杭州市餐厨垃圾现状调查及其厌氧沼气发酵可行性研究

论文摘要

随着我国城市人民生活水平的提高,餐厨垃圾的产生量迅速增加。近年来,我国餐厨垃圾的年清运量已达5000万吨以上,各大主要城市的餐厨垃圾日产生量均在1000吨以上。由于缺乏适宜的处理处置技术,我国餐厨垃圾引发的“泔水油”、“泔水猪”以及城乡环境卫生和环境污染问题日益严重,亟待解决。另一方面,餐厨垃圾有机质含量极高,营养成分丰富,配比均衡,是理想的厌氧沼气能源化基质。利用餐厨垃圾厌氧发酵获得能源物质,对于解决我国日益严重餐厨垃圾环境污染问题与能源危机具有十分重要的现实意义。本文以杭州市为例,对杭州市餐厨垃圾现状进行问卷调查,掌握杭州市餐厨垃圾产生、收运以及处置现状,并对典型餐厨垃圾的理化性质进行分析;通过餐厨垃圾厌氧发酵试验,对餐厨垃圾厌氧沼气发酵条件和发酵过程中的微生物种群结构进行了初步研究,为进一步揭示餐厨垃圾厌氧沼气发酵微生物学机理,提升反应器产甲烷效率奠定了基础。具体的结果如下:通过问卷调查形式对杭州市上城区、下城区、拱墅区、西湖区以及西湖风景区进行餐厨垃圾现状调查。调查发现,杭州市餐厨垃圾年产生量达到27.14万吨,82.60%的餐厨垃圾用于饲养牲口,仅9%由环卫部门统一收运进行安全处置;目前杭州市餐厨垃圾分类收集率为55.73%,餐厨垃圾专用车辆收运率不到18%。结果表明,杭州市餐厨垃圾产生量大,分类收集率低,清运设施简陋,餐厨垃圾主要用于喂猪,存在严重的环境卫生与食品安全隐患。对浙江大学华家池、西溪、玉泉、紫金港等四个校区的食堂餐厨垃圾进行了分析。结果表明,浙江大学各校区食堂餐厨垃圾粗蛋白、总淀粉、粗脂肪含量的变化范围分别为13.50%～24.25%、14.59%～54.90%、15.76%～35.04%,而粗纤维含量在4.12%以内;进一步分析表明,餐厨垃圾中VS含量达到20%～30%,C/N在9～21之间,是较为理想的厌氧沼气发酵基质,厌氧沼气能源化利用可作为当前杭州市餐厨垃圾处理处置优先选择的技术手段。在实验室条件下对餐厨垃圾高温厌氧沼气发酵条件和发酵过程微生物进行了初步研究。研究表明,在机械破碎预处理、物料浓度为15g VS/L、接种30%v/v污泥、55℃高温等条件下,餐厨垃圾甲烷转化率最大,可达到0.4571L CH4/gVS。在此基础上,利用PCR-DGGE与Hungate厌氧滚管计数等微生物学手段,对最佳工艺条件下发酵过程微生物生态进行了研究。发现餐厨垃圾厌氧发酵过程中微生物种群演替规律明显,但产甲烷菌数量与产甲烷速率之间未发现明显的相关性。以上研究为进一步揭示餐厨垃圾厌氧沼气发酵微生物学机理与提升反应器产甲烷效率提供了方向。综上所述,本文通过杭州市餐厨垃圾现状调查发现了餐厨垃圾资源化技术工程应用的潜在市场;通过针对餐厨垃圾理化性质进行的厌氧发酵实验,探讨了餐厨垃圾厌氧沼气发酵工艺控制条件及其微生物学机理,并对餐厨垃圾厌氧发酵技术的可行性,为餐厨垃圾厌氧沼气发酵工程化应用研究提供了依据。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 选题背景
• 1.2 餐厨垃圾处理处置现状
• 1.3 餐厨垃圾资源化技术
• 1.3.1 堆肥化
• 1.3.2 饲料化处理
• 1.3.3 厌氧能源化
• 1.4 餐厨垃圾厌氧沼气发酵研究进展
• 1.4.1 预处理技术的研究
• 1.4.2 餐厨垃圾产气能力的研究
• 1.4.3 工艺条件的研究
• 1.5 目的、意义和方法
• 1.5.1 目的与意义
• 1.5.2 方法
• 第二章 杭州市餐厨垃圾现状调查
• 2.1 概述
• 2.2 问卷调查设计与方法
• 2.2.1 调查问卷设计
• 2.2.2 问卷调查范围
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 杭州市餐厨垃圾产生现状与预测分析
• 2.3.2 杭州市餐厨垃圾收运现状分析
• 2.3.3 杭州市餐厨垃圾处置收费情况分析
• 2.3.4 杭州市餐厨垃圾处理处置设施现状及水平
• 2.4 餐厨垃圾现状中存在的问题与相关建议
• 2.4.1 餐厨垃圾现状中存在的问题
• 2.4.2 相关建议
• 2.5 本章小结
• 第三章 浙江大学餐厨垃圾理化特性分析
• 3.1 引言
• 3.2 采样与制样
• 3.2.1 采样
• 3.2.2 制样
• 3.3 物理性质
• 3.3.1 物理组分
• 3.3.2 含水率与挥发性固体含量
• 3.4 主要有机成分含量
• 3.5 元素分析
• 3.5.1 主要营养元素含量
• 3.5.2 重要元素含量
• 3.6 餐厨垃圾资源化途径比较与选择
• 3.6.1 餐厨垃圾性质与资源化途径
• 3.6.2 资源化途径经济性分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 餐厨垃圾厌氧发酵工艺初探
• 4.1 引言
• 4.2 实验方法
• 4.3 实验结果与分析
• 4.3.1 菌种的筛选与驯化
• 4.3.2 预处理条件
• 4.3.3 餐厨垃圾厌氧发酵工艺优化
• 4.4 餐厨垃圾厌氧发酵结果比较
• 4.5 本章小结
• 第五章 餐厨垃圾厌氧沼气发酵过程的变化分析
• 5.1 引言
• 5.2 试验方法
• 5.3 实验设计
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 餐厨垃圾厌氧发酵微生物多样性差异分析
• 5.4.2 DGGE图谱主成分分析（PCA）
• 5.4.3 餐厨垃圾主要厌氧沼气发酵微生物数量变化
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献:
• 攻读硕士期间发表及撰写的相关学术论文与专利