蔬菜废弃物沼气发酵工艺条件及沼气发酵残余物综合利用技术的研究

论文摘要

蔬菜废弃物产生量大,有机物和水分含量高,如果不经过合理处置会造成资源浪费和环境污染。目前,国内外研究与开发应用的蔬菜废弃物集中处理技术主要包括填埋、焚烧、堆肥、饲料化和厌氧消化技术。与其它技术相比,厌氧消化技术在有效实现蔬菜废弃物的无害化、减量化、资源化上占据优势,但利用厌氧消化技术处理蔬菜废弃物仍是一项新技术,对于其厌氧消化工艺条件的研究对蔬菜废弃物的资源化处理具有深远意义;同时厌氧消化的意义不仅仅在于其能量的回收,其残余物的综合利用也具有极为重要的意义。本课题结合上海市科委重大科技攻关项目（05dzl2010）“崇明岛生物质能循环型应用技术的研究与示范——沼气工程子课题”,通过蔬菜废弃物沼气发酵工艺参数的研究,探索蔬菜废弃物进行资源化利用的新途径,通过对沼气发酵残余物综合利用技术的研究,为有机生物肥的开发利用提供参考,实现生物质能的多层次循环利用。1.以废弃的甘蓝菜叶为发酵原料,在实验室自行设计的小型沼气发酵装置上进行了厌氧发酵试验,通过具有代表性的接种物浓度（20%,30%,50% ）、添加微量金属元素（Fe2+、Co2+、Ni2+）、反应的温度（常温,35±1℃,55±1℃）三个影响因素的试验研究结果表明,接种物浓度为30%的实验组在整个发酵期间挥发酸含量、氨态氮含量以及pH值都在正常范围内,且优于其他两组;总产气量和最高甲烷含量分别为7790.81ml和42.814%,明显高于其他两组及空白组实验。因此,接种量为30%的实验组更符合蔬菜废物厌氧发酵特性,保证系统的顺利运行。在消化基质、消化时间及其他条件相同的情况下,添加微量金属元素Fe、Co、Ni使产气量增加了37.11%,甲烷百分含量提高了40.34%,同时比不添加微量金属元素的实验组提前4d结束反应。因此,添加适量的金属离子（Fe2+、Co2+、Ni2+）可加快厌氧反应速率,对厌氧系统菌种的生长、繁殖有较大的促进作用。中温条件（35±1℃）实验组的挥发酸含量、氨态氮含量以及pH值都在正常范围内,且优于其他两组;总产气量为5892ml比高温条件（55±1℃）实验组的总产气量4136ml高出42.5%;最高甲烷含量为77.8%比高温条件（55±1℃）实验组的甲烷含量72.3%和常温实验组的甲烷含量65.3%分别高出7.6%和19.1%。因此,中温条件（35±1℃）适合于蔬菜废弃物厌氧发酵产气。2.采用田间试验方法研究了施用沼气发酵残余物不同处理对小白菜产量、品质和土壤养分含量的影响。试验结果表明:小白菜产量以施沼气发酵残余物低量处理的最高,单产为1364.31 kg/（667m2）,与对照相比增幅为23%;从品质指标来看,小白菜的维生素C含量以施沼气发酵残余物高量处理最佳,维生素C含量达35.621 mg/（100g）,比对照增加了44.948%,极显著于其他处理;小白菜的可溶性糖含量以沼气发酵残余物低量处理最好,可溶性糖含量为219.307 mg/kg,比对照增加24.032%;小白菜的硝酸盐含量以施沼气发酵残余物中量处理最低,为4.63 mg/kg,与对照的降幅为52.23%。施用沼气发酵残余物后,土壤中的速效钾、速效磷和碱解氮含量均比对照增加,且以沼气发酵残余物高量处理最好;沼气发酵残余物各处理的土壤pH值都比对照处理的低,说明其可降低土壤的碱性,使土壤pH值接近中性有积极作用,其中沼气发酵残余物高量处理的土壤pH值最低。因此,施用沼气发酵残余物可提高蔬菜的产量和品质,改善土壤的理化性质。3.通过沼液与水不同比例配比追肥的试验,研究了沼液不同施用浓度对小白菜生物学性状、产量和品质的影响。试验结果表明:沼液作为一种有机肥,其丰富的养分含量有助于改善小白菜的生物学性状,在苗期后第35d,施用沼液低量处理的小白菜的叶片宽、叶片长和叶柄长比其他各处理高,分别为50.37mm,58.17mm,26.34mm;沼液中量处理的小白菜的叶片数为9.6片,高于其他各处理。施用沼液显著提高了小白菜的产量,其中沼液高量处理产量最高,达730.921 kg/（667 m2）,增产97.74%。施用沼液明显提高了小白菜的维生素C含量和可溶性糖含量,其中以沼液中量处理最好,维生素C含量达20.48 mg（/100g）,比对照增高30.20%;可溶性糖含量为22.94 mg/kg,增幅为65.512%。施用沼液还降低了小白菜的硝酸盐含量,以沼液高量处理的降低幅度最大,硝酸盐含量为44.627 mg/kg,降幅为13.85%。