餐厨垃圾厌氧发酵及沼渣资源化利用研究

发布时间：2020-03-26 22:31

【摘要】：近年来,城市化水平与人们生活水平的提高造成了大量餐厨垃圾的产生,其处理设施的不完善导致了环境污染和危害人体健康,所以餐厨垃圾的处理成为亟需解决的问题。对于厌氧发酵,餐厨垃圾是理想的原料。利用餐厨垃圾厌氧发酵产甲烷,在实现餐厨垃圾的资源化利用的同时还解决了能源短缺的问题。目前,餐厨垃圾的厌氧处理主要利用全混合式连续搅拌反应器(Continuouslystirred tank reactor,CSTR),但是其在工程应用中存在发酵前需要稀释预处理和发酵后需要固液分离等缺点。针对CSTR的缺点研究者们提出了渗滤床反应器(Leach bed reactor,LBR),LBR可以克服CSTR目前在工程应用中存在的问题。另外,LBR发酵结束后会产生沼渣,沼渣的资源化也是目前需要解决的问题。本文从以下几个方面进行研究:利用LBR进行餐厨垃圾的厌氧发酵,以甲烷体积分数、日产甲烷量、累计产甲烷量、COD和VFA为考察指标,考察不同渗滤液回流量与回流频次对LBR厌氧发酵餐厨垃圾的影响进而确定LBR的最佳发酵条件。为了明确LBR内底物中碳的转化情况,对LBR发酵进行碳平衡分析。渗滤液回流量与回流频次对于LBR的发酵具有显著的影响,其两者共同保证LBR发酵的顺利进行。渗滤液回流量为4L/d和回流频次为12次/d时累计产甲烷量最高达到了17.98 L,TS产甲烷率为136.57 mL/gTS,发酵结束COD与VFA的累计浓度是所有条件中最低的,分别为3380 mg/L和285.8 mg/L。同时,LBR碳平衡结果表明,底物中的碳有4.7%~7.54%的碳转化到气相中,有10.04%~54.3%的碳转化到液相中,有31.6%~70.1%的碳留在固相中,有1.57%~12.32%的碳变成其它。对比LBR与CSTR发酵的产气效果、COD与VFA的累积浓度,同时考察CSTR与LBR中产气效果最好的L5(渗滤液回流量4 L/d和回流频次12次/d)和产气效果最差的L3(2 L/d和24次/d)在微生物群落结构上的差异,进而确定适合餐厨垃圾厌氧发酵的反应器。CSTR的累计甲烷产量为10.87 L,发酵结束的COD累计浓度为44300 mg/L,VFA累计浓度为34072.9 mg/L,与上述LBR最优条件下得到的结果相比,CSTR累计甲烷产量低于LBR,COD与VFA的累积浓度高于LBR。在细菌群落结构门水平上LBR与CSTR中的优势菌门相差不大,而在属水平上CSTR、L3和L5各自的优势菌属都存在差异,说明不同反应器与相同反应器(LBR)不同的发酵条件对系统内的细菌的优势菌属会造成影响。在古菌群落结构门水平上,L3与L5中都被相对丰度99%的广古生菌门(Euryarchaeota)占据,而CSTR中除广古生菌门(Euryarchaeota)外还存在相对丰度7.99%的疣微菌门(Verrucomicrobia)和1.74%奇古菌门(Thaumarchaeota),说明不同反应器对古菌群落优势菌门会造成一定的影响。在古菌群落属水平上,CSTR、L3和L5各自的优势菌属都存在差异,L5中优势菌属为乙酸营养型的甲烷丝菌属(Methanothrix),L3与CSTR的优势菌属都为氢营养型产甲烷菌属,而在厌氧消化过程中,甲烷产量的70%都来自于乙酸甲烷化途径,所以对于L5,由于乙酸型产甲烷菌属大量存在,使其产甲烷效果最好。通过分析表明,LBR比CSTR更适合于餐厨垃圾的厌氧发酵。进行沼渣制肥的可行性分析,以小白菜的生长与品质为考察指标,考察不施肥、无机肥、沼渣和沼渣无机复混肥对小白菜生长与品质的影响。沼渣中的营养物质含量与重金属含量均符合有机肥标准(NY525-2012),所以将沼渣制成有机肥具有可行性与安全性。不同施肥均会对小白菜的生长与品质表现出促进作用。沼渣无机复混肥可以提高小白菜出芽率和产量,提高维生素C含量、可溶性糖含量,还可以降低硝酸盐的含量,对提高小白菜的品质与产量具有最好的促进作用。
【图文】：

厌氧发酵,反应机理

消化发酵的过程中，厌氧菌会把餐厨垃圾中的有机物转化为甲同时，，还会产生 VFA、醇类等能源物质物质，实现餐厨垃、醇类和 VFA 可用作能源物质来实现餐厨垃圾的资源化利的可降解性、适宜的碳氮比 10%~25%、为餐厨垃圾的厌氧利的条件[30]。厌氧发酵系统相当于一个黑箱，在密闭的厌导致有臭味的气体逸出。厌氧发酵具有占地小、发酵周期少、投资少、可以缓解能源紧张等优点。但对于固体废弃沼液与沼渣的分离、高 COD 沼液处理是目前研究中待解决发酵的原理与影响因素发酵的原理氧发酵的原理被广泛认为由三个阶段组成，即水解阶段、烷阶段，参加到厌氧发酵的菌群分别为非产甲烷菌和产甲理如图 1-2 所示。

路线图,路线图,沼渣,小白菜

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文（3）进行沼渣制肥的可行性分析，以小白菜的生长与品质为考察指标，考察不施肥、无机肥、沼渣和沼渣无机复混肥对小白菜生长与品质的影响。1.5.2 技术路线本研究的技术路线图如图 1-2 所示。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X799.3

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