不同温度对餐厨垃圾酸化及其产物甲烷化的影响研究

摘要

餐厨垃圾两相厌氧消化具有更高的稳定性和抗负荷冲击能力，是实现餐厨垃圾无害化、资源化的一种重要技术手段。挥发性脂肪酸(VFAs)作为水解酸化产物，是产甲烷菌利用的反应基质，其含量和组成直接影响后续甲烷化阶段，其中，温度对水解酸化阶段代谢产物具有很大影响。
　　 论文通过9代富集培养，获得中温(35℃)、高温(55℃)和超高温(70℃)下可快速稳定对餐厨垃圾进行水解酸化的产酸复合菌系，以其为各自温度水解酸化接种物，比较分析餐厨垃圾水解酸化代谢产物差异并考察调控反应因子（初始pH、进料负荷、反应时间和接种体积）对超高温(70℃)水解酸化阶段的影响，利用响应曲面(RSM)方法对三个温度下餐厨垃圾水解酸化产酸性能进行优化的同时以餐厨垃圾不同温度下酸化产物为反应基质进行各自温度和中温甲烷化过程，以评价酸化产物甲烷化转化效果。
　　 结果表明三个温度下接种富集培养后产酸复合菌系均能提高餐厨垃圾水解酸化阶段总VFAs含量，其提高量分别是对照组的11.56、5.35和5.87倍;温度对餐厨垃圾水解酸化产物有显著影响，其中从总VFAs含量上看，中温(35℃)条件下总VFAs含量最高，为20383.29mg·L-1，分别比高温(55℃)和超高温(70℃)的总VFAs含量高45.02％和76.08％;从总VFAs组成上看，中温(35℃)乙醇含量最高，高温(55℃)丁酸含量最高，高温(55℃)和超高温(70℃)异丁酸含量较高;超高温下，调控反应因子可以引起水解酸化总VFAs含量的变化，通过响应曲面法(Response Surface Methodology，RSM)拟合了三个温度下以总VFAs含量为因变量（响应值），以初始pH、进料负荷、反应时间、接种体积为自变量的二阶多项式模型，其中，35℃和70℃下的模型能较好的描述VFAs含量与四个因子之间变化关系，校正复相关系数分别为0.9701和0.9786，而55℃下模型显著，但校正复相关系数仅为0.8935;不同温度下四个反应因子对出料总VFAs的影响不同，35℃和55℃下，进料负荷＞接种体积＞反应时间＞初始pH，70℃下，接种体积＞进料负荷＞反应时间＞初始pH，超高温下餐厨垃圾水解酸化阶段受微生物影响较大;不同温度餐厨垃圾水解酸化在各自温度甲烷化阶段消耗单位VS产气量以55℃最高，为689.30mL·g-1，分别比35℃和70℃高18.68％和102.14％，中温甲烷化阶段消耗单位VS产气量以55℃酸化出料最高，为593.79mL·g-1，分别比35℃和70℃高13.37％和16.73％，55℃酸化-55℃甲烷化工艺可获得更高的消耗单位VS产气量，缩短厌氧消化时间并且使产气中甲烷含量快速上升至70％左右。试验结果可为餐厨垃圾厌氧消化工艺的选择和参数设定提供基础数据支撑和参考。

目录

声明

学位论文数据集

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 餐厨垃圾产生与处理现状

1．1．1 餐厨垃圾产生、特性及危害

1．1．2 餐厨垃圾处理处理现状

1．2 餐厨垃圾厌氧消化产沼气技术

1．2．1 厌氧消化理论发展

1．2．2 厌氧消化过程物质转化规律

1．2．3 厌氧消化影响因素

1．3 论文研究目的和技术路线

1．3．1 研究目的

1．3．2 技术路线

第二章 不同温度餐厨垃圾产酸复合菌系的富集培养

2．1 试验材料与方法

2．1．1 试验材料

2．1．2 试验装置与方法

2．1．3 分析指标与方法

2．2 试验结果与讨论

2．2．1 不同接种物对餐厨垃圾水解酸化阶段的影响

2．2．2 微生物群落结构和分析

2．3 小结

第三章 不同温度下产酸复合菌系水解酸化试验

3．1 试验材料与方法

3．1．1 试验材料

3．1．2 试验装置与方法

3．1．3 分析指标与方法

3．2 试验结果与讨论

3．2．1 产气量及气体成分变化

3．2．2 VFAs随时间的变化趋势

3．2．3 pH随时间的变化趋势

3．3 小结

第四章 调控因子对餐厨垃圾超高温产酸代谢规律的影响

4．1 试验材料与方法

4．1．1 试验材料

4．1．2 试验装置和方法

4．1．3 分析指标与方法

4．2 试验结果与讨论

4．2．1 pH对超高温餐厨垃圾水解酸化阶段的影响

4．2．2 OLR对超高温餐厨垃圾水解酸化阶段的影响

4．2．3 反应时间对超高温餐厨垃圾水解酸化阶段的影响

4．2．4 接种体积对超高温餐厨垃圾水解阶段的影响

4．3 小结

第五章 不同温度下餐厨垃圾产酸优化

5．1 试验材料与方法

5．1．1 试验材料

5．1．2 试验装置和方法

5．1．3 分析指标与方法

5．2 试验结果与讨论

5．2．1 预测模型的建立及方差分析

5．2．2 等值线图和响应面图

5．2．3 模型的优化与验证

5．3 小结

第六章 强化水解酸化后餐厨垃圾甲烷化效率评价

6．1 试验材料与方法

6．1．1 试验材料

6．1．2 试验装置和方法

6．1．3 分析指标与方法

6．2 各自温度甲烷化试验结果分析与讨论

6．2．1 日产气量及累积产气量分析

6．2．2 甲烷体积分数及产量分析

6．2．3 甲烷化出料性质分析

6．3 中温条件甲烷化试验结果分析与讨论

6．3．1 日产气量及累积产气量分析

6．3．2 甲烷体积分数及产量分析

6．3．3 甲烷化出料性质分析

6．4 小结

第七章 结论和展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的论文

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