泔脚垃圾特性调查及其厌氧发酵的优化研究

论文摘要

随着我国城市人民生活水平的提高,泔脚垃圾的产生量迅速增加,各大主要城市泔脚垃圾的日产生量均在1000吨以上。其高有机质含量、高含水率富含病原微生物等特点决定了泔脚垃圾既是一种污染物,又是一种资源。由于缺乏有效的处置技术和手段,泔脚垃圾所引发的“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,有机垃圾厌氧发酵处理技术因具备减量化效果好、处理能耗低、二次污染少及可产生清洁能源等优点,已被越来越多的国家所采用,特别是对于我国日益严重的能源危机具有十分重要的现实意义。但是,泔脚垃圾厌氧发酵处理技术的应用在我国尚处于起步阶段,很多关键性技术问题仍需要深入研究和探讨。本论文以杭州市泔脚垃圾为例,对其进行了四季的特性调查,并根据垃圾特性进行了各处理处置对策的可行性分析,认为泔脚垃圾厌氧发酵具有明显的优势,然后就从泔脚垃圾本身高盐分和高油脂特性出发对其进行厌氧发酵技术完善,选育培养耐盐高效产甲烷菌来降低高盐分对它的抑制,寻求适宜的泔脚垃圾预处理技术减少油脂对其产生的影响,最后对不同配比的泔脚垃圾和果蔬垃圾两相厌氧发酵运行特性进行了探究,得到了以下主要结论：（1）对杭州市中餐饭馆、中餐集体食堂和西餐餐饮9个采样点泔脚垃圾进行四季的特性调查,结果表明,杭州市泔脚垃圾含水率可达60%以上,VS/TS均超87%,pH为4.64-6.98,呈酸性或弱酸性；有机成分高,脂肪、蛋白质和碳水化合物含量分别为16.98%-38.92%、6.58%-11.65%和46.27%-68.28%,可生物降解性好；盐分含量为0.69%-2.44%,总P含量为0.13%-0.30%。根据垃圾特性分析,认为单独收集-两相厌氧发酵处理为杭州市泔脚垃圾较佳的处理处置方式。（2）对普通回流池絮状污泥进行耐盐厌氧驯化,126d后成功将污泥盐浓度提高至3%,将该耐盐污泥作为载体,通过富集分离后得到一株产甲烷菌（编号为M-1）,此菌株为球形或椭球型,单生或成簇生长,革兰氏阳性,无运动性,无芽孢形成。菌落为圆形,透明,表面光滑,边缘整齐,35℃培养15d左右,直径可达1-2mm,呈白色或微黄色,该菌株在420nm的荧光显微镜下有蓝绿色自发荧光。该产甲烷菌的最适生长温度为35℃,适应范围为30-40℃；最适生长pH值为7.0,适应范围为7.0-7.5；最适生长盐度为1%,适应范围为0%-4%,盐度大于4%时该菌株不生长；同时,该菌株对青霉素和四环素均具有耐受性。（3）通过不同盐分含量梯度的泔脚垃圾分别接种普通污泥和耐盐驯化污泥进行厌氧发酵试验,通过对TS、VS、pH、产气率、BDM和磷酸酯酶活性等指标的测定探查耐盐驯化污泥的效用性,可以看出驯化的耐盐厌氧污泥在产气量、有机物降解率及磷酸酯酶活性等指标上明显好于普通污泥,可采用高效耐盐厌氧污泥处理泔脚垃圾,有效缓解泔脚垃圾高盐分对厌氧发酵的抑制影响。（4）分析不同油脂浓度泔脚垃圾对厌氧发酵的影响,得到泔脚垃圾厌氧发酵最大的耐油脂浓度为6%,过高的油脂浓度会使体系产气受到抑制,有机物降解速率及磷酸酯酶活性降低。使用不同水平的碱处理、热处理、微波处理和混入果蔬垃圾等处理手段对高油脂泔脚垃圾进行预处理,结合经济效益和处理效率等因素进行分析,筛选出微波处理（650W,6min）为最佳的预处理手段,时间短效果好,为泔脚垃圾的预处理工艺提供参考。（5）通过不同配比的泔脚垃圾和果蔬垃圾两相厌氧联合发酵,得到25%、50%、75%和100%泔脚垃圾产酸相反应器最佳HRT分别为10d,15d,15d和20d,最佳含固率都为10%,且泔脚垃圾/果蔬垃圾为1：3时可作为产酸相反应器最佳配比；对于甲烷相反应器而言,25%和50%泔脚垃圾产甲烷相反应器最佳HRT为3d,而75%和100%泔脚垃圾产甲烷相反应器最佳HRT则为4d,且泔脚垃圾/果蔬垃圾为1：1时可作为产甲烷相反应器最佳配比,为实际泔脚垃圾厌氧消化处理工程的工艺设计提供借鉴。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 文献综述
