本文關(guān)鍵詞：典型固體廢棄物混合厭氧發(fā)酵比例優(yōu)化及機(jī)理研究

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【摘要】：城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快,隨之產(chǎn)生了許多難以處理的固體廢棄物,如剩余活性污泥、玉米秸稈及牛糞等。厭氧發(fā)酵在高效處理這些固體廢棄物的同時(shí),還能得到資源,但單一原料的厭氧發(fā)酵往往存在原料難降解、水解酸化、碳/氮比(C/N)不足,營養(yǎng)物質(zhì)不平衡等劣勢(shì)。因此多原料的混合發(fā)酵顯得尤為必要。本課題通過將發(fā)酵原料的剩余活性污泥進(jìn)行超聲處理,對(duì)玉米秸稈進(jìn)行堿處理,分析預(yù)處理前后物質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化以及有機(jī)組分后進(jìn)行兩兩發(fā)酵,在此基礎(chǔ)上,利用響應(yīng)面曲面法研究了底物濃度和原料投配比對(duì)這三種原料混合發(fā)酵的產(chǎn)氣量影響,并研究了優(yōu)化配比下反應(yīng)初期、產(chǎn)氣高峰期和反應(yīng)后期的微生物群落結(jié)構(gòu)和有機(jī)物的遷移轉(zhuǎn)化。通過預(yù)處理后的污泥,SCOD(Solluted chemical oxygen demand)的含量由816.5mg/L增漲至13890 mg/L,蛋白濃度增加到了461 mg/L,秸稈成分中影響發(fā)酵過程水解步驟的木質(zhì)素從10.38%降低至6.42%,降解率達(dá)到了38.15%。半纖維素從32.54%降低到了16.62%,降解率達(dá)48.9%,樹脂分級(jí)試驗(yàn)表明,污泥經(jīng)超聲處理后SUVA(Specific ultraviolet light absorbace)值與疏水性/親水性都有所降低,未經(jīng)預(yù)處理的牛糞SUVA僅為經(jīng)超聲預(yù)處理的一半,疏水性/親水性相差無幾。預(yù)處理試驗(yàn)表明了預(yù)處理后污泥和秸稈的可生化性得到了提高,而未經(jīng)處理的牛糞中有大量芳香性物質(zhì)溶出。污泥、玉米秸稈和牛糞兩兩發(fā)酵的研究結(jié)果表明,牛糞與秸稈的VS比為1:1時(shí),產(chǎn)氣率為613.8 m L/g VS,甲烷含量為62.32%;污泥和秸稈的VS比為1:2時(shí),產(chǎn)氣率為472.33 m L/g VS,甲烷含量為60.52%;污泥和牛糞的VS比為1:2時(shí),產(chǎn)氣率為470.33 m L/g VS,甲烷含量為58.68%;混合發(fā)酵過程中沒有出現(xiàn)酸和氨抑制現(xiàn)象,COD和底物的去除率均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單一原料發(fā)酵,對(duì)產(chǎn)氣量最好的配比進(jìn)行了日產(chǎn)氣量和累積產(chǎn)氣量的動(dòng)力學(xué)分析,日產(chǎn)氣量的相關(guān)系數(shù)均在0.6以上,累積產(chǎn)氣量的相關(guān)系數(shù)均在0.98以上,這表明模型的擬合度較好。利用響應(yīng)面曲面法研究了底物濃度和原料配比對(duì)污泥、玉米秸稈和牛糞混合發(fā)酵產(chǎn)氣量的影響,試驗(yàn)結(jié)果顯示,當(dāng)?shù)孜餄舛葹?5 g/VS、秸稈:牛糞:污泥=1:1:0.8,產(chǎn)氣量為8066 m L。各分級(jí)樣品的光譜分析表明,隨著消化反應(yīng)的進(jìn)行,EBOM(Extracellular biological organic matter)中各組分得到了不同程度的降解,產(chǎn)氣達(dá)到高峰時(shí)疏水性中性有機(jī)物成為消化的限制因素,反應(yīng)后期微生物主要利用過渡親水性中性有機(jī)物來進(jìn)行生命活動(dòng)。通過優(yōu)化配比下的真細(xì)菌有74394條OUT(Operational Taxonomic Unit)序列,Shannon指數(shù)逐漸升高。從5.366738升高到了6.315557。測(cè)序的研究結(jié)果顯示,隨著反應(yīng)時(shí)間的進(jìn)行,反應(yīng)器內(nèi)的微生物種群豐富度增加。樣本中主要菌群的含量依次為:ProtecbacteriaBacteroidetes)FirmicutesChloroflexi,古細(xì)菌有74394條OTU序列,Shannon指數(shù)從3.33894(反應(yīng)初期)先升高到了3.711827(產(chǎn)氣高峰期),隨后降低到了3.139862(反應(yīng)后期)。這表明在產(chǎn)氣高峰期時(shí)的微生物種群豐富度增加。反應(yīng)后期的豐富度小于反應(yīng)初期。
【關(guān)鍵詞】：污泥 玉米秸稈 牛糞 混合厭氧發(fā)酵 群落結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：X705
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-23
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義11-12
• 1.1.1 課題背景11
• 1.1.2 課題研究目的和意義11-12
• 1.2 固體廢棄物綜合治理概述12-14
• 1.2.1 農(nóng)作物秸稈資源化利用現(xiàn)狀12
• 1.2.2 禽畜糞便資源化利用現(xiàn)狀12-13
• 1.2.3 剩余污泥資源化利用現(xiàn)狀13-14
