车库式干发酵产酸相工艺条件优化研究

发布时间：2020-05-26 23:49

【摘要】：随着新型城镇化进程的不断推进,我国对城镇地区生态环境建设越来越重视。农、林、畜牧业等作为第一产业依旧是国民生活的基础产业,因此当前我国村镇地区的固体垃圾废弃物除了包含大量的生活垃圾,还混杂了大量农业废弃物。餐厨垃圾(Food waste,FW)是有机生活垃圾重要组成部分,含水率高,易腐烂酸败,并且会产生大量的渗滤液,如果得不到及时有效的处理,会对水体和土壤造成二次污染。农业废弃物主要以农作物秸秆为主,其含水率低,热值高,可生化降解,目前的处理方式多为燃烧发电和厌氧发酵产沼气等。针对此现状,如何对村镇地区垃圾做到无害化、减量化、资源化处理是新型城镇化建设所面临的最为严峻的问题之一。而厌氧发酵是目前国内外处理固体有机废弃物较为成熟的工艺,其处理量大,成本低,无二次污染,同时能产生大量清洁能源,并且在过去的十几年得到了长足发展。本课题以餐厨垃圾和农作物秸秆为发酵原料,使用车库式厌氧干发酵技术,采用渗滤液回流工艺,对其产酸相进行优化,得到以下结论:(1)探究渗滤液类型对车库式干发酵产酸相产酸效果的影响,试验分别使用剩余活性污泥(Waste activated sludge,WAS)厌氧发酵液、猪粪(Pig manure,PM)厌氧发酵液和清水(Tap water,TW)作为初始喷淋液。试验结果发现,使用猪粪厌氧发酵液作为初始喷淋液,渗滤液中的挥发性脂肪酸(Volatile fatty acids,VFAs)浓度在第4天达到峰值18.90 g/L,其中乙酸含量在40%以上,高峰期可达66.43%,产酸效果最佳,优于另外两组。(2)探究渗滤液回流比例对车库式干发酵产酸相产酸效果的影响,试验结果发现,当渗滤液回流比例为32:1时,产酸效果最佳,渗滤液的pH值在第3天降至最低6.40,当日T-VFAs浓度高达45.45 g/L,其中乙酸浓度25.90 g/L,正丁酸10.60 g/L,是典型的丁酸型发酵;试验结束后原料的TS、VS降解率分别达到59.19%和61.70%,化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)去除率达到42.83%,均高于其他组。试验结果说明,渗滤液回流比例越大,水解酸化阶段进行的越快,VFAs能够在初期大量积累,其产物能够越快被产甲烷菌用,有效缩短了产酸时间并提高产酸效率。(3)探究渗滤液回流频率对车库式干发酵产酸相产酸效果的影响,试验结果发现,当渗滤液回流频率为8 times/d时,产酸效果最佳,渗滤液的pH值在第7天降至最低5.73后能迅速回升至6.36,证明渗滤液缓冲能力较强;COD溶出量在第3天达到峰值13390 mg/L;T-VFAs产量在第3天进入高峰期,第5天达到峰值12.90 g/L,其中正丁酸7.40 g/L,乙酸3.30 g/L,是典型的丁酸型厌氧发酵;试验结束后原料的TS和VS降解率分别达到57.84%和59.33%。(4)选取车库式干发酵产酸相产酸效果最佳的一组试验,在对其渗滤液、沼渣分别进行微生物群落结构多样性分析后发现,古菌群落丰度分布在85~105,而细菌群落丰度分布在500~1200,与产甲烷古菌相比,细菌的丰富度和多样性明显更高。乙酸营养型产甲烷菌甲烷八叠球菌(Methanosarcina)在渗滤液中丰度可达35.84%,是最主要的优势菌群。在细菌方面,厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)为优势细菌,占到细菌总数的85%以上。
【图文】：

中国石油大学（北京）硕士专业学位论文谢产物对微生物产生抑制作用，使系统达到最佳状态[1-3]。水解酸化阶段结束之后，由于沼渣含固率较高，经过干化可以继续焚烧发电，产生的渗滤液经过甲烷化之后，，能够再次回流，能够使村镇固体垃圾废弃物真正得到资源化、减量化、无害化处理。车库式干发酵已经被众多研究证明是处理固体废弃物有效且稳定的方法之一，目前最常见车库式干发酵主要是单相产甲烷过程，将车库式干发酵作为产酸相，对餐厨垃圾与秸秆进行混合厌氧干发酵的研究目前尚少。

第1 章 文献综述1.3 车库式干发酵1.3.1 车库式干发酵技术研究进展国外对于车库式干发酵技术的研究起步早，已有大量规模性沼气工程，尤其以德国GICON公司为代表的两相车库式干发酵工艺最为典型，其工艺流程如图1.2所示。GICON 工艺产甲烷和产酸分别在两个反应器中进行，水解阶段的渗滤液经过筛滤之后进入渗滤液储存罐，经过酸碱值调整之后一部分回流，喷淋在发酵原料上继续促进水解产酸；另一部分进入产甲烷反应器，产甲烷反应器是固定床反应器，内部装有填料，微生物富集在填料上，能够迅速与富含挥发性脂肪酸的渗滤液反应产甲烷。整个发酵过程稳定，原料停留时间短，无反复进料，并且温度、pH 和沼气产生过程可控，是目前车库式干发酵最为先进的工艺之一。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ920.6

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本文编号：2682594