餐厨垃圾与秸秆联合发酵产沼气工艺研究

【摘要】：目前，餐厨垃圾和秸秆都是城市生活垃圾的主要部分，以往对这两种垃圾的处理方法都是一种浪费资源且污染环境的做法。厌氧发酵方式的出现给餐厨垃圾以及秸秆的资源化、无害化利用带来新的契机。本文考虑到餐厨垃圾和秸秆都是具有厌氧发酵产气潜力的有机废物，且都很难处理，单独发酵餐厨垃圾具有不稳定性而秸秆发酵周期过长。餐厨垃圾与秸秆联合发酵即是考虑到它们单独发酵的弊端，通过合理的搭配来达到共同促进的目的。 本文首先分析了餐厨垃圾、秸秆、树叶以及污泥的理化性质以及成分。其结果就是餐厨垃圾的C/N为28.4，与厌氧发酵的最适C/N（40-60:1）相比其含氮量偏高；而秸秆和树叶的C/N分别为43.4和43.97比较接近且其恰恰有着含氮量不足的缺点，餐厨垃圾富含大量的有机物有利于污泥中的纤维素分解菌更好的生长繁殖而且两者厌氧发酵都可以用污泥作为接种物，从以上方面考虑两者联合发酵会有相互促进的效果。 通过批式的发酵实验来分别优化餐厨垃圾和秸秆联合发酵的配比、秸秆粒径以及有有机负荷并设计响应面实验得出餐厨垃圾与秸秆联合发酵小瓶实验的最优发酵条件是：发酵配比为5.37:1；秸秆粒径为0.6mm；有机负荷为13.20g/L时产气率为0.762m~3/kg VS，产甲烷率最高为0.472m~3/kg VS。 将餐厨垃圾与秸秆联合发酵的最佳优化条件进行推广，将其应用到餐厨垃圾与树叶、能源草联合发酵上面，并建立的产气动力学方程。 在小瓶实验的基础上进行了100L连续式发酵罐的放大实验。结果显示：100L发酵罐中餐厨垃圾与秸秆联合发酵的产气效率达到了0.748m~3/kg VS，同时测出有机负荷率OLR为4gVS/(L*d)时，系统最稳定，比产气速率为0.527m~3/（kg VS*d），每天的COD的去除率也最高达到25.33%。 【关键词】：餐厨垃圾 秸秆 树叶 能源草 厌氧 产气
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：S216.4;X799.3
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 前言12
• 1.2 餐厨垃圾以及秸秆的特性及其危害12-13
• 1.3 餐厨垃圾常用的处理技术13-15
• 1.3.1 卫生填埋14
• 1.3.2 堆肥14
• 1.3.3 焚烧14
• 1.3.4 厌氧发酵14-15
• 1.4 秸秆的处理技术15-16
• 1.4.1 工业造纸15
• 1.4.2 秸秆还田15
• 1.4.3 秸秆饲料化技术15-16
• 1.4.4 秸秆生物质转化技术16
• 1.5 厌氧消化技术16-21
• 1.5.1 厌氧消化机理16-17
• 1.5.2 主要作用菌群17-18
• 1.5.3 餐厨垃圾厌氧发酵的工艺形式18-20
• 1.5.3.1 干式与湿式消化18-19
• 1.5.3.2 单相与多相消化19
• 1.5.3.3 中温和高温消化19-20
• 1.5.4 工艺条件的优化20-21
• 1.6 研究计划部分21-24
• 1.6.1 论文选题的目的和意义21
• 1.6.2 本课题的主要研究内容及技术路线21-22
• 1.6.3 课题创新点难点分析22-24
• 第二章 餐厨垃圾以及秸秆的特性研究及分析24-28
• 2.1 实验材料来源24
• 2.2 实验材料预处理24-25
• 2.3 实验材料理化参数的测定25-27
• 2.4 总结及分析27-28
• 第三章 批式餐厨垃圾和秸秆联合发酵优化28-50
• 3.1 实验条件28-30
• 3.1.1 实验装置28
• 3.1.2 实验方法28-30
• 3.1.2.1 餐厨垃圾和秸秆的配比优化实验28-29
• 3.1.2.2 联合发酵秸秆粒径的确定29-30
• 3.1.2.3 有机负荷率的确定实验30
• 3.2 实验结果和讨论30-41
• 3.2.1 餐厨垃圾和秸秆的配比优化实验30-36
• 3.2.1.1 体系 pH 以及 VFA 变化情况30-31
• 3.2.1.2 各体系产气情况31-34
• 3.2.1.3 体系纤维素酶活的变化情况34-36
• 3.2.1.4 小结36
• 3.2.2 联合发酵秸秆粒径的确定实验36-39
• 3.2.2.1 发酵体系 pH 变化情况36
• 3.2.2.2 各体系产气情况36-38
• 3.2.2.3 各体系 COD 的变化情况38-39
• 3.2.2.4 小结39
• 3.2.3 有机负荷率的确定实验39-41
• 3.2.3.1 各体系 pH 变化情况39
• 3.2.3.2 各体系每天产气量39-40
• 3.2.3.3 各体系的总产气量、甲烷浓度以及累积甲烷量40
• 3.2.3.4 小结40-41
• 3.3 响应面实验设计41-49
• 3.3.1 实验条件41-43
• 3.3.1.1 实验装置41
• 3.3.1.2 实验方法41-43
• 3.3.2 实验结果和讨论43-49
• 3.3.2.1 最陡爬坡实验43-45
• 3.3.2.2 响应面实验45-49
• 3.4 本章实验总结49-50
• 第四章 餐厨垃圾与树叶、能源草联合发酵情况50-64
• 4.1 实验材料50-52
• 4.1.1 实验材料来源50
• 4.1.2 实验材料预处理50-51
• 4.1.3 实验材料特性分析51-52
• 4.1.4 实验装置52
• 4.2 实验方法52-54
• 4.2.1 餐厨垃圾和树叶联合发酵产气情况52-53
• 4.2.1.1 餐厨垃圾与树叶联合发酵配比的初步确认52-53
• 4.2.1.2 餐厨垃圾和树叶联合发酵配比与负荷的拟合53
• 4.2.2 餐厨垃圾和能源草联合发酵产气情况53-54
• 4.2.3 餐厨垃圾和富含纤维素的废物联合发酵产气动力学模型的建立54
• 4.3 结果与讨论54-62
• 4.3.1 餐厨垃圾和树叶联合发酵产气情况54-57
• 4.3.1.1 餐厨垃圾和树叶初步配比的确定54-56
• 4.3.1.2 餐厨垃圾和树叶联合发酵配比和负荷的拟合56-57
• 4.3.2 餐厨垃圾和能源草联合发酵情况57-59
• 4.3.3 餐厨垃圾和秸秆、树叶以及能源草联合发酵产气动力学模型的建立59-62
• 4.4 本章小结62-64
• 第五章 100L 连续式反应器实验放大64-70
• 5.1 实验条件64-65
• 5.1.1 实验装置64
• 5.1.2 实验方法64-65
• 5.2 实验结果和讨论65-68
• 5.2.1 100L 连续式发酵罐中联合发酵与单一发酵的对比65-67
• 5.2.2 100L 连续式发酵罐中联合发酵有机负荷率（OLR）的优化实验67-68
• 5.3 本章小结68-70
• 第六章 结论与建议70-74
• 6.1 结论70-72
• 6.2 问题与建议72-74
• 参考文献74-77
• 研究成果及发表的学术论文77-78
• 致谢78-79
• 作者与导师简介79

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