餐厨垃圾与牛粪混合厌氧发酵及其非生物因子强化研究

发布时间：2020-04-28 16:20

【摘要】：为了解决餐厨垃圾（FW）单独发酵时容易发生酸化的问题，本研究采用餐厨垃圾（FW）与牛粪（CM）混合发酵的方法来提高餐厨垃圾厌氧发酵效率，并对发酵结果进行非生物因子强化。以餐厨垃圾和牛粪为原料，在35℃下，采用批式厌氧发酵方法，研究不同餐厨垃圾和牛粪配比对混合厌氧发酵效率的影响。结果表明：餐厨垃圾和牛粪比例为3:1（T4）时反应效果最好，累积产气量为3750.5mL，是餐厨垃圾单独厌氧发酵（T6）产气量的3倍，气体甲烷含量可达52.1%。反应后期，消化液的pH值保持在7.3~7.5，没有发生酸化现象；氨氮浓度保持在2000~2200mg·L-1，辅酶F420的吸光度最大值为0.72。而餐厨垃圾单独厌氧发酵时发生酸化，反应运行失败。即添加牛粪可以有效的抑制餐厨垃圾单独厌氧发酵时酸化的现象。采用餐厨垃圾与牛粪比例为1:1进行批示厌氧发酵反应，每天添加不同浓度的Fe、Co和Ni三种元素，研究单一微量元素对餐厨垃圾与牛粪混合厌氧发酵的影响。结果表明，添加微量元素可以促进餐厨垃圾与牛粪混合厌氧发酵反应，但浓度过高时，促进作用不明显。即添加适中浓度的单一微量元素可以有效的促进餐厨垃圾与牛粪混合厌氧发酵反应。其中，钴元素对餐厨垃圾与牛粪混合厌氧发酵的促进效果最明显。在单因素实验的基础上，采用三因素三水平的中心组合设计及响应面分析法，建立了混合厌氧发酵产酸量的二次多项式数学模型，并以挥发性脂肪酸（VFAS）产量为响应值作响应面和等高线，考察了以餐厨垃圾和牛粪为发酵底物发酵产酸时添加的铁、钴和镍三种微量元素的浓度及其交互作用对餐厨垃圾与牛粪混合厌氧发酵产酸的影响。分析结果表明，三种元素的最佳浓度组合是铁1.00mg·mL-1、钴0.02mg·mL-1、镍0.50mg·mL-1。该工艺条件下，挥发性脂肪酸（VFAS）的理论值为3670mg·mL-1，实际实验值为3668mg·mL-1，与理论值相符。即用响应面分析确定添加铁、钴和镍三种元素的最佳浓度组合是可行可靠的。
【图文】：

等高图,钴元素,交互影响,响应面

图 5-1 钴元素与铁交互影响 VFAS 的响应面图（a）及等高图（b）Fig.5-1 Response surface map and contour map of VFAS between cobalt and iron elements图 5-2 镍元素与铁交互影响 VFAS 的响应面图（a）及等高图（b）Fig.5-2 Response surface map and contour map of VFAS between nickel and iron elements从图 5-3-a 可以看出，挥发性脂肪酸（VFAS）的产量随镍元素浓度变化产生的影响较小，略微呈现出先上升后下降的趋势，在挥发性脂肪酸（VFAS）

等高图,镍元素,交互影响,等高图

- 35 -图 5-2 镍元素与铁交互影响 VFAS 的响应面图（a）及等高图（b）Fig.5-2 Response surface map and contour map of VFAS between nickel and iron elements从图 5-3-a 可以看出，，挥发性脂肪酸（VFAS）的产量随镍元素浓度变化产生的影响较小，略微呈现出先上升后下降的趋势，在挥发性脂肪酸（VFAS）产量达到最大值左右时，曲面较平缓。由此可以说明，镍元素对厌氧发酵产挥发性脂肪酸（VFAS）的影响不太显著（PC=0.0528>0.01）。由图 5-3-b 可以看出，在镍元素与钴元素共同作用下的等高线形状呈圆形，这表明这两种元素之间交互作用不显著（PBC=0.0468>0.01）。综合表 5-3 与图 5-1 至 5-3 可知，添加的铁、钴、镍三种元素对餐厨垃圾
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S216.4

【参考文献】