有机固废发酵中新型产甲烷过程的强化手段研究

发布时间：2020-06-07 07:26

【摘要】：近年来,全球能源危机日益严重,有机固废的资源化处置引起了广泛关注。有机固废产量大,价格低,如农业固体废弃物(玉米秸秆),城市餐厨垃圾(Food waste,FW)以及城市污水处理产生的剩余污泥(Waste activated sludge,WAS)等。这些有机固废往往具有较高的含碳量,经过厌氧消化(Anaerobic digestion,AD)处理可以产生生物气能源。但是传统产甲烷存在着水解速率慢,产甲烷量低,营养不均,氢分压限制等问题。即便是采取共发酵策略,其发酵潜力仍没有完全发挥出来。而直接种间电子传递(Direct Interspecies Electron Transfer,DIET)的发现有望解决厌氧消化效率低的问题。据报道,直接种间电子传递的构建与强化主要有两种模式:其一,投加导体材料;其二,投加乙醇或利用乙醇型发酵产乙醇来富集DIET类互养微生物。本论文首先探索了零价铁以及导体材料的投加对厌氧消化的影响。研究了单相反应器中零价铁的投加对餐厨垃圾厌氧消化的影响,以及在两相厌氧反应器中投加铁碳固定床对于餐厨垃圾和玉米秸秆(Corn straw,CS)共消化的作用。据报道零价铁的投加可以增强传统产甲烷路径,而碳材料的投加可以促进直接种间电子传递。铁碳床在两相厌氧反应器的产甲烷相中投加,投加组的产甲烷量比控制组含量高35%,但是产甲烷相中Geobacter等能直接种间电子传递的微生物的丰度仍然较小。利用乙醇型发酵构建直接种间电子传递(DIET)来实现有机废物的高效产甲烷被认为是一项有前途的策略,然而其尚未成功应用于有机固废的厌氧消化中。在本研究中,玉米秸秆(酵母发酵)被用作生物乙醇的来源与剩余污泥混合用于进一步的厌氧共消化(AcoD)。目的是在秸秆与剩余污泥的共发酵过程中建立基于直接种间电子传递(DIET)的产甲烷途径。结果表明,酵母发酵后玉米秸秆的乙醇产量占总发酵产物的11-16%,而没有酵母的前相反应器中未检测到乙醇。酵母组的平均甲烷产率比控制组高约36%。多种证据包括污泥电导率,颗粒活性炭对产甲烷作用和微生物群落结构的变化表明,基于DIET的产甲烷途径在酵母组共消化反应器中建立。研究结果表明,利用秸秆生产乙醇是一种经济有效的农业和城市废弃物资源化利用的新途径。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703

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