零价铁对生活垃圾有机质高负荷厌氧消化的调控效应研究

发布时间：2020-05-24 05:55

【摘要】：生活垃圾有机质(OFMSW)是我国生活垃圾的主体,对其进行高效分离和处理是实现生活垃圾处理系统优化的关键环节。高压挤压预处理方式能将生活垃圾中易生物降解有机质和可燃质分开,然后分别进行厌氧消化和焚烧处理。但随着预处理压力增高,有机质在液相中的水解速率加快,易出现“过酸化”现象。本论文首先研究了高压挤压预处理对模拟生活垃圾的提质改性效果。经40MPa压力预处理后,产生的干组分的湿基低位热值达到18.7 MJ/kg,比混合垃圾提高243-293%;湿组分SCOD溶出量和溶出速率均高于未预处理的模拟OFMSW在液相中的溶出,其生化产甲烷潜能可达674 mLCH_4/gVS。单相反应器中氢分压过高是引起“过酸化”的主要原因。向有机负荷为30 g/L的批式厌氧反应器中投加零价铁,可以使反应器中氢分压在6天内从16%降低至0,同时CH_4比例不断上升,而未投加零价铁对照组,氢分压长期保持在0.15-0.25%;随后,在零价铁作用下,丁酸被迅速转化为乙酸,并进一步被产甲烷菌利用,使CH_4比例达到60%以上,从而实现消除“过酸化”现象的目的。此外,投加零价铁可以提高物料甲烷产率41.7%。在对实际OFMSW厌氧消化的40L序批式反应器运行中,当反应器受到“冲击负荷”和“重新启动”时,易出现由于VFAs积累引起的“泡沫累积”和“物料膨胀”现象,影响反应器的稳定运行。相比未投加零价铁的反应器,当一次性加入500 g铁粉后,反应器可承受的冲击负荷从7.5 kgVS/m~3/d提升至10 kgVS/m~3/d,并可以在停止运行一段时间后,以5 kgVS/m~3/d的负荷实现反应器的重新启动。利用高通量测序和qPCR分析了不同阶段下细菌和古菌群落的演变。结果表明,在反应前期,投加零价铁可以提高反应器中水解产酸细菌丰度、促进嗜氢产甲烷菌Methanobacteriales数量的提升,增强种间氢传递(IHT)的产甲烷途径;在反应中后期,投加零价铁反应器中嗜乙酸产甲烷菌Methanosaetaceae和mcrA功能基因片段数量均显著高于对照组;而C.butyricum丰度显著增加也表明在零价铁作用下,该菌可能作为导电介质与Syntrophomonas和Methanosaetaceae菌共同构建直接种间电子传递(DIET)机制,促进乙酸向甲烷转化。利用生命周期清单分析方法评估生活垃圾各处理情景的综合环境效应。结果表明,OFMSW从生活垃圾单独分离后进行厌氧消化,产生的沼渣脱水后土地利用是较为理想的处理方式。
【图文】：

厌氧消化,生活垃圾,有机质,发酵细菌

生活垃圾有机质厌氧消化三阶段理论

零价铁,产甲烷,电子供体,机理

图 1.4 零价铁作为电子供体还原 CO2产甲烷机理此外，Xiao 等[79]提出零价铁在厌氧环境中还具有中和有机酸释放出的 H+），使体系的 pH 保持中性，使产甲烷微生物处于良好的生长环境。Meng 却表明，尽管零价铁可以与 H+反应产生氢气，但是，，投加零价铁反应器
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X799.3

【参考文献】