本文關(guān)鍵詞：酶促?gòu)?qiáng)化水解餐廚廢水促進(jìn)厭氧消化研究

  更多相關(guān)文章： 厭氧消化 油脂 餐廚廢水 脂肪酶預(yù)處理 響應(yīng)面分析

【摘要】：餐廚廢水有機(jī)質(zhì)濃度高,且極易腐敗酸化產(chǎn)生環(huán)境問(wèn)題。厭氧消化技術(shù)能有效去除大部分有機(jī)質(zhì),并能實(shí)現(xiàn)能源的高效回收。但其中高含量的油脂對(duì)厭氧產(chǎn)甲烷過(guò)程有嚴(yán)重抑制作用,會(huì)降低餐廚廢水厭氧消化效率及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本文對(duì)華根霉脂肪酶的性質(zhì)及其對(duì)餐廚油脂的水解反應(yīng)進(jìn)行研究,以響應(yīng)面分析得出餐廚油脂最適水解條件;然后采用批次實(shí)驗(yàn)研究不同條件下餐廚廢水預(yù)處理后厭氧消化性能,并確定餐廚廢水厭氧消化產(chǎn)甲烷的最適預(yù)處理?xiàng)l件;最后考察了連續(xù)厭氧膜生物反應(yīng)器(An MBR)中酶促預(yù)處理對(duì)餐廚廢水厭氧消化效能的影響。主要研究結(jié)果如下:(1)從酶用量、水油比、p H和溫度四個(gè)方面考察了華根霉脂肪酶對(duì)餐廚油脂的水解效率。結(jié)果表明,酶用量的適宜范圍為0.30%~2.00%,水油比為0.30~1.50,p H為7.0~9.0,溫度為35.0~50.0 o C。在此基礎(chǔ)上,利用響應(yīng)面分析中的Box-Behnken Design(BBD)進(jìn)行4因素3水平設(shè)計(jì),得到餐廚油脂的最適水解條件:酶用量(油重wt.%)1.15%、水油比(w/w)0.9、p H 8.0、溫度42.5 o C,水解率預(yù)測(cè)值為86.6%,重復(fù)實(shí)驗(yàn)水解率為88.1±2.2%,與預(yù)測(cè)值較為接近,表明該響應(yīng)面模型能對(duì)餐廚油脂的水解反應(yīng)進(jìn)行較好地預(yù)測(cè)。(2)為了解決油脂對(duì)餐廚廢水厭氧消化的影響,對(duì)不同條件下(不同外加酶濃度、食微比(F/M)和預(yù)處理時(shí)間)餐廚廢水的厭氧消化性能進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明相比于對(duì)照組(0%組),隨著外加酶濃度的升高,甲烷日產(chǎn)量二次峰值出現(xiàn)的時(shí)間相對(duì)延遲,但甲烷累積產(chǎn)量均高于對(duì)照組。當(dāng)外加酶濃度為0.10%、0.50%、1.00%、5.00%和10.00%時(shí),甲烷累積產(chǎn)量分別比對(duì)照組增加了124.88%、97.27%、75.06%、66.11%和57.62%,表明加酶預(yù)處理有助于提高餐廚廢水的甲烷產(chǎn)量,但酶濃度(10.00%)過(guò)高對(duì)提高甲烷累積產(chǎn)量的優(yōu)勢(shì)不明顯;體系內(nèi)揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)、氨氮(NH4+-N)濃度和脂肪酶活性隨外加酶濃度的增加而逐漸升高。在F/M的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),底物中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度過(guò)低(F/M 0.25)或過(guò)高(F/M 4.00)均不利于產(chǎn)甲烷過(guò)程的進(jìn)行。當(dāng)F/M為1.00、1.50和2.00時(shí),3組甲烷累積產(chǎn)量隨F/M的升高而升高,分別為672.19 m L/g·COD、808.88 m L/g·COD和844.46 m L/g·COD。p H(7.30~8.00)和VFAs均維持在正常水平;NH4+-N呈波動(dòng)性變化,最大值分別為1716.26 mg/L、1787.78 mg/L和1852.79 mg/L,雖然高于半抑制濃度(1500 mg/L),但此時(shí)3組的甲烷日產(chǎn)量仍保持較高水平。預(yù)處理時(shí)間的長(zhǎng)短與油脂水解程度有關(guān),預(yù)處理時(shí)間(12 h、24 h、36 h、48 h)對(duì)甲烷日產(chǎn)量二次峰值出現(xiàn)的時(shí)間(第20 d、20 d、21 d、20 d)和甲烷累積產(chǎn)量(798.60 m L/g·COD、761.04 m L/g·COD、755.99 m L/g·COD、823.44 m L/g·COD)的影響較小;預(yù)處理時(shí)間越短,反應(yīng)初期,厭氧體系內(nèi)脂肪酶活性越高。(3)根據(jù)外加酶濃度、F/M和預(yù)處理時(shí)間處理餐廚廢水后厭氧消化實(shí)驗(yàn)結(jié)果,發(fā)現(xiàn)各因素的適宜范圍分別為0.10%~5.00%、1.00~2.00和0~48 h。以甲烷累積產(chǎn)量為響應(yīng)值,采用BBD法分析這3個(gè)因素對(duì)預(yù)處理后餐廚廢水厭氧消化性能的影響,結(jié)果表明各因素的適宜值分別為外加酶濃度0.10%、F/M 1.50、預(yù)處理時(shí)間48 h,累積產(chǎn)量預(yù)測(cè)值為700.29 m L/g·COD。