餐厨垃圾与牛粪半干式混合厌氧发酵试验研究

摘要

在资源匮乏、能源短缺的今天，餐厨垃圾、牛粪等有机废弃物因其的有效处理不仅能减小环境污染，保护人类健康，更能产生沼气等可再生能源以缓解能源问题，而越来越受到重视。国内外的学者通过研究发现有机物混合后的联合厌氧发酵效果往往比单一物料的发酵效果好，而根据不同原料的特性进行混合厌氧发酵则可能弥补单一原料发酵的缺陷。目前关于餐厨垃圾的研究集中于湿式发酵，产生大量的沼液，不仅浪费水资源，同时造成沼液处理困难。本课题以餐厨垃圾、废弃果蔬与牛粪混合厌氧发酵，采用高浓度半干式中温发酵工艺，减少水的用量同时降低沼液产量，用正交试验的方法，研究餐厨垃圾、牛粪和废弃果蔬在不同配比情况下的厌氧发酵特性，为未来厨余垃圾的工程化处理提供试验基础。
　　经研究，发现:
　　(1)当餐厨垃圾与牛粪（以质量计）以1∶4、2∶3、3∶2、4∶1进行厌氧发酵时，餐厨垃圾含量较高时，达到3∶2时，发酵料液的pH值下降较快且不能自行恢复，厌氧发酵无法顺利进行;当餐厨垃圾含量下降，厌氧发酵能够顺利进行，且产气量较高，因此，试验中餐厨垃圾与牛粪的比例不大于2∶3。
　　当餐厨垃圾与牛粪混合按TS取15％、16.5％、18％，餐厨/牛粪（以TS计）取1/4、7/18、9/16，沼液添加量20％、30％、35％进行正交试验时，整个厌氧发酵过程当中主要利用乙酸，其次为丁酸产甲烷。对于餐厨垃圾与牛粪半干式混合厌氧发酵最佳工艺条件为:餐厨∶牛粪质量比=1∶4、TS=15％、沼液=35％。
　　餐厨垃圾+果蔬+牛粪混合体系进行厌氧发酵时，甲烷菌主要利用丁酸，其次为乙酸。果蔬废弃物的添加不利于水解产酸步骤的进行，并且降低了系统的稳定性，对于餐厨垃圾和果蔬与牛粪半干式混合厌氧发酵最佳工艺条件为:餐厨垃圾和果蔬∶牛粪=1∶4、TS=16.5％、沼液=35％。
　　(2)试验发现混合物料的配比对发酵效果的影响最大。具有相同混合配比的组产气规律相似，pH变化较一致，且有相近的平均甲烷含量。随着餐厨垃圾的比例增大，平均甲烷含量随之下降，料液的pH值下降速度增快。较高浓度的TS时，累积产气量增长较慢，厌氧发酵启动较慢，同时，高浓度发酵料液较易酸化不利于发酵的进行。沼液的添加量对平均甲烷的含量有显著的影响，较高的沼液添加量具有较好的发酵产气效果。
　　(3)本试验厌氧发酵周期为45天，TS为15％-18％，C/N为20左右，此时沼气产量达到312.84mL/gVS，甲烷产量达到145mL/gVS，餐厨垃圾VS的降解率达到39.91％。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 餐厨垃圾的成份特征及其处理现状

1．2．1 餐厨垃圾的成份及特征

1．2．2 餐厨垃圾处理国内外相关法规

1．2．3 餐厨垃圾资源化处理研究现状

1．3 研究课题的提出

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究目的及意义

1．3．3 研究的主要技术路线

2 试验方法与试验材料

2．1 试验方法

2．1．1 试验方案设计

2．1．2 试验过程中指标的监测安排

2．2 试验材料与装置

2．2．1 试验原料

2．2．2 试验装置

2．3 验仪器与设备与试剂

2．4 常规指标分析测试方法

2．4．1 TS、VS的测定

2．4．2 总氮含量的测定

2．4．3 碳含量的测定

2．4．4 PH值测定

2．4．5 甲烷和二氧化碳含量的测定

2．4．6 VFAs测定

2．4．7 产气量的测定

2．5 混合发酵原料C／N及TS含量计算方法

3 实验结果与讨论

3．1 餐厨垃圾与牛粪混合半干式厌氧发酵单因素试验结果与讨论

3．1．1 发酵周期中pH值变化

3．1．2 发酵周期中VFAs含量变化

3．1．3 发酵周期中产气情况及甲烷产率的变化

3．1．4 有机物降解情况

3．1．5 不同配比混合发酵产气效果比较

3．1．6 小结

3．2 餐厨垃圾与牛粪半干式混合发酵优化试验结果与讨论

3．2．1 pH、VFAs、产气量等参数随发酵周期变化情况

3．2．2 发酵前后有机物降解情况

3．2．3 优化实验结果与讨论

3．2．4 小结

3．3 餐厨垃圾和废弃果蔬与牛粪混合半干式发酵实验结果与讨论

3．3．1 发酵周期中pH值、VFAs含量变

3．3．2 发酵周期中产气情况及甲烷含量的变化

3．3．3 发酵前后有机物降解情况

3．3．4 结果与讨论

3．4 小结

4 餐厨垃圾与不同物质混合半干式厌氧发酵效果评价

4．1 不同混合体系产气效果对比

4．2 不同混合体系发酵料液物质变化

5 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

参考文献