城镇有机垃圾两相发酵工艺优化研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 赵玉中 |
| 答辩日期 | 2016-05 |
| 文献子类 | 硕士 ; 学位论文 ; 硕士 ; 学位论文 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 郭荣波 ; 杨智满 |
| 关键词 | 生活垃圾 秸秆 两相发酵 产氢产甲烷 微氧处理 |
| 学位专业 | 生物工程 |
| 英文摘要 | 在我国的新城镇化建设过程中，新城镇化区域内以生活垃圾、农业秸秆为主的废弃物的处理问题是一大难题。本论文旨在通过优化两相厌氧发酵工艺提升城镇化区域有机废弃物的处理效果，探究底物浓度、产氢相周期、有机生活垃圾与秸秆的配比以及微好氧和高温预处理对两相发酵效果的影响，同时重点对产氢相的微氧处理工艺进行了深入研究与优化。通过本研究，希望建立高效稳定的两相发酵处理工艺，以期为新城镇化建设中的废弃物处理问题提供技术支撑。本研究主要包括4个部分： 首先，对有机生活垃圾、脱水污泥、禽畜粪便和餐厨垃圾组成的混合底物以及只包含有机生活垃圾的单一底物分别进行4%TS(总固体含量，Total Solid)和6%TS的两相发酵实验。发现通过在产氢相起始时将各实验组的pH调至5.5~6，虽然产氢量较低，但可以获得很好的VFA(挥发性脂肪酸，Volatile Fatty Acid)转化效果。单一底物的产氢量优于混合底物；4%TS实验组的产氢量、VFA累积量、VS(挥发性固体含量，Volatile Solid)降解率、甲烷产量均高于6%TS实验组。两相发酵的甲烷产量及产甲烷速率明显高于对照组的单相发酵。4%TS产氢相进行1.5 d的实验组获得了最高的累积甲烷产量(441.96mL/gVS)，比相应的单相发酵的累积甲烷产量(311.15 mL/gVS)提高了42.04%。综合来看，4%TS产氢相进行1.5 d的两相发酵总体效果是最好的。 其次，以城镇有机生活垃圾为底物，在发酵试验起始阶段向反应体系一次性通入不同浓度氧气(0,5,10,20 mL/gVS)，探究微氧处理对两相发酵联产氢气甲烷的影响。研究发现，通入5 mL/gVS氧气的试验组获得了最高的氢气产量(72.23 mL/gVS)，较未处理组提高了45.51%；虽然通入5 mL/gVS氧气的试验组也获得了最高的甲烷产量(380.35 mL/gVS)，但相比其他试验组并无明显提高。从整体来看，通入5 mL/gVS氧气的试验组获得了最高的VS降解率(75.66%)和最高的能量回收率(72.76%)，比未处理组分别提高了(5.70±0.85)%和(5.33±0.66)%。试验证明，适量的微氧处理(5 mL/gVS)可以提高城镇生活垃圾两相发酵联产氢气甲烷的产能效果。 对有机生活垃圾与秸秆按TS比0:1、1:1、2:1、4:1、1:0配比的物料进行两相发酵试验。TS比2:1实验组获得了最好的产酸效果。同时，其累积甲烷产量只比1:0实验组稍低，说明2:1是一个合适的比例。进一步对2:1实验组进行150℃高温预处理2 h的实验，发现高温预处理使底物中的可溶性糖、可溶性蛋白、SCOD(可溶性化学需氧量，Soluble Chemical Oxygen Demand)等都有了较大幅度的增长，分别增长了36.28%、29.44%、69.75%。高温预处理实验组产氢相的pH与丙酸含量始终低于未处理组，可见高温预处理实验组的底物降解率更高，发酵体系更稳定。虽然高温预处理会延滞氢气的产生，但最终的氢气产量提高了92.16%。通过分析产甲烷数据，发现高温预处理虽没有提高甲烷累积产量，但有助于缩短产甲烷相的发酵周期。 对秸秆两相发酵的产氢相通入总量为0、1、2、4、8 mL/gVS的氧气，产氢相进行5 d，氧气平均分5次每天定时通入，探究间歇式通氧工艺对两相发酵的影响。发现提供1mL/gVS氧气的实验组获得了最高的VFA累积量(2454.01 mg/L)、最高的累积氢气产量(10.34 mL/gVS)及最高的累积甲烷产生量(284.51 mL/gVS)，分别较未通氧的实验组提高了15.09%、14.25%、12.55%。通过对产甲烷数据进行修订的Gompertz方程拟合分析，发现微氧处理可提高产甲烷相的产气速率，但超过最适通氧量后，过量的氧又会抑制产气速率。通氧对延滞期影响不大，但适量的通氧可以明显缩短发酵周期。实验证明，适当的间歇式通氧是一种有效提高两相发酵效果的工艺。 |
| 学科主题 | 厌氧发酵 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2020-06-30 |
| 源URL | [http://ir.qibebt.ac.cn/handle/337004/9788]  |
| 专题 | 青岛生物能源与过程研究所_生物制氢与沼气团队 |
| 作者单位 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 赵玉中. 城镇有机垃圾两相发酵工艺优化研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2016. |
入库方式： OAI收割
来源：青岛生物能源与过程研究所
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