餐厨垃圾产氢产甲烷两相处理工艺的调控技术研究

【摘要】：随着社会经济的发展,餐厨垃圾产生量逐渐增加,安全高效处理餐厨垃圾的需求日益迫切。厌氧消化由于能够产生氢气、甲烷等清洁能源,而成为餐厨垃圾处理技术的最佳选择之一。采用两相厌氧消化技术,不仅可以提高餐厨垃圾处理效率,而且能够同时获得氢气和甲烷,因此该技术已成为目前的研究热点。本研究对餐厨垃圾两相与单相厌氧消化过程中的气体产量、有机酸浓度、碳水化合物浓度、蛋白质浓度以及相关酶活的变化进行分析,获得两相厌氧消化的最佳运行条件。在此基础上,通过外源添加草氨酸钠抑制乳酸产生,调控产氢相效率;用乙酸钠驯化产甲烷污泥,增强污泥耐酸能力,提高产甲烷相性能。通过对两相消化进行调控,提高两相工艺对餐厨垃圾的处理效率,为餐厨垃圾两相厌氧消化处理技术的高效运行提供理论依据。主要研究结果如下:餐厨垃圾两相厌氧消化的氢气和甲烷产率最高分别达到14.12 m L/g TS和178.3m L/g COD,并且随产氢相初始p H的升高而增加。两相厌氧消化甲烷产率比单相厌氧消化提高338%,同时可以获得氢气。餐厨垃圾两相与单相厌氧消化过程中,各种酶活性基本呈现先升后降的趋势,淀粉酶、蛋白酶和脱氢酶在两相厌氧消化过程的最高活性分别达到0.542 mg/(m L·min)、1.70μg/(m L·min)和145μg/(m L·h),均高于单相厌氧消化过程的酶活。研究外源添加草氨酸钠浓度为0、0.8、1.2、1.6和2 g/L时对餐厨垃圾产氢相的影响,实验结果表明添加草氨酸钠浓度为1.6 g/L时餐厨垃圾自然酸化的氢气产量以及餐厨垃圾降解率均达到最高,氢气产量和单位TS氢气产量分别为1183 m L和18.84 m L/g TS,是空白组的1.82倍;餐厨垃圾TS和VS降解率分别达到64.09%和65.32%,是空白组的1.20和1.16倍。外源添加一定浓度的草氨酸钠能抑制乳酸产生,从而促进产氢效率。采用逐级提高乙酸钠浓度的方法对产甲烷污泥进行驯化,以提高产甲烷菌的耐酸活性。设置乙酸盐驯化浓度为0、2、3、4、5和6 g/L,在驯化过程中,甲烷产量和脱氢酶活性逐渐提高。将驯化好的产甲烷污泥接种于产甲烷相中处理产氢废液,结果表明5g/L乙酸盐驯化浓度的产甲烷污泥处理餐厨产氢废液效果最佳,甲烷产量、COD降解率、碳水化合物降解率和脱氢酶活性均达到最高,为173.4 m L/g COD、40.5%、53.6%和183.0μg/(m L·h),分别是空白组的1.41、1.16、1.18和1.26倍。 【关键词】：餐厨垃圾 两相厌氧消化 产氢产甲烷 酶活
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X799.3
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 餐厨垃圾处理概述8-10
• 1.1.1 餐厨垃圾特点8
• 1.1.2 餐厨垃圾处理技术8-10
• 1.2 厌氧产氢产甲烷两相技术概述10-11
• 1.2.1 厌氧消化基本原理10
• 1.2.2 两相厌氧消化技术10-11
• 1.3 餐厨垃圾厌氧产氢产甲烷两相技术研究进展11-14
• 1.3.1 温度11-12
• 1.3.2 pH12
• 1.3.3 反应器类型和有机负荷12-13
• 1.3.4 两相与单相厌氧消化的比较研究13
• 1.3.5 微生物学研究13-14
• 1.4 研究内容、目的及意义14-16
• 1.4.1 研究内容14-15
• 1.4.2 研究目的及意义15-16
• 第二章 餐厨垃圾两相厌氧消化工艺过程分析研究16-26
• 2.1 引言16
• 2.2 材料与方法16-18
• 2.2.1 实验材料16
• 2.2.2 实验装置16-17
• 2.2.3 实验方案17
• 2.2.4 分析方法17-18
• 2.3 分析与讨论18-25
• 2.3.1 两相与单相厌氧消化产气性能比较18-19
• 2.3.2 两相与单相厌氧消化过程中COD和有机酸浓度变化19-21
• 2.3.3 两相与单相厌氧消化过程中碳水化合物和蛋白质浓度的变化21-23
• 2.3.4 两相与单相厌氧消化过程中酶活的变化23-25
• 2.4 小结25-26
• 第三章 外源添加草氨酸钠调控餐厨垃圾产氢相效率研究26-33
• 3.1 引言26
• 3.2 材料与方法26-27
• 3.2.1 实验材料26
• 3.2.2 实验装置26-27
• 3.2.3 实验方案27
• 3.2.4 分析方法27
• 3.3 分析与讨论27-32
• 3.3.1 不同草氨酸钠浓度对产氢效果影响比较27-28
• 3.3.2 不同草氨酸钠浓度对体系pH和有机酸浓度的影响28-30
• 3.3.3 草氨酸钠对COD、碳水化合物和蛋白质浓度变化的影响30-32
• 3.3.4 草氨酸钠对餐厨垃圾自然酸化降解率的影响32
• 3.4 小结32-33
• 第四章 污泥耐酸驯化技术提高餐厨垃圾产甲烷相性能研究33-44
• 4.1 引言33
• 4.2 材料与方法33-34
• 4.2.1 实验材料33
• 4.2.2 实验装置33-34
• 4.2.3 实验方案34
• 4.2.4 分析方法34
• 4.3 不同乙酸盐浓度驯化的产甲烷污泥性能情况34-38
• 4.3.1 驯化过程中产甲烷情况34-35
• 4.3.2 驯化过程中体系pH、乙酸和COD浓度变化35-37
• 4.3.3 驯化过程中脱氢酶活性的变化37-38
• 4.4 耐酸驯化污泥对餐厨产氢废液处理效果分析38-43
• 4.4.1 驯化污泥处理餐厨产氢废液甲烷产量比较38
• 4.4.2 驯化污泥处理餐厨产氢废液过程中pH和有机酸浓度变化38-40
• 4.4.3 驯化污泥处理餐厨产氢废液过程中COD、碳水化合物和蛋白质浓度变化40-42
• 4.4.4 驯化污泥处理餐厨产氢废液过程中脱氢酶活性的变化42-43
• 4.5 小结43-44
• 主要结论与展望44-45
• 主要结论44
• 展望44-45
• 致谢45-46
• 参考文献46-50
• 附录: 作者在攻读硕士学位期间发表的论文50

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