餐厨废弃物产氢产甲烷梯度发酵试验研究

摘要

餐厨废弃物是对环境构成危害的污染物质，将其资源化利用对净化环境和缓解能源紧缺都具用重要意义。以餐厨废弃物作为厌氧发酵的原料，先后对其进行产氢和产甲烷两步发酵处理。具体流程为:具体流程为:首先，餐厨废弃物经过一定的处理后与产甲烷相流出的沼液混配到指定浓度，先进入产氢发酵罐进行产氢发酵;然后，将从产氢相流出的料液直接输送至产甲烷相，继续进行厌氧发酵;最后产甲烷相流出的沼液与餐厨废弃物按照一定比例混配再作为产氢相的发酵原料。如此循环，构成了两相连续产氢产甲烷发酵系统，以实现对餐厨废弃物进行梯度利用的目的。此外，本论文还选用了三种不同处理方式对回用沼液进行预处理，然后再与餐厨废弃物混合发酵，考察三种不同预处理方式对发酵过程中各参数的影响。本论文得到的主要结论如下: (1)在批式试验中，当沼液与餐厨废弃物按照1∶3(TS∶TS)混合进行产氢发酵时，可以获得较高的VS产气率和较好的有机酸组分。此时，VS产氢率为50-58mL/g，发酵液中总有机酸中乙酸+丁酸的比例在80％以上。在半连续试验中，水力停留时间(HRT)为2d时，系统可以完成15天连续产氢。平均VS产氢率为39.59mL/g，总酸浓度为13220mL/g，其中乙酸+丁酸的含量为82.45％。 (2)沼液比餐厨废弃物为1∶3(TS∶TS)的条件下，不同预处理方式的沼液与餐厨废弃物混合进行发酵。结果表明，超声处理组的VS产氢率最高为64mL/g，其次是热处理组58mL/g。而曝气处理组和未处理组的产氢率较低，分别为52mL/g和47mL/g且伴有少量甲烷气体生成。四组试验的总酸含量不同，但均在10g/L以上。总酸浓度的高低次序依次是:超声波处理＞热处理＞曝气处理＞未处理沼液。 (3)在对预处理沼液进行半连续试验时，设置不同HRT，分析对产氢性能的影响。结果表明，HRT为2d和3d时均表现较好，要明显高于HRT为4d时的产气率。不同的是，超声波处理组的VS产氢率表现明显高于其它处理组，当HRT为2d时平均VS产氢率在49mL/g以上，好于其它处理组。 (4)在两相连续试验中，获得的最优参数为:产氢相HRT为2d，产甲烷相的HRT为50d。1g挥发性固体（以餐厨废弃物计）经过本试验中两相连续产氢产甲烷发酵后，可以产生49mL的氢气和554mL甲烷气体，固总有价值气体体积为603mL。而直接将餐厨废弃物作为产甲烷发酵的原料，同等条件下仅可以获得561mL甲烷气体。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究背景

1．2 H2、CH4的制取及应用

1．2．1 H2的制取及应用

1．2．2 CH4的制取及应用

1．3 餐厨废弃物处理现状

1．3．1 餐厨废弃物的特征

1．3．2 餐厨废弃物的排放量

1．3．3 餐厨废弃物的处理方法

1．4 厌氧发酵原理

1．5 餐厨废弃物的厌氧发酵

1．5．1 餐厨废弃物的单相产氢发酵

1．5．2 餐厨废弃物的单相产甲烷发酵

1．5．3 餐厨废弃物的两相产氢产甲烷发酵

1．5．4 餐厨废弃物与沼液混合发酵的梯度利用

1．6 研究的目的及意义

1．7 课题来源、研究内容及技术路线

1．7．1 课题来源

1．7．2 研究内容和技术路线

2 材料与方法

2．1 试验材料

2．1．1 试验装置

2．1．2 发酵原料及接种物

2．1．3 试验仪器及试剂

2．2 试验测定项目及方法

2．2．1 TS、VS的测定

2．2．2 pH的测定

2．2．3 产气体积及成分测定

2．2．4 有机酸醇的测定

2．2．5 氨态氮的测定

3 试验设计与方法

3．1 未处理沼液组试验设计

3．1．1 产氢相的批式试验设计

3．1．2 产氢相半连续试验设计

3．2 预处理沼液组试验设计

3．2．1 不同预处理方式介绍

3．2．2 批式试验设计

3．2．3 半连续试验设计

3．3 产甲烷相试验设计

3．4 两相连续发酵试验设计

4 结果与讨论

4．1 未处理沼液组试验结果分析

4．1．1 批式试验结果分析

4．1．2 半连续试验结果分析

4．2 预处理沼液组试验结果分析

4．2．1 预处理方法对沼液产生的影响

4．2．2 批式试验结果分析

4．2．3 半连续试验结果分析

4．3 两相连续试验结果分析

4．3．1 产甲烷相发酵参数及反应器体积的估算

4．3．2 产氢产甲烷两相连续试验结果

5 结论

致谢

参考文献

附录：缩略语中英文注释

攻读学位期间发表的学术论文