餐厨垃圾厌氧发酵产挥发性脂肪酸的研究

《餐厨垃圾厌氧发酵产挥发性脂肪酸的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文餐厨垃圾厌氧发酵产挥发性脂肪酸的研究STUDYONVOLATILEFATTYACIDPRODUCTIONFROMFOODWASTEANAEROBICFERMENTATION吴清莲哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：X703学校代码：10213国际图书分类号：628.1密级：公开工学硕士学位论文餐厨垃圾厌氧发酵产挥发性脂肪酸的研究硕士研究生：吴清莲导师：郭婉茜教授申请学位：工学硕士学科：环境科学与工程所在单位：市政环境工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:X703U.D.C:628.1Dissertationforth

2、eMasterDegreeinEngineeringSTUDYONVOLATILEFATTYACIDPRODUCTIONFROMFOODWASTEANAEROBICFERMENTATIONCandidate：WuQinglianSupervisor：Prof.GuoWanqianAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：EnviromentalScienceandEngineeringAffiliation：SchoolofMuni.&Envir.Eng.DateofDefence：June,2015Degree-Conf

3、erring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士论文摘要随着人口的日益增长和人类生活水平的不断提高，难以避免地产生了大量餐厨垃圾，若不对其进行合适的处理处置则会严重危害环境安全和人类健康。另外，对化石能源的过度开采和利用引发了越来越突出的能源危机和环境污染问题，人类对开发可再生能源表现出空前的热情和渴望。餐厨垃圾被证实是厌氧发酵的理想底物，其产生的挥发性脂肪酸（VFA）具有广阔的利用空间。利用餐厨垃圾厌氧发酵回收VFA，可以同时实现处理废弃物和生产新能源的双重目标，有利于缓解21世纪的环境污染和能源危机。然而，较低的VFA产

4、量制约了此技术的实际生产。本文主要从提高餐厨垃圾水解效率、抑制产甲烷菌活性以及优化产VFA过程的影响因素三方面解决此问题。首先，通过选择合适的预处理方式来提高餐厨垃圾的水解效率。优化了超声和酸单独预处理以及超声-酸联合预处理的操作条件，并考察了这三种预处理对VFA产量的影响。研究结果表明：单独超声预处理的优化条件为超能量密度1W/mL和超声时间20min；单独酸预处理的优化条件为pH2和处理20h；响应曲面法（RSM）获得超声-酸预处理的优化条件为超声能量密度1.13W/mL和pH1.43。此时这三种预处理取得的破解度分别为57.38%、46.90%和69.52%，VFA产量分别为976.

5、12、115.68和418.94mgCOD/gVS，说明酸和超声-酸预处理不利于后续的厌氧发酵提高VFA产量。因此选择超声作为餐厨垃圾的预处理方式，预处理条件为：超声能量密度1W/mL和超声时间20min。然后，针对发酵过程中产甲烷菌消耗VFA造成VFA产量降低的问题，本文提出通过调整底物与接种物之比（S/I）的方式解决，利用系统形成的缓冲能力将pH维持在有利于底物水解酸化同时抑制甲烷化的范围。在序批式发酵实验中，超声预处理后的餐厨垃圾在S/I为6时获得的VFA产量（976.12mgCOD/gVS）和VFA/SCOD（72.27%）均远高于其他S/I和未预处理时的情况。这主要归因于超声预处

6、理提高了底物的水解效率，同时优化的S/I将pH维持在5.3-6.4的范围，有利于底物的进一步水解，且能抑制甲烷的产生。因此，将超声预处理的餐厨垃圾调整S/I为6进行厌氧发酵能有效地提高VFA产量。最后，设置半连续流实验以考察通过超声预处理和优化S/I来提高VFA产量的方法在VFA半连续生产中的可行性。用RSM获得了优化的运行条件：S/I为5、温度（T）为40℃、固体停留时间（SRT）为7d以及有机负荷率（OLR）为9gVS/Ld，此优化条件下获得了较高的VFA产量（867.42mgCOD/gVS）和VFA/SCOD（88.65%）。对发酵过程中溶解性有机物浓度的测定和三维荧光I哈尔滨工业大

7、学工学硕士论文光谱分析均显示优化条件提高了有机物的水解效率。并且发酵过程获得了较低的甲烷产量20.56ml/gVS，仅为理论产量的5.34%，说明此时产甲烷菌的活性被有效抑制。这主要归因于发酵过程中氨氮释放提供了较高的碱度，同时发酵液的定时输出和新鲜底物的定时输入中和了降低的pH，使其维持在5.2-6.4的范围，该pH范围被证实有利于有机物的水解酸化同时能抑制甲烷化的发生。碳平衡分析也表明，优化条件下有机底物能被充分和高