重復(fù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得實(shí)際甲烷累積產(chǎn)量為723.89±46.16 m L/g·COD,在95%置信區(qū)間內(nèi),與預(yù)測(cè)值符合。表明響應(yīng)面分析所得模型能較好地預(yù)測(cè)外加酶濃度、F/M和預(yù)處理時(shí)間這三個(gè)因素對(duì)餐廚廢水產(chǎn)甲烷效能的影響。(4)在兩組An MBR中研究了加酶預(yù)處理對(duì)連續(xù)餐廚廢水厭氧消化效能的影響。以VFAs/堿度的比值為依據(jù)提升進(jìn)水容積負(fù)荷,保證了An MBR的穩(wěn)定運(yùn)行,兩組COD的總?cè)コ示S持在95%左右。當(dāng)容積負(fù)荷升至18 kg COD/(m3·d)時(shí),加酶組的沼氣產(chǎn)量(600 L/d)比反應(yīng)器組(540 L/d)提高了11.11%,且加酶組的平均甲烷含量為60%,較反應(yīng)器組(55%)提高了9.09%,表明酶促預(yù)處理能提高沼氣產(chǎn)量和沼氣中的甲烷含量,提高甲烷轉(zhuǎn)化效率。雖然進(jìn)水的p H較低,但高污泥濃度和高微生物活性能快速分解VFAs,將厭氧體系內(nèi)的p H維持在正常水平(7.3~7.8);另外,運(yùn)行過(guò)程中,加酶組VFAs的波動(dòng)幅度小于反應(yīng)器組,說(shuō)明酶促預(yù)處理減弱了油脂對(duì)微生物的抑制作用,更高的微生物活性有利于維持厭氧體系中的VFAs濃度的穩(wěn)定。加酶組的膜清洗次數(shù)和完整膜污染周期(3次)均低于反應(yīng)器組(5次),膜污染周期穩(wěn)定時(shí)TMP的平均上升速率更低(6.29 k Pa/d8.75 k Pa/d),說(shuō)明酶促預(yù)處理后進(jìn)入?yún)捬豕迌?nèi)的油脂濃度的下降使得油脂在膜表面的黏附作用降低,更有助于減輕膜污染。
【關(guān)鍵詞】：厭氧消化 油脂 餐廚廢水 脂肪酶預(yù)處理 響應(yīng)面分析
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：X799.3
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展11-15
• 1.2.1 厭氧消化影響因素11-12
• 1.2.2 油脂的厭氧降解途徑12-13
• 1.2.3 油脂對(duì)厭氧消化的危害13-14
• 1.2.4 油脂的預(yù)處理方法14-15
• 1.3 研究目標(biāo)與內(nèi)容15-17
• 1.3.1 研究目標(biāo)15
• 1.3.2 研究?jī)?nèi)容15-16
• 1.3.3 技術(shù)路線16-17
• 第二章 酶促水解餐廚油脂條件優(yōu)化研究17-27
• 2.1 引言17
• 2.2 試驗(yàn)材料與方法17-18
• 2.2.1 試驗(yàn)材料17
• 2.2.2 試驗(yàn)方法17-18
• 2.2.3 分析方法18
• 2.3 試驗(yàn)結(jié)果與討論18-26
• 2.3.1 華根霉脂肪酶特性分析18-19
• 2.3.2 餐廚油脂水解條件優(yōu)化19-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 第三章 酶促預(yù)處理對(duì)批次餐廚廢水厭氧消化影響研究27-45
• 3.1 引言27
• 3.2 試驗(yàn)材料與方法27-29
• 3.2.1 試驗(yàn)材料27-28
• 3.2.2 試驗(yàn)裝置28
• 3.2.3 試驗(yàn)設(shè)置28-29
• 3.2.4 分析方法29
• 3.3 試驗(yàn)結(jié)果與討論29-43
• 3.3.1 外加脂肪酶濃度對(duì)餐廚廢水批次厭氧消化特性的影響29-33
• 3.3.2 F/M對(duì)餐廚廢水批次厭氧消化特性的影響33-36
• 3.3.3 預(yù)處理時(shí)間對(duì)餐廚廢水批次厭氧消化特性的影響36-40
• 3.3.4 響應(yīng)面分析餐廚廢水厭氧消化過(guò)程40-43
• 3.4 本章小結(jié)43-45
• 第四章 酶促預(yù)處理對(duì)連續(xù)AnMBR處理餐廚廢水厭氧消化性能研究45-54
• 4.1 引言45
• 4.2 試驗(yàn)材料與方法45-47
• 4.2.1 試驗(yàn)材料45
• 4.2.2 試驗(yàn)裝置45-46
• 4.2.3 試驗(yàn)方法46
• 4.2.4 分析方法46-47
• 4.3 試驗(yàn)結(jié)果與討論47-52
• 4.3.1 厭氧體系中容積負(fù)荷的變化47
• 4.3.2 厭氧體系中COD的變化47-48
• 4.3.3 厭氧體系中沼氣產(chǎn)量和甲烷含量的變化48-49
• 4.3.4 厭氧體系中pH、VFAs濃度和堿度的變化49-50
• 4.3.5 厭氧體系中脫氫酶活性和脂肪酶活性的變化50-51
• 4.3.6 厭氧體系中TMP和膜通量的變化51-52
• 4.4 本章小結(jié)52-54
• 主要結(jié)論與展望54-56
• 致謝56-57
• 參考文獻(xiàn)57-63
• 附錄：作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文63

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5 王，

本文編號(hào)：1102046