餐厨废水和玉米芯的产甲烷与饲养武汉亮斑水虻利用研究

发布时间：2020-07-01 18:00

【摘要】：随着化石能源的日益短缺和环境污染的日益严重,将有机废弃物转化成能源物质具有十分重大的意义。其中,餐厨废水是餐厨废弃物中的主要组成部分,也是污染源之一,严重危害着城市生活环境和人们的身体健康,而玉米芯是没有被充分利用的蕴含能源物质较多有机废弃物之一。资源化利用这些有机废弃物可缓解能源短缺问题。目前,利用厌氧发酵技术生物处理有机废弃物产能是此类研究的热点之一,而利用昆虫转化有机废弃物积累自身生物质产生能源物质也越来越成为本世纪科学研究的亮点。本研究利用厌氧发酵技术和武汉亮斑水虻转化有机废弃物技术联合处理餐厨废水和玉米芯,获取可再生能源,达到资源化利用有机废弃物和额外产能的目的,开发了生物能源利用新领域,为生物质可持续发展提供借鉴。对不同来源餐厨废水成分及酸化特性研究,结果表明,环境温度越高,酸化越快。为提高其pH值及缓解酸化对厌氧发酵的抑制,探讨不同比例好氧活性污泥对餐厨废水pH值的影响;另外,研究曝气处理在好氧活性污泥处理的基础上对餐厨废水的影响,为下一部分厌氧发酵提供研究基础,结果表明,好氧活性污泥和曝气联合处理后,餐厨废水pH值快速上升至6.5左右;在此基础上,餐厨废水接种不同比例厌氧活性污泥厌氧发酵;同时,与餐厨废水不同碱预处理后直接厌氧发酵对比,结果表明,KOH预处理餐厨废水后30%厌氧接种比例甲烷总产量最大,平均甲烷产气率为1.70±0.1L/d。探讨餐厨废水酸化特性和研究高乙酸浓度餐厨废水厌氧发酵产甲烷,为最终利用餐厨废水作为酸添加物预处理玉米芯产能提供依据。为研究玉米芯的产能潜力,本研究利用不同比例玉米芯和猪粪混合厌氧发酵产甲烷,得到玉米芯和猪粪以干重3:2配比为最佳产甲烷组;400g玉米芯与猪粪以3:2干重比厌氧发酵产甲烷,结果表明,厌氧发酵产气周期为29d,共产生沼气86.70L,积累沼气产气率为220.71 mL/gVSadded,积累甲烷产气率为139.37 mL/gVSadded;厌氧发酵后沼渣则由武汉亮斑水虻幼虫转化,转化周期为8d,产生14.35 g武汉亮斑水虻幼虫干虫,提取3.34 g武汉亮斑水虻油脂,制备3.17 g生物柴油,生物柴油提取率94.91%,同时降解了约2.05%的木质素。玉米芯既能厌氧发酵产生甲烷,还能通过武汉亮斑水虻生物转化制备生物柴油,且武汉亮斑水虻的转化过程具有降解纤维的潜力。为进一步研究武汉亮斑水虻降解玉米芯纤维的产能过程,分别采用乙酸和KOH预处理、纤维素复合酶处理和酵母处理玉米芯。处理完的上清液分别用于厌氧发酵产甲烷,对比不同处理组产气效果和产甲烷潜力,研究表明,在800ml有效容积的发酵瓶中厌氧发酵13d后,8%的乙酸预处理组和2%KOH预处理组产气效果较好,分别产生沼气和甲烷6.46和3.03L、6.14和3.06L,另外,高浓度的KOH预处理对上清液厌氧发酵产气有抑制作用;处理完的玉米芯残渣由武汉亮斑水虻幼虫转化,转化周期10d,研究表明,4%乙酸处理组和4%KOH处理组获得的武汉亮斑水虻幼虫油脂最多,分别约0.26g/50头和0.44g/50头,油脂提取率分别达到23.01%和24.04%,在整个利用玉米芯产能过程中,纤维素、半纤维素和木质素都得到大量降解,这说明厌氧发酵和武汉亮斑水虻转化技术对联合处理玉米芯产能是可行的。根据餐厨废水酸化特性,以餐厨废水作为酸预处理玉米芯的添加物,研究餐厨废水和玉米芯产甲烷与武汉亮斑水虻转化玉米芯残渣积累脂肪。餐厨废水浸泡预处理玉米芯正交试验,结果表明,75℃浸泡温度、5h浸泡时间和60g/L浸泡浓度为最佳预处理条件。在餐厨废水浸泡玉米芯的最佳处理条件下,4L餐厨废水浸泡240g玉米芯后,上清液厌氧发酵产生沼气约15.04L/(L上清液),其中甲烷约6.44 L/(L上清液),而玉米芯残渣由200头武汉亮斑水虻转化后,提取约1.33g武汉亮斑水虻幼虫油脂。在整个处理过程中,纤维素、半纤维素和木质素的总降解率分别约27.34%、45.14%和29.33%。本研究根据餐厨废水酸化特性,利用餐厨废水浸泡玉米芯上清液厌氧发酵产甲烷和武汉亮斑水虻转化玉米芯残渣积累脂肪,对联合厌氧发酵技术和武汉亮斑水虻转化技术产能提供借鉴。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X70;S216.4;S899.9
【图文】：

水虻,生命周期

图 1.1 水虻生命周期图（Sheppard et al 2004）Fig 1.1 The life history of BSF4.2.2 武汉亮斑水虻转化有机废弃物研究进展利用低等动物生物转化有机废弃物逐渐成为一种生物质能利用的趋势eppard 等（Sheppard et al 1994）利用一种低成本的粪便处理系统，经过大量的转化畜禽粪便研究，实现了水虻虫体蛋白和脂肪的大量积累，并消耗了粪便中的大量氮素。瑞士、哥斯达黎加等国科学家们，对水虻转化有机废弃物研究，了一套利用水虻转化生活垃圾的工艺流程，并在转化的过程中优化了工艺参数（玉 2012；Diener et al 2009；Diener et al 2011）。非洲也有对水虻的应用，如几利用水虻转化棕榈核粉生产水产饲料（郑龙玉 2012；Hem et al 2008）。水虻转机废弃物过程中，能显著提高转化后虫粪和残渣中的氨浓度，这些产物可作为的有机肥料，施用在农田中，可有效改善作物营养和土壤环境（Green et al 201虻幼虫转化奶牛粪便和鱼类内脏后，产生的水虻预蛹幼虫替代 50%的鱼粉饲养

废水,总有机碳,总氮,华中农业大学

为华中农业大学不同来源餐厨废水原液各指标。餐厨废水化高，为 5000mg/L-8000mg/L，其 pH 显酸性，为 4.15 左右，粗油右，总有机碳（TOC）含量高，为 21.54g/L 左右，总氮（TN）和，分别为 380mg/L 和 60mg/L 左右，高于地表水环境质量标准（含有葡萄糖和 L-乳酸，乙醇浓度为 6.25g/L 左右，总挥发酸（TV 左右，其中乙酸、丙酸和丁酸分别为 3.74g/L、1.06g/L 和 0.75g/L同地点取回的餐厨废水原液指标可能有所不同，但其从产生到放餐厨废水在取回时已经有所酸化，pH 值低，取回后会继续变化，需氧量（COD）、总有机碳（TOC）、总氮（TN）和总磷（TP）含理后达标排放，否则大量的餐厨废水会成为危害人类生活的污染同温度对餐厨废水酸化的影响厨废水放置过程 pH 值变化

【参考文献】