• 1.1 选题背景
• 1.1.1 泔脚垃圾的物化生物特性
• 1.1.1.1 高有机含量
• 1.1.1.2 高含水量
• 1.1.1.3 油份及盐分含量高
• 1.1.1.4 富含病原微生物
• 1.1.2 发生量及环境、安全影响
• 1.1.3 对我国城市垃圾处理的制约影响
• 1.1.4 废弃物生物质能利用
• 1.2 泔脚垃圾处理技术现状与分析
• 1.2.1 无害化处理技术
• 1.2.1.1 破碎处理技术
• 1.2.1.2 填埋
• 1.2.2 肥料化处理技术
• 1.2.2.1 好氧堆肥
• 1.2.2.2 厌氧发酵
• 1.2.2.3 蚯蚓堆肥法
• 1.2.2.4 集装箱堆肥法
• 1.2.3 饲料化处理技术
• 1.2.3.1 湿热法
• 1.2.3.2 减压油温脱水法
• 1.2.3.3 固态发酵
• 1.2.4 能源化处理技术
• 1.2.4.1 焚烧法
• 1.2.4.2 热分解法
• 1.2.4.3 生产发酵制氢
• 1.2.4.4 生产生物柴油
• 1.3 厌氧消化技术概况
• 1.3.1 厌氧消化技术的微生物学和生物化学原理
• 1.3.1.1 厌氧生物处理的代谢阶段
• 1.3.1.2 厌氧生物处理的微生物学特征
• 1.3.2 厌氧消化工艺
• 1.3.2.1 干法和湿法厌氧消化工艺
• 1.3.2.2 单相和两相厌氧消化工艺
• 1.3.2.3 间歇和连续厌氧消化工艺
• 1.3.2.4 中温和高温厌氧消化工艺
• 1.3.2.5 厌氧消化反应器
• 1.4 泔脚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 泔脚垃圾产气能力的研究
• 1.4.3 工艺条件的研究
• 1.5 本论文研究的目的、意义和内容
• 第2章 泔脚垃圾特性调查及处理对策分析
• 2.1 引言
• 2.2 试剂与仪器
• 2.2.1 试剂
• 2.2.2 实验仪器
• 2.3 试验部分
• 2.3.1 采样与制样
• 2.3.2 分析项目及方法
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 泔脚垃圾理化特性分析
• 2.4.1.1 含水率
• 2.4.1.2 TS和VS含量
• 2.4.1.3 pH值
• 2.4.2 泔脚垃圾生化特性分析
• 2.4.2.1 脂肪、蛋白质和碳水化合物含量
• 2.4.2.2 盐分
• 2.4.2.3 总P含量
• 2.4.3 泔脚垃圾资源化途径的比较与选择
• 2.4.3.1 泔脚垃圾特性与资源化途径
• 2.4.3.2 资源化途径经济性分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 耐盐厌氧污泥降解泔脚垃圾试验及产甲烷菌的分离、生物学特征研究
• 3.1 引言
• 3.2 试剂与仪器
• 3.2.1 试剂
• 3.2.2 气体
• 3.2.3 实验仪器
• 3.2.4 试验材料
• 3.2.4.1 泔脚垃圾
• 3.2.4.2 接种污泥
• 3.2.5 试验装置
• 3.3 试验部分
• 3.3.1 耐盐厌氧污泥驯化试验方案
• 3.3.2 耐盐产甲烷菌富集分离试验方案
• 3.3.3 产甲烷菌的形态观察
• 3.3.3.1 革兰氏染色
• 3.3.3.2 荧光显微镜形态特征及运动性观察
• 3.3.4 产甲烷菌生理生化测定
• 3.3.4.1 革兰氏染色
• 3.3.4.2 抗生素耐受性测定
• 3.3.4.3 生长最适温度的测定
• 3.3.4.4 生长最适pH值的测定
• 3.3.4.5 生长最适盐度的测定
• 3.3.5 不同盐分含量泔脚垃圾序批式厌氧发酵试验方案
