【摘要】：中國是世界上蔬菜產(chǎn)量最大的國家,部分蔬菜會在收獲、儲存和運(yùn)輸?shù)冗^程中損失而成為蔬菜廢棄物。該有機(jī)廢棄物含水量高且有機(jī)物含量高,填埋處理會產(chǎn)生滲濾液而造成環(huán)境污染。厭氧消化是處理蔬菜廢棄物的理想選擇之一,可以實(shí)現(xiàn)蔬菜廢棄物的減量化和能源化。 采用全混式和固定床生物膜反應(yīng)器組成的兩相系統(tǒng)對蔬菜厭氧消化產(chǎn)沼氣過程進(jìn)行研究。在有機(jī)負(fù)荷1.3、1.7、2.1g VS/L/d和2.6g VS/L/d下運(yùn)行,考察有機(jī)負(fù)荷對發(fā)酵過程穩(wěn)定性和產(chǎn)氣的影響。有機(jī)負(fù)荷增加至2.6g VS/L/d時,酸化反應(yīng)器發(fā)酵液的總揮發(fā)性脂肪酸濃度和CODcr濃度分別維持在8500mg/L和20000mg/L左右,與前一階段相比并沒有隨著有機(jī)負(fù)荷提高而提高,且VS濃度達(dá)到20g/L,這些結(jié)果表明該有機(jī)負(fù)荷下水解受到抑制。 實(shí)驗(yàn)中引入甲烷反應(yīng)器出水回流至酸化反應(yīng)器來促進(jìn)蔬菜水解。結(jié)果顯示甲烷反應(yīng)器出水回流能有效緩解揮發(fā)性脂肪酸的抑制并起到稀釋和調(diào)節(jié)pH值作用,尤其是在高有機(jī)負(fù)荷下對酸化反應(yīng)器中底物酸化和沼氣產(chǎn)量有明顯促進(jìn)作用。實(shí)驗(yàn)還研究了回流比對兩相蔬菜厭氧消化性能的影響,該系統(tǒng)在有機(jī)負(fù)荷1.7g VS/L/d的條件下增大回流比為0、0.6、1和1.4,使酸化反應(yīng)器日產(chǎn)氣量提高,同時pH值從約5.1上升至6.7。這說明甲烷反應(yīng)器帶有一定堿度的出水回流有助于酸化反應(yīng)器創(chuàng)造一個適宜環(huán)境產(chǎn)沼氣,同時酸化反應(yīng)器中發(fā)酵液CODcr濃度減小是由于回流的稀釋作用。本實(shí)驗(yàn)中在回流比0.6條件下可促進(jìn)酸化過程,但需要注意的是一個比較大回流比1.4會導(dǎo)致酸化和甲烷反應(yīng)器之間的傳質(zhì)加強(qiáng),造成反應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定。 為了提高兩相厭氧系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性,將系統(tǒng)的甲烷反應(yīng)器有效體積為4L和7L配比,在回流比0.8和1.6條件下考察反應(yīng)器運(yùn)行情況。結(jié)果表明在有機(jī)負(fù)荷為2.6g VS/L/d下回流對蔬菜廢棄物厭氧消化的性能有明顯促進(jìn)作用。有機(jī)負(fù)荷提高到3.0g VS/L/d后,沒有回流的系統(tǒng)中酸化反應(yīng)器VS濃度達(dá)到50g/L左右,出料中有機(jī)固體進(jìn)入甲烷反應(yīng)器而導(dǎo)致其酸化,最終整個發(fā)酵過程失敗。酸化和甲烷反應(yīng)器分別為3L/4L組成的系統(tǒng)且回流比1.6的甲烷反應(yīng)器發(fā)酵液中TVFA/TIC比值增加至約0.5,這表明產(chǎn)甲烷化即將發(fā)生的酸化而使系統(tǒng)厭氧消化過程受到抑制。3L/7L組成的系統(tǒng)延長了甲烷化的水力停留時間而有助于揮發(fā)性脂肪酸轉(zhuǎn)化,提高了系統(tǒng)的甲烷產(chǎn)生和有機(jī)物降解效率。 蔬菜廢棄物單相厭氧消化中添加餐廚垃圾使產(chǎn)氣量和甲烷產(chǎn)率增加。對蔬菜廢棄物的單相和兩相厭氧消化之間的差異進(jìn)行比較表明兩相系統(tǒng)可在更高的有機(jī)負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行。
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：X71;S216.2

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