不同添加剂对可生物降解固体废弃物厌氧好氧过程影响研究

发布时间：2020-07-19 10:01

【摘要】：生物可降解有机固体废弃物来源广泛,产生量巨大。其主要处理方式为厌氧消化和好氧堆肥。本研究工作基于强化直接种间电子传递过程,通过研究不同类型添加剂对可降解固体废弃物厌氧消化及好氧堆肥过程的提质增效现象,揭示不同材料提高厌氧消化及好氧堆肥效率机制,对于生物可降解固体废弃物好氧堆肥及厌氧消化处理工程的清洁生产,实现其资源化利用具有重要意义。研究结果表明:在厌氧消化方面,热改性可以提升膨润土介导的鸡粪厌氧消化产甲烷能力。300℃改性土介导的鸡粪厌氧消化系统单位VS累积产甲烷量最高。提高了膨润土的吸附性能并使其更加稳定,这有利于缓解在厌氧消化过程中总氨氮、自由氨和pH带来的负面效应。孔隙吸附和缓释微量元素及阳离子可能导致了鸡粪厌氧消化过程中甲烷产量的增加,也显著提升了对鸡粪的厌氧消化作用。生物炭介导厌氧消化可通过加速不溶性大分子物质向可溶性物质转化及可溶性物质向甲烷的转化过程,提高厌氧消化系统的缓冲能力,进而有效提高厌氧消化的性能。不同类型的生物炭对产甲烷过程的促进程度不同。550℃条件下制备的果木生物炭单位累积产甲烷量最高,为294 mL/gVS,比对照组提高了 69%;其比表面积最大,TAN去除能力最高。在厌氧消化中应用果木生物炭是一种可持续且经济有效的做法,不仅能提高能源产量同时减少运营成本。在好氧堆肥方面,苹果渣(AP)、柠檬酸(CA)、元素硫(ES)、磷酸(PA)、磷酸氢镁(PM)和过磷酸钙(CP)添加剂的使用对污泥堆肥的卫生学指标没有负面影响,但通过降低NH3损失可以改善N的固存。与其他处理相比,添加CP增加了堆肥的含盐量;而添加ES和PA则降低了NH3的挥发量(分别为初始氮含量的0.80%和0.98%),增加了N2O的排放量(分别为初始氮含量的2.48%和2.29%),并增加了含盐量,堆肥产品的腐熟度较低。相关的堆肥氮损失、温室气体排放和产品成熟度评价表明,AP、CA和PM是生产优质堆肥的理想添加剂。添加坡缕石显著延长了污泥好氧堆肥的高温期,促进了堆肥过程抑制物质的分解,加速了有机物降解,改善了氮的固存。此外,添加坡缕石还降低了CH4、NH3和N2O的排放,有利于降低铜、锌、铅和镉的有效态含量,增强了生物固体堆肥过程中雌激素的降解,有利于堆肥的腐熟,提高了堆肥产品的质量。从经济性方面考虑,建议在生物固体堆肥中加入2%的坡缕石。本研究工作为不同添加剂如何影响和强化直接种间电子传递过程,及对碳氮循环的影响机制,进而利用不同的材料定向强化某些种间直接电子传递进而提高生物可降解固体废弃物厌氧消化及好氧堆肥效率等后续研究打下了良好的基础。
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：博士后
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X705
【图文】：

技术路线图,方案

图１－２技术路线图逡逑１２逡逑

装置图,厌氧消化,装置图

ａ未测定逡逑２．１．２试验设计及启动逡逑试验采用玻璃注射器集气法，试验装置如图２－１所示。向５００ｍＬ邋（有逡逑效容积４００ｍＬ）厌氧消化反应器（图２－１）中添加鸡粪和生物炭后，加入逡逑接种物８０ｍＬ并加水至４００ｍＬ混合均匀，向厌氧消化瓶中吹入７０％氮气逡逑和３０％的二氧化碳混合气体ｌｍｉｎ以排出厌氧消化反应器中的空气，厌氧逡逑反应器通过丁基塞密封后与外界空气隔绝，保证厌氧消化反应器中绝对逡逑的厌氧环境。逡逑厌氧消化反应器中料液厌氧消化所产生的气体在气压的作用下经由逡逑插在丁基塞上的针头通过塑料细软管进入到玻璃注射器中。厌氧消化瓶逡逑和玻璃注射器通过塑料细软管上安装的阀门，实现管道的导通和关闭。逡逑排入注射器中的气体注入集气袋中收集保存并用于气体成分测试分析。逡逑待测厌氧消化料液装在５００ｍＬ厌氧消化瓶（有效容积４００ｍＬ）中，逡逑通过丁基塞密封后与外界空气隔绝，向反应器中吹入氮气（７０％）和二氧逡逑化碳（３０％）混合气体５ｍｉｎ排出厌氧消化瓶中的空气

厌氧消化,鸡粪,热改性,改性膨润土

Ｆｉｇ．２－２邋Ｄａｉｌｙ邋ｂｉｏｇａｓ邋ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｂｅｎｔｏｎｉｔｅ邋ｔｈｅｒｍａｌ－ｍｏｄｉｆｉｅｄ邋ｗｉｔｈ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋ｍｅｄｉａｔｅｄ邋ａｎａｅｒｏｂｉｃ邋ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｃｈｉｃｋｅｎ邋ｍａｎｕｒｅ逡逑２８０邋ｒ－逡逑２６０邋逦逦逡逑Ｅ：画s{ｒ逡逑０邋４邋８邋１２邋】６邋２０邋２４邋２８邋３２邋３６邋４０邋４４邋４８邋５２邋５６邋６０邋６４邋６８邋７２邋７６逡逑时间／ｄ逡逑图２－３热改性膨润土介导的鸡粪厌氧消化日产甲烷量变化逡逑ｉｇ．２－３邋Ｄａｉｌｙ邋ｍｅｔｈａｎｅ邋ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｂｅｎｔｏｎｉｔｅ邋ｔｈｅｒｍａｌ－ｍｏｄｉｆｉｅｄ邋ｗｉｔｈ邋ｄｉｆｆｅｒｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋ｍｅｄｉａｔｅｄ邋ａｎａｅｒｏｂｉｃ邋ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｃｈｉｃｋｅｎ邋ｍａｎｕｒｅ逡逑

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