餐厨垃圾与污泥共消化工艺中产甲烷菌丰度及对工艺效果的分析

摘要

污泥和餐厨垃圾高温厌氧共消化产甲烷是一种发展前景广阔的废物资源化方式。餐厨垃圾和污水厂污泥共消化产甲烷的过程中，PH、氨氮、VFA等因素影响着产甲烷菌的活性，进而影响了工艺产甲烷的速率和效率。发酵底物经脱氮工艺处理后可有效降低产甲烷菌受到的抑制作用，相关研究目前还主要停留在宏观控制方面，涉及消化过程中产甲烷菌丰度变化及其与工艺效果、工艺参数的分析较少。在脱氮工艺及前人研究结果的基础上，本课题改变了二次发酵的工艺参数，优化了FISH相对定量技术的实验条件，对消化过程中产甲烷菌的丰度变化及对工艺参数和效果进行分析，研究表明：
　　（1）一级静态发酵时，餐厨垃圾和污水厂污泥按照不同TS比混合时，发酵过程中产甲烷菌丰度变化趋势一致，最终达到稳定状态时产甲烷菌丰度均在12.5％左右。同一阶段时，随着混合比的增加，产甲烷菌丰度并没有呈现相关性的变化。PH、VFA是影响发酵过程中产甲烷菌丰度的最主要因素。
　　（2）二次发酵时，各混合比下，一级反应器的出料经脱氮处理后，二级反应器中产甲烷菌丰度显著增加，最高时可达一级反应器的3倍左右。而混合比一定时，随着二级反应器中投配率的增大，产甲烷菌的丰度没有呈现相关性的变化。
　　（3）各混合比最佳投配率下产甲烷菌丰度及对工艺效果的分析表明，达到稳定状态时，在混合比1：3，二级反应器投配率为14%的工况下，产甲烷菌活性最高，但有机物去除效果并非最佳；混合比1：4，投配率为16%时，产甲烷菌活性较高，数量较多，工艺运行效果较佳，稳定时间短；混合比1：5，投配率16%时，VFA浓度达到4610mg/L，工艺的产甲烷性能受到抑制。氨氮是影响三种工况下产甲烷菌活性的最主要因素。
　　（4）本课题中最佳工况为：混合比1：4，二级反应器投配率为16%。该工况下产甲烷的环境条件适宜，PH、氨氮、VFA分别为8.07、2050mg/L、633.8mg/L；产甲烷菌活性相对较高，产甲烷菌丰度为39.1%；工艺效果较佳，VS去除率、甲烷日产量、SCODCr分别为51.4%、8140mL、9562mg/L；达到稳定所需的时间短，仅需65d左右。

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第一章 绪 论

1.1研究背景

1.2污水厂污泥与餐厨垃圾共消化产甲烷的特性

1.3国内外研究进展

1.4产甲烷微生物研究

1.5研究意义

1.6研究内容及技术路线

第二章 实验装置和工艺流程

2.1实验装置

2.2工艺流程

第三章 产甲烷菌丰度测定方法的确定

3.1 FISH技术的特点

3.2 FISH技术的应用进展

3.3 荧光原位杂交技术的优化

3.4 本章小结

第四章 一次发酵的产甲烷菌丰度研究

4.1 一级静态发酵实验

4.2 各混合比下产甲烷菌丰度变化

4.3 产甲烷菌丰度与环境条件的关系

4.4 本章小结

第五章 二次发酵各混合比产甲烷菌丰度及工艺效果的研究

5.1 实验设计

5.2 混合比1：3条件下产甲烷菌丰度及工艺效果研究

5.3 混合比1：4条件下产甲烷菌丰度及工艺效果研究

5.4 混合比1：5条件下产甲烷菌丰度及工艺效果研究

5.5本章小结

第六章 二次发酵最佳工况下产甲烷菌丰度及工艺效果的分析

6.1 各混合比最佳投配率下产甲烷菌丰度比较

6.2 各混合比最佳投配率下的工艺效果

6.3 最佳工况下产甲烷微生物的FISH图像

6.4 本章小结

第七章 结论与建议

7.1 结论

7.2 建议

参考文献

致谢

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