该研究为沼液作为肥料生产无公害蔬菜提供了参考。4.通过室内药效测定和盆栽药效试验,利用菜青虫（Pieris rapae L.）作为试验对象,对沼液防治菜青虫的效果进行了研究。试验结果表明,综合考虑杀虫效果和安全性,试验所用的5种药剂中,添加煤油和洗衣粉的沼液混合物（Ⅳ）是防治菜青虫最好的杀虫剂,在室内药效测定中药后24,72h菜青虫的死亡率分别为70.00%和93.33%;在盆栽药效试验中药后1,3,5,7d的防效分别为77.55%,88.35%,93.64%和96.52%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 蔬菜废弃物处理方法研究
• 1.2.2 蔬菜废弃物厌氧消化反应器的研究
• 1.3 厌氧消化处理技术概述
• 1.3.1 厌氧消化的基本原理
• 1.3.2 厌氧发酵的工艺类型
• 1.3.3 厌氧消化的工艺条件
• 1.3.4 厌氧消化技术的优点和不足
• 1.4 沼气发酵残余物的综合利用
• 1.4.1 沼气发酵残余物的主要成分
• 1.4.2 沼气发酵残余物综合利用状况
• 1.5 本论文的研究意义和主要内容
• 1.5.1 本论文的研究意义
• 1.5.2 本论文的主要研究内容
• 第二章 蔬菜废弃物沼气发酵工艺条件的研究
• 2.1 试验材料和原料性质
• 2.2 试验主要仪器
• 2.3 试验装置简介
• 2.4 测定项目与方法
• 2.4.1 总固体浓度（TS）
• 2.4.2 挥发性固体（VS）
• 2.4.3 含水率
• 2.4.4 挥发性有机酸（VFA）
• 2.4.5 氨态氮
• 2.4.6 pH 值
• 2.4.7 产气量
• 2.4.8 气体成分
• 2.4.9 产气率
• 2.5 数据分析方法
• 2.6 接种物对蔬菜废弃物厌氧发酵的影响研究
• 2.6.1 引言
• 2.6.2 接种物
• 2.6.3 试验设计
• 2.6.4 结果与分析
• 2.6.5 小结
• 2.7 微量元素对蔬菜废弃物厌氧发酵的影响研究
• 2.7.1 引言
• 2.7.2 接种物驯化
• 2.7.3 试验设计
• 2.7.4 结果与分析
• 2.7.5 小结
• 2.8 温度对蔬菜废弃物厌氧发酵的影响研究
• 2.8.1 引言
• 2.8.2 接种物
• 2.8.3 试验设计
• 2.8.4 结果与讨论
• 2.8.5 小结
• 第三章 沼气发酵残余物作基肥对小白菜产量、品质及土壤养分含量的影响
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 供试材料
• 3.2.2 试验设计
• 3.2.3 测试项目与方法
• 3.3 数据分析方法
• 3.4 结果与分析
• 3.4.1 不同施肥处理对小白菜产量的影响
• 3.4.2 不同施肥处理对小白菜品质的影响
• 3.4.3 不同施肥处理对土壤养分含量的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 沼液追肥对小白菜生物学性状、产量和品质的影响
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 供试材料
• 4.2.2 试验设计
• 4.2.3 田间调查和室内分析测定
• 4.3 数据分析方法
• 4.4 结果分析
• 4.4.1 不同沼液施用浓度对小白菜生物学性状的影响
• 4.4.2 不同沼液施用浓度对小白菜产量的影响
• 4.4.3 不同沼液施用浓度对小白菜品质的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 施用沼液防治菜青虫的试验研究
• 5.1 引言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 供试作物与防治对象
• 5.2.2 供试药剂
• 5.2.3 试验方法
• 5.3 数据分析方法
• 5.4 结果与分析
• 5.4.1 菜青虫室内药效测定结果分析
• 5.4.2 菜青虫盆栽药效试验结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 主要结论
• 6.2 存在的问题与建议
• 参考文献
• 附录Ⅰ
• 附录Ⅱ
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 上海交通大学学位论文答辩决议书