• 3.3.6 分析方法
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 厌氧污泥的耐盐驯化
• 3.4.2 耐盐产甲烷菌的形态和基本特征
• 3.4.3 耐盐产甲烷菌的生长曲线
• 3.4.4 耐盐产甲烷菌的抗生素耐受性试验结果
• 3.4.5 耐盐产甲烷菌的最适温度试验结果
• 3.4.6 耐盐产甲烷菌的最佳pH值试验结果
• 3.4.7 耐盐产甲烷菌的最佳盐度试验结果
• 3.4.8 两种污泥对不同盐浓度泔脚垃圾厌氧发酵的试验结果
• 3.4.8.1 两种污泥对不同盐浓度泔脚垃圾厌氧发酵产气量的影响
• 3.4.8.2 两种污泥对不同盐浓度泔脚垃圾厌氧发酵pH值的影响
• 3.4.8.3 两种污泥对不同盐浓度泔脚垃圾厌氧发酵TS和VS的影响
• 3.4.8.4 两种污泥对不同盐浓度泔脚垃圾厌氧发酵BDM的影响
• 3.4.8.5 两种污泥对不同盐浓度泔脚垃圾厌氧发酵磷酸酯酶活性的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 高油脂对泔脚垃圾厌氧发酵的影响及预处理工艺筛选
• 4.1 引言
• 4.2 试剂与仪器
• 4.2.1 试剂
• 4.2.2 仪器
• 4.2.3 试验材料
• 4.2.3.1 泔脚垃圾
• 4.2.3.2 接种污泥
• 4.2.4 试验装置
• 4.3 试验部分
• 4.3.1 不同油脂浓度泔脚垃圾厌氧发酵试验方案
• 4.3.2 高油脂浓度泔脚垃圾预处理工艺筛选试验方案
• 4.3.3 分析方法
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 不同油脂浓度泔脚垃圾对厌氧发酵的影响
• 4.4.1.1 不同油脂浓度泔脚垃圾厌氧发酵产气量
• 4.4.1.2 不同油脂浓度泔脚垃圾厌氧发酵液的pH值
• 4.4.1.3 不同油脂浓度泔脚垃圾厌氧发酵液TS和VS的变化
• 4.4.1.4 不同油脂浓度泔脚垃圾厌氧发酵液BDM的变化
• 4.4.1.5 不同油脂浓度泔脚垃圾厌氧发酵液磷酸酯酶活性的变化
• 4.4.2 高油脂浓度泔脚垃圾预处理工艺筛选
• 4.4.2.1 预处理工艺对泔脚垃圾降解状况分析
• 4.4.2.2 高油脂泔脚垃圾预处理工艺比较
• 4.5 本章小结
• 第5章 不同配比泔脚果蔬垃圾两相厌氧发酵运行特性研究
• 5.1 引言
• 5.2 试剂与仪器
• 5.2.1 试剂
• 5.2.2 仪器
• 5.2.3 试验材料
• 5.2.3.1 泔脚垃圾
• 5.2.3.2 果蔬垃圾
• 5.2.3.3 接种污泥
• 5.2.4 试验装置
• 5.2.4.1 产酸相反应器
• 5.2.4.2 产甲烷相反应器
• 5.3 实验部分
• 5.3.1 两相厌氧发酵运行试验方案
• 5.3.2 分析方法
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 产酸相反应器厌氧发酵运行试验结果
• 5.4.1.1 不同配比泔脚果蔬垃圾产酸相反应器最佳HRT探究试验结果
• 5.4.1.2 不同配比泔脚果蔬垃圾产酸相反应器最佳含固率探究试验结果
• 5.4.2 产甲烷相反应器厌氧发酵运行试验结果
• 5.4.2.1 不同配比泔脚果蔬垃圾产甲烷相反应器甲烷日产量变化
• 5.4.2.2 不同配比泔脚果蔬垃圾产甲烷相反应器出水pH和碱度变化
• 5.4.2.3 不同配比泔脚果蔬垃圾产甲烷相反应器出水COD变化
• 5.4.2.4 不同配比泔脚果蔬垃圾产甲烷相反应器出水VFA变化
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 创新点
• 6.3 存在问题与建议
• 参考文献
• 攻读硕士期间所发表的相关论文和科研成果
• 致谢