运行的物料负荷为2 gTS/L·d,运行稳定后,提高物料负荷至5 gTS/L·d,8 gTS/L·d,11 gTS/L·d。结果发现,耐酸驯化污泥可以较好地处理餐厨垃圾,卧式厌氧反应器运行最适宜的物料负荷为8 gTS/L·d。此时,沼气平均日产量为42 L,单位沼气平均产量为656 mL/gTS,平均甲烷含量为58.8%,单位甲烷平均产量为386 mL/gTS。
【关键词】：餐厨垃圾 高固态厌氧消化 酸化 沼气 酶活
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X799.3
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 餐厨垃圾基本特性9
• 1.2 高固态厌氧消化技术概述9-11
• 1.2.1 厌氧消化基本原理9-10
• 1.2.2 高固态厌氧消化技术10-11
• 1.3 餐厨垃圾高固态厌氧消化技术研究进展11-12
• 1.3.1 厌氧消化影响因素和反应器处理研究11
• 1.3.2 反应过程酸化抑制调控研究进展11-12
• 1.4 研究内容、目的及意义12-14
• 1.4.1 研究内容12-13
• 1.4.2 研究目的及意义13-14
• 第二章 餐厨垃圾高固态发酵过程酸化的外源pH调控技术研究14-23
• 2.1 引言14
• 2.2 材料与方法14-15
• 2.2.1 实验材料14
• 2.2.2 实验装置14
• 2.2.3 实验方案14-15
• 2.2.4 分析方法15
• 2.3 结果与讨论15-21
• 2.3.1 厌氧发酵过程中pH、SCOD和氨氮浓度的变化15-17
• 2.3.2 厌氧发酵过程中有机酸浓度的变化17-19
• 2.3.3 厌氧发酵过程中沼气和甲烷的变化19
• 2.3.4 厌氧发酵过程中酶活性的变化19-21
• 2.3.5 底物降解特性21
• 2.4 小结21-23
• 第三章 产甲烷菌耐酸驯化对高固态发酵酸化的缓解效应研究23-37
• 3.1 引言23
• 3.2 材料与方法23-25
• 3.2.1 实验材料23
• 3.2.2 实验装置23-24
• 3.2.3 实验方案24
• 3.2.4 分析方法24-25
• 3.3 结果与讨论25-36
• 3.3.1 不同丁酸盐浓度驯化的产甲烷污泥性能情况25-30
• 3.3.2 耐酸驯化污泥对餐厨垃圾高固态厌氧处理效果分析30-36
• 3.4 小结36-37
• 第四章 耐酸驯化污泥处理餐厨垃圾的卧式厌氧消化技术研究37-46
• 4.1 引言37
• 4.2 材料与方法37-39
• 4.2.1 实验材料37
• 4.2.2 实验装置37-38
• 4.2.3 实验方案38-39
• 4.2.4 分析方法39
• 4.3 结果与讨论39-44
• 4.3.1 反应器运行过程中产甲烷活性的变化39-41
• 4.3.2 反应器运行过程中pH、SCOD和氨氮浓度的变化41-42
• 4.3.3 反应器运行过程中碱度和有机酸浓度的变化42-43
• 4.3.4 反应器运行过程中碳水化合物、蛋白质、淀粉酶和蛋白酶的变化43-44
• 4.4 小结44-46
• 第五章 主要结论与展望46-48
• 致谢48-49
• 参考文献49-54
• 附录: 作者在攻读硕士学位期间发表的论文54

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本文编号：1090053