不同预处理对餐厨垃圾厌氧联产氢气和甲烷的影响及其机理研究

【摘要】：论文对餐厨垃圾两相厌氧消化联产氢气和甲烷技术进行了小试研究,采用不同方式对餐厨垃圾和接种污泥进行预处理,从提高原料水解性能和改变酸化阶段初始微生物群落结构的角度来提高餐厨垃圾两相厌氧消化的氢气、甲烷联合产率,并对预处理作用机理进行了初步解析。 首先考察热预处理对餐厨垃圾厌氧联产氢气和甲烷的影响,得出在50℃到100℃范围内同时对餐厨垃圾和接种污泥进行70℃、30min热预处理效果最佳,酸化阶段最高产气速率、H2体积分数、累计负荷产氢体积分别达到195mL·6h-1、32.23%和53.55mL·gVS-1,比未预处理提高了2.47倍、7.39倍和30.88倍；酸化发酵液VFAs以乙酸、丁酸为主,占总VFAs的93.66%；产甲烷阶段累计负荷产甲烷体积为745.36mL·gVS-1。当热预处理温度为50℃、60℃时,对氢气、甲烷联产效率影响不大。 为进一步提高能量净收益,考查能耗更低的酸预处理和碱预处理对提高氢气、甲烷联产效率的影响。实验发现,餐厨经酸预处理后单位负荷联产氢气、甲烷体积最高,高于70℃热预处理的,分别为40.46mL·gVS-1和745.36mL·gVS-1。 通过扫描电镜和PCR-DGGE技术对预处理作用机理进行研究,发现经过预处理后酸化发酵液中的优势菌种与未预处理的差异显著,且三种不同方式预处理后的优势菌群一致,其中酸预处理后优势菌种的优势度最高,Simpson指数为0.92。 【关键词】：餐厨垃圾 厌氧消化 氢气甲烷联产 预处理 微生物群落结构
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X799.3
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 绪论14-26
• 1.1 课题背景14-17
• 1.1.1 餐厨垃圾现状及危害14-15
• 1.1.2 餐厨垃圾处理技术15-17
• 1.2 厌氧发酵联产氢气和甲烷的原理及国内外研究现状17-24
• 1.2.1 四阶段理论17-20
• 1.2.2 氢气、甲烷联产理论能量转化率计算20-21
• 1.2.3 影响因素21-23
• 1.2.4 氢气、甲烷联产国内外研究现状23-24
• 1.3 论文研究目的和内容24-26
• 1.3.1 研究目的24
• 1.3.2 研究内容24-26
• 第二章 实验材料与方法26-32
• 2.1 实验材料26
• 2.2 实验方案26-27
• 2.3 实验装置27
• 2.4 实验仪器27-28
• 2.5 分析方法28-32
• 第三章 热预处理对餐厨垃圾厌氧联产氢气和甲烷的影响32-54
• 3.1 餐厨、污泥热预处理对厌氧联产氢气和甲烷的影响32-43
• 3.1.1 实验设计32
• 3.1.2 酸化阶段产气32-35
• 3.1.3 酸化阶段VFAs35-39
• 3.1.4 酸化发酵液pH39
• 3.1.5 产甲烷阶段产气39-41
• 3.1.6 产甲烷阶段VFAs41-42
• 3.1.7 产甲烷消化液pH42-43
• 3.2 热预处理温度优化43-53
• 3.2.1 实验设计43
• 3.2.2 酸化阶段产气43-46
• 3.2.3 酸化阶段VFAs46-49
• 3.2.4 酸化发酵液pH49
• 3.2.5 产甲烷阶段产气49-51
• 3.2.6 产甲烷阶段VFAs51
• 3.2.7 产甲烷系统稳定性51-53
• 3.3 本章小结53-54
• 第四章 化学预处理对餐厨垃圾厌氧联产氢气和甲烷的影响54-66
• 4.1 实验设计54
• 4.2 结果与讨论54-64
• 4.2.1 酸化阶段产气54-56
• 4.2.2 酸化发酵液VFAs56-59
• 4.2.3 酸化阶段发酵液pH、SCOD59-60
• 4.2.4 产甲烷阶段产气60-61
• 4.2.5 产甲烷消化液VFAs61-62
• 4.2.6 产甲烷消化液pH、SCOD62-63
• 4.2.7 产甲烷系统稳定性分析63-64
• 4.3 本章小结64-66
• 第五章 预处理对餐厨垃圾厌氧联产氢气和甲烷影响的机理分析66-76
• 5.1 预处理对餐厨原料性质的影响66-67
• 5.1.1 不同预处理后餐厨垃圾还原糖含量变化66-67
• 5.1.2 不同预处理方式对餐厨垃圾微观结构的影响67
• 5.2 预处理对微生物的影响67-75
• 5.2.1 电子显微镜下观察不同预处理方式对微生物形态的影响67-68
• 5.2.2 利用PCR-DEEG技术研究预处理对厌氧体系微生物群落结构的影响68-75
• 5.3 本章小结75-76
• 第六章 结论与建议76-78
• 6.1 结论76-77
• 6.2 建议77-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-84
• 研究成果及发表的学术论文84-86
• 作者与导师简介86-87
• 附表87-88

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