强化乙醇型发酵的餐厨垃圾厌氧消化性能及调控机制研究

发布时间：2020-10-21 02:15

　　 在厌氧消化产酸阶段中底物产酸发酵类型可以分为丙酸型、丁酸型和乙醇型发酵三种。本论文提出了在餐厨垃圾厌氧消化水解酸化阶段接种酿酒酵母进行强化乙醇型发酵的底物调控方法,并应用于多种厌氧消化模式中,明确其缓解底物快速酸化、提高厌氧消化稳定性及产甲烷性能的作用并阐明调控机理。在批式厌氧消化中,餐厨垃圾经强化乙醇发酵后,水解酸化效率大幅度提高,底物中乙醇、乙酸、总挥发性脂肪酸(TVFA)浓度分别比空白放置的对照组提高了4.5、4.9、1.4倍,从乙醇占水解酸化产物总量的比例变化可知,底物更多地转化为乙醇,减少了丙酸等有机酸的生成,提高了产甲烷稳定性;另外,在甲烷发酵期间乙醇可逐步转化为产甲烷古细菌易利用的乙酸,相当于起到“缓释基质”的作用。半连续单相厌氧消化中,底物经过24h的乙醇发酵后进料的预发酵组,可以保持较高的底物降解效率及pH稳定性,其能承受的最高进料有机负荷为5.0 gVS/(L·d),平均甲烷产率为391.3 mL/g VS,比对照组提高了6.4%。当系统中的氨氮浓度达到2485 mg/L时,氨氮抑制首先出现,其导致了TVFA出现累积,TVFA浓度超过2500 mg/L后,系统受到酸抑制作用pH值明显下降,最终系统失稳。细菌群落结构分析结果也表明:预发酵组中蛋白质降解细菌Proteiniphilum相对丰度升高,大量氨氮的生成和累积,必然导致甲烷菌受抑制,从而导致TVFA的累积,pH明显下降系统失稳。构建了强化乙醇型半连续两相厌氧消化系统,其水解酸化相以强化产乙醇同步产酸为特征,运行条件为HRT=2 d,并将产甲烷相出料离心后取沼液回流。与传统型沼液回流两相厌氧系统相比,该系统的最大进料有机负荷从5.0 gVS/(L·d)提高到6.0 gVS/(L·d),系统的有效容积减少21.4%,平均容积产甲烷率提高了 33.5%。TVFA/总碱度(TA)比值可以作为系统运行预警指标,当TVFA/TA值0.4时系统稳定运行,TVFA/TA值在0.4～0.6时系统有失稳的趋势,TVFA/TA值0.6时系统将完全酸化失稳。本研究为餐厨垃圾厌氧消化调控和稳定运行提供一种有效的方法,也为减小系统设备体积,获得较高容积甲烷产率提供了新的途径。
【学位单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X799.3
【部分图文】：

随着研宄的不断深入，厌氧消化微生物学理论构建日益完善，目前一般??认为复杂物料的厌氧降解过程可以被分为四个阶段［２６］：水解、酸化、产氢产??乙酸和产甲烷阶段，复杂有机物厌氧消化过程及各阶段转化效率如图２－丨所??－７?－??

北京科技大学博士学位论文???化了产甲烷的过程。而且由文献可知［１Ｇ３－１（）５］，丙酸降解会受到乙酸浓度的影??，当乙酸浓度过高时，会使得丙酸降解速率减低，导致丙酸大量累积，进??使甲烷菌受到丙酸的毒性抑制作用，体系ｐＨ急剧下降，从而形成恶性循??。??

图３－１本研究技术路线图??３．２试验材料与设备??３．２．１餐厨垃圾、厌氧污泥的来源及性质??餐厨垃圾取自北京科技大学学生食堂，经过初步分拣、粉碎后保存于零??下２０?°Ｃ的冰箱内待用。接种污泥：取自北京肖家河污水处理厂厌氧消化池，??经驯化后使用。其中厌氧消化污泥的驯化方法为３７?°Ｃ下在５?Ｌ发酵罐中每３??ｄ添加３０?ｇ餐厨垃圾。餐厨垃圾及污泥的理化性质见表３－１。??表３－１餐厨垃圾及污泥的理化性质??餐厨垃圾?厌氧污泥??总固体?ＴＳ／％?２３．７±０．０３?１１．０±０．０１??挥发性固体?ＶＳ／％?２３．３±０．０３?７．３３±０．０３??＊
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本文编号：2849487