在厭氧消化產(chǎn)酸階段中底物產(chǎn)酸發(fā)酵類型可以分為丙酸型、丁酸型和乙醇型發(fā)酵三種。本論文提出了在餐廚垃圾厭氧消化水解酸化階段接種釀酒酵母進(jìn)行強(qiáng)化乙醇型發(fā)酵的底物調(diào)控方法,并應(yīng)用于多種厭氧消化模式中,明確其緩解底物快速酸化、提高厭氧消化穩(wěn)定性及產(chǎn)甲烷性能的作用并闡明調(diào)控機(jī)理。在批式厭氧消化中,餐廚垃圾經(jīng)強(qiáng)化乙醇發(fā)酵后,水解酸化效率大幅度提高,底物中乙醇、乙酸、總揮發(fā)性脂肪酸(TVFA)濃度分別比空白放置的對(duì)照組提高了4.5、4.9、1.4倍,從乙醇占水解酸化產(chǎn)物總量的比例變化可知,底物更多地轉(zhuǎn)化為乙醇,減少了丙酸等有機(jī)酸的生成,提高了產(chǎn)甲烷穩(wěn)定性;另外,在甲烷發(fā)酵期間乙醇可逐步轉(zhuǎn)化為產(chǎn)甲烷古細(xì)菌易利用的乙酸,相當(dāng)于起到“緩釋基質(zhì)”的作用。半連續(xù)單相厭氧消化中,底物經(jīng)過(guò)24h的乙醇發(fā)酵后進(jìn)料的預(yù)發(fā)酵組,可以保持較高的底物降解效率及pH穩(wěn)定性,其能承受的最高進(jìn)料有機(jī)負(fù)荷為5.0 gVS/(L·d),平均甲烷產(chǎn)率為391.3 mL/g VS,比對(duì)照組提高了6.4%。當(dāng)系統(tǒng)中的氨氮濃度達(dá)到2485 mg/L時(shí),氨氮抑制首先出現(xiàn),其導(dǎo)致了TVFA出現(xiàn)累積,TVFA濃度超過(guò)2500 mg/L后,系統(tǒng)受到酸抑制作用pH值明顯下降,最終系統(tǒng)失穩(wěn)。細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)分析結(jié)果也表明:預(yù)發(fā)酵組中蛋白質(zhì)降解細(xì)菌Proteiniphilum相對(duì)豐度升高,大量氨氮的生成和累積,必然導(dǎo)致甲烷菌受抑制,從而導(dǎo)致TVFA的累積,pH明顯下降系統(tǒng)失穩(wěn)。構(gòu)建了強(qiáng)化乙醇型半連續(xù)兩相厭氧消化系統(tǒng),其水解酸化相以強(qiáng)化產(chǎn)乙醇同步產(chǎn)酸為特征,運(yùn)行條件為HRT=2 d,并將產(chǎn)甲烷相出料離心后取沼液回流。與傳統(tǒng)型沼液回流兩相厭氧系統(tǒng)相比,該系統(tǒng)的最大進(jìn)料有機(jī)負(fù)荷從5.0 gVS/(L·d)提高到6.0 gVS/(L·d),系統(tǒng)的有效容積減少21.4%,平均容積產(chǎn)甲烷率提高了 33.5%。TVFA/總堿度(TA)比值可以作為系統(tǒng)運(yùn)行預(yù)警指標(biāo),當(dāng)TVFA/TA值0.4時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,TVFA/TA值在0.4～0.6時(shí)系統(tǒng)有失穩(wěn)的趨勢(shì),TVFA/TA值0.6時(shí)系統(tǒng)將完全酸化失穩(wěn)。本研究為餐廚垃圾厭氧消化調(diào)控和穩(wěn)定運(yùn)行提供一種有效的方法,也為減小系統(tǒng)設(shè)備體積,獲得較高容積甲烷產(chǎn)率提供了新的途徑。
【學(xué)位單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：X799.3
【部分圖文】：

隨著研宄的不斷深入，厭氧消化微生物學(xué)理論構(gòu)建日益完善，目前一般??認(rèn)為復(fù)雜物料的厭氧降解過(guò)程可以被分為四個(gè)階段［２６］：水解、酸化、產(chǎn)氫產(chǎn)??乙酸和產(chǎn)甲烷階段，復(fù)雜有機(jī)物厭氧消化過(guò)程及各階段轉(zhuǎn)化效率如圖２－丨所??－７?－??

北京科技大學(xué)博士學(xué)位論文???化了產(chǎn)甲烷的過(guò)程。而且由文獻(xiàn)可知［１Ｇ３－１（）５］，丙酸降解會(huì)受到乙酸濃度的影??，當(dāng)乙酸濃度過(guò)高時(shí)，會(huì)使得丙酸降解速率減低，導(dǎo)致丙酸大量累積，進(jìn)??使甲烷菌受到丙酸的毒性抑制作用，體系ｐＨ急劇下降，從而形成惡性循??。??

圖３－１本研究技術(shù)路線圖??３．２試驗(yàn)材料與設(shè)備??３．２．１餐廚垃圾、厭氧污泥的來(lái)源及性質(zhì)??餐廚垃圾取自北京科技大學(xué)學(xué)生食堂，經(jīng)過(guò)初步分揀、粉碎后保存于零??下２０?°Ｃ的冰箱內(nèi)待用。接種污泥：取自北京肖家河污水處理廠厭氧消化池，??經(jīng)馴化后使用。其中厭氧消化污泥的馴化方法為３７?°Ｃ下在５?Ｌ發(fā)酵罐中每３??ｄ添加３０?ｇ餐廚垃圾。餐廚垃圾及污泥的理化性質(zhì)見(jiàn)表３－１。??表３－１餐廚垃圾及污泥的理化性質(zhì)??餐廚垃圾?厭氧污泥??總固體?ＴＳ／％?２３．７±０．０３?１１．０±０．０１??揮發(fā)性固體?ＶＳ／％?２３．３±０．０３?７．３３±０．０３??＊
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