城市生活垃圾单基质厌氧消化研究

论文摘要

厌氧消化作为一种能够回收能源的有机废物处理方法受到越来越多的关注。在厌氧消化系统中,发酵细菌最主要的利用基质是碳水化合物、脂肪和蛋白质。不同基质组成的可生化垃圾其厌氧消化也呈现出完全不同的特性,因此有必要对各单基质的厌氧消化特性进行研究。本文分别选取米饭、芹菜为碳水化合物,黄豆和肥肉为蛋白质和脂肪的代表物质,对这四种物质的厌氧消化进行了较系统的实验室规模的试验分析,研究了四种物质的单独中温厌氧消化、单独高温厌氧消化以及四种物质的混合中、高温厌氧消化,并且在温度一定时进行了对消化进程控制pH和不控制pH的对比试验,对试验结果进行了系统的分析探讨,初步总结出各物质在不同的条件下厌氧消化性能的差异。通过各物质中温厌氧消化的对比试验探讨其在中温条件下消化的特性,试验结果表明:①米饭在中温条件下具有很快的水解速度,酸化迅速,如果在消化过程中没有进行pH调控,消化则只能停留在产酸阶段;②黄豆在中温条件下消化不完全,两个对比消化罐均未进入产甲烷阶段,并且消化过程中的氨氮浓度和挥发性脂肪酸(VFA)浓度均在四种物质的消化过程中最高;③芹菜在中温条件下具有较好的消化效果,两个对比消化罐均进入了产甲烷阶段,消化完全,但调节消化进程的pH值可以加快消化速度,使其较快的进入产甲烷阶段;④肥肉在中温条件下体现出了四种基质中最大的产气和产甲烷能力,产甲烷阶段累积产气量高达13758ml,占总产气量的93.59%。各物质的高温厌氧消化对比试验体现出其与中温消化不同的性能,结果表明:①米饭在高温条件下水解速度相对更慢,同时在高温消化过程中两个对比消化罐均没有进入产甲烷阶段;②黄豆在高温条件下消解更完全;③芹菜在高温条件下如果对消化进程不进行pH调节则会导致消化失败;④在高温条件下肥肉的降解并不完全,并且对pH进行控制的消化罐其产气量反而低于没有控制的消化罐。四种基质按其各占总固含量(TS)25%的比例混合进行中温和高温厌氧消化试验结果表明,中温和高温的累积产气量分别只有3379ml和4373ml,消化结束时,其物料大部分仍呈原状,被消解的量很少。试验结果说明按每种基质各占TS25%的比例混合进行厌氧消化并不能获得较好的厌氧效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 城市生活垃圾的产生及危害
• 1.1.2 城市生活垃圾的组成成分
• 1.1.3 城市生活垃圾现有主要处理技术
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 厌氧消化影响因素研究
• 1.2.2 单基质的厌氧消化研究
• 1.3 课题的研究意义和研究内容
• 1.3.1 研究意义
• 1.3.2 研究内容
• 第2章 城市生活垃圾单基质厌氧发酵微生物原理
• 2.1 厌氧发酵过程中的微生物群落
• 2.2 非产甲烷细菌与产甲烷细菌之间的关系
• 2.3 厌氧发酵过程中基本营养型有机物的生化反应过程
• 2.3.1 碳水化合物的水解
• 2.3.2 蛋白质的厌氧生物降解
• 2.3.3 油脂的厌氧生物降解
• 2.4 影响厌氧消化过程的环境条件
• 2.4.1 酸碱度
• 2.4.2 温度
• 2.4.3 固含量（TS）
• 2.4.4 其他条件
• 第3章 试验装置及分析测试方法
• 3.1 试验装置
• 3.2 试验原料
• 3.3 常规指标分析方法
• 3.3.1 总固体的测定（TS）
• 3.3.2 挥发性固体（VS）
• 3.3.3 总有机碳（TOC）
• 3.3.4 总氮（TN）
• 3.3.5 氨氮（AN）
• 3.3.6 挥发性脂肪酸
• 3.3.7 pH值
• 3.3.8 碱度
• 3.3.9 气体成分及挥发酸组分
• 第4章 单基质中温厌氧消化研究
• 4.1 试验方案
• 4.2 试验结果及分析
• 4.2.1 米饭的中温厌氧消化
• 4.2.2 黄豆的中温厌氧消化
• 4.2.3 芹菜的中温厌氧消化
• 4.2.4 肥肉的中温厌氧消化
• 4.2.5 四种物料的有机酸成分比较分析
• 4.2.6 四种物料的产气性能比较分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 单基质高温厌氧消化研究
• 5.1 试验方案
• 5.2 试验结果及分析
• 5.2.1 米饭的高温厌氧消化
• 5.2.2 黄豆的高温厌氧消化
• 5.2.3 芹菜的高温厌氧消化
• 5.2.4 肥肉的高温厌氧消化
• 5.3 本章小结
• 第6章 各单基质混合厌氧消化研究
• 6.1 试验方案
• 6.2 试验结果及分析讨论
• 6.2.1 厌氧消化过程中的pH及日产气量变化
• 6.2.2 厌氧消化过程中的氨氮变化
• 6.2.3 厌氧消化过程中的VFA变化
• 6.2.4 厌氧消化过程中的碱度变化
• 6.3 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文