• 1.3 厭氧消化技術(shù)概述14-19
• 1.3.1 厭氧消化機(jī)理14-15
• 1.3.2 厭氧消化的影響因子15-17
• 1.3.3 厭氧消化預(yù)處理17-19
• 1.4 混合厭氧發(fā)酵研究概述19-21
• 1.4.1 混合厭氧發(fā)酵研究現(xiàn)狀19-20
• 1.4.2 混合厭氧發(fā)酵過程中微生物群落研究進(jìn)展20-21
• 1.5 課題主要研究內(nèi)容21-23
• 1.5.1 主要研究內(nèi)容21
• 1.5.2 技術(shù)路線21-23
• 第2章 實(shí)驗(yàn)材料與方法23-30
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料23
• 2.1.1 牛糞、玉米秸稈及接種液23
• 2.1.2 剩余活性污泥23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備23-24
• 2.2.1 超聲裝置23-24
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)裝置24
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)24-25
• 2.3.1 發(fā)酵底物預(yù)處理物化成分分析24-25
• 2.3.2 污泥、牛糞、玉米秸稈兩兩混合厭氧發(fā)酵研究25
• 2.3.3 污泥、牛糞、玉米秸稈混合厭氧發(fā)酵效能及機(jī)理研究25
• 2.4 分析檢測(cè)與計(jì)算方法25-29
• 2.4.1 常規(guī)參數(shù)的檢測(cè)方法25-26
• 2.4.2 沼氣產(chǎn)量和甲烷測(cè)定26
• 2.4.3 掃描電鏡（SEM）26
• 2.4.4 傅里葉紅外光譜（FITR）26-27
• 2.4.5 高通量測(cè)序分析27
• 2.4.6 樹脂分級(jí)實(shí)驗(yàn)27-28
• 2.4.7 計(jì)算方法28-29
• 2.5 分析儀器29-30
• 第3章 發(fā)酵原料預(yù)處理前后的成分物化特征分析30-44
• 3.1 引言30
• 3.2 污泥和玉米秸稈預(yù)處理前后成分變化30-31
• 3.2.1 預(yù)處理前后剩余污泥（WAS）性質(zhì)30-31
• 3.2.2 預(yù)處理前后玉米秸稈性質(zhì)31
• 3.3 污泥和玉米秸稈預(yù)處理前后微觀結(jié)構(gòu)變化31-34
• 3.3.1 紅外光譜（FTIR）分析31-33
• 3.3.2 掃描電鏡（SEM）分析33-34
• 3.4 污泥和牛糞有機(jī)組分分析34-38
• 3.4.1 TOC含量的分析34-35
• 3.4.2 溶解性蛋白質(zhì)含量比較35-36
• 3.4.3 多糖含量比較36-37
• 3.4.4 UV-254值比較37-38
• 3.5 污泥與牛糞EBOM及上清液三維熒光光譜分析38-42
• 3.5.1 污泥與牛糞上清液及其組分三維熒光光譜分析38-40
• 3.5.2 污泥與牛糞EBOM及其組分三維熒光光譜分析40-42
• 3.6 污泥與牛糞組分親疏水性的比較42-43
• 3.7 本章小結(jié)43-44
• 第4章 污泥、牛糞、玉米秸稈兩兩混合厭氧發(fā)酵效果44-64
• 4.1 引言44
• 4.2 玉米秸稈與牛糞厭氧消化試驗(yàn)44-50
• 4.2.1 不同配比下沼氣產(chǎn)量及性質(zhì)分析44-46
• 4.2.2 不同配比下發(fā)酵液性質(zhì)分析46-50
• 4.2.3 底物去除率分布特征50
• 4.3 污泥與玉米秸稈厭氧消化試驗(yàn)50-57
• 4.3.1 不同配比下沼氣產(chǎn)量及性質(zhì)分析50-53
• 4.3.2 不同配比下發(fā)酵液性質(zhì)分析53-56
• 4.3.3 底物去除率分布特征56-57
• 4.4 污泥與牛糞厭氧消化試驗(yàn)57-63
• 4.4.1 不同配比下沼氣產(chǎn)量及性質(zhì)分析57-59
• 4.4.2 不同配比下發(fā)酵液性質(zhì)分析59-62
• 4.4.3 底物去除率分布特征62-63
• 4.5 本章小結(jié)63-64
• 第5章 污泥、牛糞、玉米秸稈混合厭氧消化效能及機(jī)理研究64-82
• 5.1 引言64
• 5.2 原料配比和底物濃度雙因素對(duì)產(chǎn)氣量的影響64-67
• 5.2.1 混合發(fā)酵實(shí)驗(yàn)的線性回歸分析65-66
• 5.2.2 混合試驗(yàn)工藝條件的響應(yīng)曲面分析與優(yōu)化66-67
• 5.3 混合消化過程中有機(jī)組分的分布67-69
• 5.3.1 SUVA的分布67-68
• 5.3.2 蛋白和多糖的分布68-69
• 5.4 混合消化過程中有機(jī)組分的光譜分析69-73
• 5.4.1 三維熒光光譜分析69-72
• 5.4.2 紫外可見光譜分析(UV-Vis)72-73
• 5.5 混合消化過程中微生物群落響應(yīng)分析73-80
• 5.5.1 真細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析73-77
• 5.5.2 古細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的響應(yīng)分析77-80
• 5.6 本章小結(jié)80-82
• 結(jié)論82-84
• 參考文獻(xiàn)84-92
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果92-94
• 致謝94

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本文編號(hào)：765974