果蔬废弃物厌氧处理产能实验研究

论文摘要

果蔬废弃物作为固体废弃物的一部分,其含水率大、有机物质及营养元素含量高,非常适于厌氧消化处理,同时能产生生物能沼气,使垃圾减量和能源再生相结合,具有很大的发展潜力和应用前景。本文采用自行设计的小试规模反应装置,在中温35℃条件下两相厌氧消化处理固体果蔬废弃物,通过三个阶段的运行试验,对果蔬废弃物厌氧消化运行特征及效果进行了分析,研究了果蔬废弃物产酸发酵类型、产甲烷相对消化产物的利用顺序、COD去除效果、产气量及果蔬固体减量情况,并考察了果蔬废弃物在不同有机负荷下的厌氧消化运行效果及产能情况。反应启动阶段,将果蔬废弃物切制成块,通过反应液在系统中回流运行,启动反应装置。启动后厌氧消化运行稳定,果蔬废弃物厌氧消化发酵类型为丁酸型发酵;产甲烷相对挥发酸的利用顺序为乙醇＞丁酸＞戊酸＞丙酸＞乙酸,产甲烷阶段体系ORP为-480mV左右,厌氧环境良好;COD去除率达80%以上;同时,果蔬固体物质去除率达到98.6%,果蔬废弃物减量效果明显。但此阶段厌氧消化时间长,单位时间COD去除率低,产气量少,厌氧消化处理效率较低。低负荷运行阶段,通过保持低负荷进水状态,人工调控消化环境来优化第一阶段的厌氧消化体系,提高反应装置处理效率。经过一段时间的调整,反应器内挥发酸含量和钠离子浓度降低,厌氧微生物逐渐适应环境,厌氧消化处理效率逐渐提高。反应体系在低有机负荷进水下运行良好,果蔬固体物质去除率达87%以上,最高产气量为35L/d,单位体积产气量为0.7L/L·d,进水中单位质量COD产气量为0.44L/gCOD,甲烷含量在50%以上;COD去除率为70%～80%,出水COD值可低至70mg/L。高负荷运行及产能阶段,在低负荷运行阶段消化处理效率提高后,反应体系缓冲能力增强、果蔬废弃物预酸化时间减少、COD去除效率增加、产气量提高。通过逐渐提高有机负荷值,得出该反应装置最高有机负荷可达9gCOD/L·d;随着有机负荷的提高,COD去除量及产气量逐渐升高,并于7.2gCOD/L·d以上后趋于稳定;期间,果蔬废弃物厌氧消化反应体系最大产气量为200L/d,最高容积产气量为4L/L·d,最高单位质量COD产气量为0.7L/gCOD,降解单位质量COD时最高产气量为0.56L/gCOD,甲烷含量占70%左右,同时最高单位容积COD去除量为5g/L·d。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 固体废弃物和果蔬废弃物概述
• 1.1.1 固体废弃物分类、特性及危害
• 1.1.2 果蔬废弃物特性及危害
• 1.1.3 能源短缺与垃圾资源的产能利用
• 1.2 垃圾处理技术概述
• 1.2.1 城市生活垃圾处理主要处理技术
• 1.2.2 国内外城市生活垃圾处理方式概述
• 1.2.3 厌氧消化优势及其处理果蔬废弃物特性
• 1.3 厌氧消化处理技术简介
• 1.3.1 厌氧消化基本原理
• 1.3.2 厌氧消化控制条件及影响因素
• 1.3.3 厌氧消化工艺及 UASB简介
• 1.3.4 厌氧消化技术研究及应用
• 1.4 本课题研究现状及进展
• 1.4.1 国内研究现状及进展
• 1.4.2 国外研究现状及进展
• 1.5 本论文研究内容、目的及意义
• 第2章 实验方法、所需材料及运行设计
• 2.1 实验药品及仪器设备
• 2.1.1 实验药品
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 实验检测项目及测定方法
• 2.2.1 TS和VS测定
• 2.2.2 pH值和ORP测定
• 2.2.3 还原糖测定
• 2.2.4 COD测定
• 2.2.5 碱度测定
• 2.2.6 氨氮和总磷测定
• 2.2.7 VFA和乙醇测定
• 2.2.8 其他项目测定
• 2.3 反应装置及实验运行设计
• 2.3.1 本研究所用主要反应装置
• 2.3.2 本研究运行方案设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 果蔬废弃物两相厌氧消化特征及固体减量化分析
• 3.1 试验材料和运行方式
• 3.1.1 试验底物
• 3.1.2 运行方式、条件及目的
• 3.2 酸化阶段分析
• 3.2.1 pH值变化
• 3.2.2 还原糖变化
• 3.3 反应阶段分析
• 3.3.1 pH值变化
• 3.3.2 氧化还原电位变化
• 3.3.3 还原糖变化
• 3.3.4 乙醇变化
• 3.3.5 挥发酸变化
• 3.3.6 氮磷营养物变化
• 3.3.7 COD变化
• 3.3.8 产气量变化
• 3.4 减量分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 果蔬废弃物厌氧消化体系优化及低负荷发酵分析
• 4.1 试验材料和运行方式
• 4.1.1 试验底物
• 4.1.2 运行方式、条件及目的
• 4.2 酸化阶段分析
• 4.2.1 pH值和还原糖变化
• 4.2.2 挥发酸变化
• 4.3 反应阶段分析
• 4.3.1 pH值变化
• 4.3.2 乙醇变化
• 4.3.3 挥发酸变化
• 4.3.4 COD变化
• 4.3.5 产气量变化
• 4.4 减量分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 果蔬废弃物不同有机负荷下运行及产能情况分析
• 5.1 试验材料和运行方式
• 5.1.1 试验底物
• 5.1.2 运行设计、条件及目的
• 5.1.3 试验方案确定
• 5.2 反应阶段分析
• 5.2.1 pH值及碱度变化
• 5.2.2 乙醇变化
• 5.2.3 挥发酸变化
• 5.2.4 COD变化
• 5.2.5 产气量变化
• 5.3 低负荷冲击影响简单分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 果蔬废弃物厌氧消化三阶段比较及抑制分析
• 6.1 三阶段果蔬废弃物厌氧消化处理比较
• 6.1.1 三阶段pH值比较及相互联系
• 6.1.2 三阶段不同果蔬块状大小对厌氧消化影响比较
• 6.1.3 三阶段各挥发酸含量及其降解量比较
• 6.1.4 三阶段有机负荷、COD去除效率及产气量比较
• 6.2 三阶段果蔬废弃物厌氧消化规律特性总结
• 6.3 厌氧消化运行过程抑制因素分析
• 6.3.1 挥发酸积累及其他因子对厌氧消化的影响
• 6.3.2 钠离子及其他金属离子对厌氧消化的影响
• 6.3.3 其他环境因素对厌氧消化的影响
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