發(fā)布時(shí)間：2020-03-20 18:00

【摘要】：餐廚垃圾排放量大,有機(jī)物含量高,中國(guó)每年大約產(chǎn)生6000萬(wàn)噸的餐廚垃圾,對(duì)其進(jìn)行有效處理意義重大。與傳統(tǒng)的垃圾處理方法(包括填埋、焚燒和堆肥)相比,厭氧發(fā)酵技術(shù)由于可以回收能源,被視為一種有前途的餐廚垃圾處理技術(shù)。餐廚垃圾乙醇發(fā)酵具有反應(yīng)時(shí)間短,產(chǎn)物易運(yùn)輸?shù)膬?yōu)點(diǎn),但是產(chǎn)生大量難以處理的乙醇糟液。糟液未經(jīng)適當(dāng)處理排放,將對(duì)水資源和土壤造成嚴(yán)重污染。而高濃度糟液廢水處理成本高,因此尋找合適的技術(shù)從糟液廢水進(jìn)行資源化和能源化的回收十分重要。本研究通過(guò)構(gòu)建餐廚垃圾乙醇-甲烷耦合發(fā)酵系統(tǒng),利用乙醇糟液進(jìn)行甲烷發(fā)酵,對(duì)影響該過(guò)程的重要因素進(jìn)行分析,同時(shí)確定微生物群落的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律并探討其與過(guò)程性能之間的關(guān)系,研究了不同方法對(duì)糟液進(jìn)行預(yù)處理,進(jìn)而回流發(fā)酵產(chǎn)乙醇,對(duì)比分析其對(duì)乙醇發(fā)酵的影響。利用生命周期評(píng)價(jià)法對(duì)全過(guò)程進(jìn)行了污染排放和能源消耗分析。結(jié)果表明,餐廚垃圾乙醇-甲烷耦合發(fā)酵系統(tǒng)可以在20天內(nèi)將乙醇廢液完全消化,甲烷累積產(chǎn)量約為569 mL/g vs。氨氮濃度對(duì)耦合系統(tǒng)中甲烷的生成有明顯的抑制作用。采用銨離子脫除實(shí)驗(yàn)研究對(duì)甲烷發(fā)酵的影響,分別在厭氧前加入氫氧化鎂,采用磷酸銨鎂(MAP)沉淀,在厭氧期間使用氫氧化鎂,氨氮脫除率均高于80%。生化甲烷電位測(cè)試(BMP)表明,pH和溫度對(duì)乙醇廢水中甲烷的生成起著重要的控制作用。在55℃和pH 7條件下,可以獲得最高產(chǎn)量為164 mL/g vs。耦合發(fā)酵體系微生物群落表明,在屬和門水平上,產(chǎn)氫菌是整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)種。古生菌產(chǎn)甲烷菌(醋酸產(chǎn)甲烷菌)的存在有助于利用醋酸和氫生產(chǎn)甲烷。乳酸菌種類(乳球菌)在乙醇反應(yīng)器中占主導(dǎo)地位,這表明餐廚垃圾容易產(chǎn)生乳酸積累。耦合發(fā)酵系統(tǒng)中,大量的氨、鹽和揮發(fā)性脂肪酸(包括高乙酸鹽)可以促進(jìn)醋酸鹽氧化途徑。運(yùn)用不同處理方法對(duì)乙醇糟液進(jìn)行了處理獲得出水進(jìn)行乙醇發(fā)酵,結(jié)果表明,利用電滲析廢水和微生物燃料電池廢水縮短發(fā)酵時(shí)間50%,乙醇最高濃度47 g/L。在發(fā)酵系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的最高乳酸為15 g/L,甲酸最高為11 g/L。VFA的存在對(duì)乙醇發(fā)酵系統(tǒng)無(wú)明顯抑制作用。通過(guò)生命周期評(píng)價(jià)對(duì)乙醇-甲烷耦合發(fā)酵系統(tǒng)的分析表明,該工藝具有很高的GWP和AP排放。比較來(lái)看,甲烷階段比乙醇階段有更高的GWP和AP排放。而乙醇的POCP排放量比甲烷多。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X172;X799.3

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本文編號(hào)：2591984