蔬菜废物两级强化水解厌氧消化实验研究

论文摘要

蔬菜废物具有产生量大、含水率高、挥发性固体含量高、易于生物降解、无毒和产生较为集中等特点,对其进行合理处置具有重要意义。而厌氧消化作为一种环境友好、经济可行的高效生物处理技术,为实现果蔬废物的减量化、资源化和无害化提供了有效途径。本研究以北京化工大学学生食堂择菜过程中产生的蔬菜废物作为研究对象,结合国家科技部863重点项目生物质垃圾厌氧消化关键技术研究（2008AA062401）,针对蔬菜废物成分复杂、非均质、非连续和半流动等特性,采用两级强化水解分路厌氧消化的技术路线,分别研究了中温条件下,基质微生物比（F／M）对蔬菜残渣酸化的影响和蔬菜汁的厌氧消化产气性能。在负荷为4gVS·L-1、6gVS·L-1和8 gVS·L-1情况下,分别考察了F/M（VS/VS）=0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0和无接种7种情况对于蔬菜残渣的影响,发现当F／M≤1.0时,反应体系以产甲烷为主,有机酸积累情况不明显；当F／M>1.0时,反应器内发生不同程度的挥发性脂肪酸积累,使反应器内产气量降低,反应器内反应以水解酸化为主。未接种的情况下,虽然在实验过程中发酵液的pH均最低,但是其挥发性脂肪酸酸浓度均较低。实验证明F／M对蔬菜残渣厌氧消化产物的影响较为显著。通过控制反应体系进料时的F／M可以影响厌氧消化反应体系的进程。在负荷为80gVS·L-1情况下,考察了F/M（VS/VS）=3.0、6.0、9.0和无接种4种情况对于蔬菜厌氧消化过程的影响,发现F／M在3.0-9.0之间变化对蔬菜残渣水解酸化反应影响不大,经过接种的体系的有机酸产量分别为13457、11624和11480 mg·L-1,均高于未接种的体系。在对蔬菜残渣进行厌氧酸化实验研究之外,又进行了蔬菜汁的序批式厌氧消化实验,以验证其产气性能并确定最佳工艺参数。通过150d蔬菜汁厌氧消化实验得出蔬菜汁厌氧消化产气性能良好,其最佳有机负荷为8.0 gVS.L-1·d-1,单位负荷产气率高达860 mL·gVS-1,甲烷含量为65%左右,出水COD低于2800 mg·L-1, COD去除率持续维持在95%左右,有机氮去除率维持在85%以上,达到了很好的处理效果。负荷更高的情况下导致物料不能够被完全消耗,单位负荷产气率、COD去除率下降等现象；反应器内氨氮浓度处在1348 mg·L-1到2383 mg·L-1之间,没有抑制现象发生。同时,实验发现,在进料有机负荷相同的情况下,物料成分以及水力停留时间的差异对产气量的影响不大,故可采用基于VS的单位负荷产气率作为表征厌氧消化产气性能的指标。本论文深入研究了蔬菜废物经过固液分离后菜渣和菜汁的强化酸化工艺参数和产甲烷工艺参数,为蔬菜废物的两级强化水解厌氧消化处理技术路线提供了实验依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 蔬菜废物的产生、特点及危害
• 1.1.1 蔬菜废物的产生
• 1.1.2 蔬菜废物的特点
• 1.1.3 蔬菜废物的危害
• 1.2 蔬菜废物处理技术现状
• 1.3 蔬菜废物厌氧消化技术
• 1.3.1 厌氧消化原理
• 1.3.2 厌氧消化工艺
• 1.3.3 厌氧消化工艺参数及控制条件
• 1.3.4 目前存在的问题
• 1.4 课题研究目的和内容
• 1.4.1 课题研究目的
• 1.4.2 课题研究内容
• 第二章 实验设计及方法
• 2.1 材料和仪器
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 实验方案
• 2.3 分析方法
• 第三章 蔬菜残渣酸化实验研究
• 3.1 实验装置
• 3.2 实验参数和测定项目的选择
• 3.3 实验运行及维护
• 3.3.1 实验运行
• 3.3.2 实验维护
• 3.4 实验结果与讨论
• 3.4.1 低负荷酸化实验
• 3.4.2 高负荷酸化实验
• 3.5 本章小结
• 第四章 蔬菜汁厌氧消化产气性能研究
• 4.1 实验装置
• 4.2 实验参数和测定项目的选择
• 4.3 实验运行及维护
• 4.3.1 实验运行
• 4.3.2 实验维护
• 4.4 实验结果与讨论
• 4.4.1 OLR、HRT和出料pH
• 4.4.2 产气率和产气成分
• 4.4.3 COD与COD去除率
• 4-N与有机氮'>4.4.4 NH₄-N与有机氮
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 建议与展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的论文
• 作者及导师简介
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书