论文部分内容阅读
随着我国城镇化进程的加快以及人民生活水平的提高,餐厨垃圾(Restaura nt food waste,RFW)和剩余污泥(Waste activated sludge,WAS)产量日益增加。这些有机废弃物给全球环境带来了巨大的负担,如何可持续处理过量的餐厨垃圾和WAS成为全球性的环境挑战。
厌氧共消化技术能够实现两种或多种有机废弃物的消化处理,克服单一底物消化有机质转化效率偏低、停留时间长、中间产物积累引起工艺中毒、沼气产率偏低的缺点,大幅提高厌氧发酵系统的稳定性和产气特性,从而受到人们青睐,已逐渐成为研究的热点。在厌氧消化过程中,底物的水解被认为是限速步骤,对底物发酵前的预处理直接影响厌氧消化的产气效率。
因此,本文以餐厨垃圾和WA S厌氧共消化技术为对象,针对餐厨垃圾和WAS的液质化难题,以分解菌分泌水解酶分解餐厨垃圾和游离亚硝酸(Free nitrous acid,FNA)破坏WAS细胞壁并形成协同作用为基础,基于以废治废的理念,通过批次试验的方法,探究预处理对两者厌氧共消化的影响,研究的主要结果如下:
(1)对取自金华市某污水处理厂好氧池活性污泥中成功分离出两株可以产淀粉酶、蛋白酶、脂肪分解酶和纤维素分解酶的分解菌:PAD-1和PAD-2,两株菌属于真菌类曲霉属(Aspergillus)。
(2)将米饭废弃物作为固态发酵生产酶混合物的唯一碳源,原位培养PAD-1和PAD-2分解菌,获得富含多种水解酶的真菌醪(Fungal mash,FM)。利用真菌醪对餐厨垃圾进行真菌醪预处理试验,在50℃、150rpm的条件下,控制真菌醪添加量为5g/L,处理餐厨垃24h后,混合物的溶解性化学需氧量(Solub le c he mica l oxygendemand,SCOD)分别提高了88%和82%,游离氨基氮(Free amino nitrogen,FAN)和多糖浓度提升了2倍,PAD-1的处理效果略优于PAD-2,继续提高真菌醪的添加量,SCOD的增加不明显,因此,真菌醪为5g/L是餐厨垃圾预处理的最适添加量。
(3)同等添加量的真菌醪(5g/L)对于WAS的水解也有良好的效果。PAD-1和PAD-2两种菌对WAS水解过程在最初的6h内基本完成,处理组SCOD释放分别提高了约67%和71%,挥发性固体(Volatile solids,VS)分别减少了14.5±2.3%,15.39±1.4%。同样,FNA预处理也可以改善WAS的水解,从经济性考虑,FNA=0.78mg N/L是FNA预处理WAS的最适浓度。
(4)将FNA+真菌醪联合用于WAS预处理,处理效果要明显优于两者单独预处理,先真菌醪预处理后FNA处理的方法,两者在一定程度上形成了协同作用,强化了预处理效果。相较于报道的真菌醪和FNA单独预处理,甲烷产量最高分别提升了约13%和23%。同时WAS厌氧消化的停留时间从21天缩短到12天和15天。经过FNA和真菌醪联合预处理,WAS厌氧消化结束后污泥的VS降低了约25~28%。
(5)构建全混式厌氧反应器(Continuous stirred tank reactor,CSTR)进行餐厨垃圾和WAS的厌氧共消化实验,FNA+真菌醪联合预处理对于餐厨垃圾和WAS的厌氧共消化具有促进作用,由PAD-1+FNA和PAD-2+FNA预处理后,厌氧共消化的平均甲烷产率分别提高了约45%和38%,VS降低分别为26.8±2.6%和25.8±2.8%,与实验对照组17.6±1.9%相比,相对增加了约52%和47%。
厌氧共消化技术能够实现两种或多种有机废弃物的消化处理,克服单一底物消化有机质转化效率偏低、停留时间长、中间产物积累引起工艺中毒、沼气产率偏低的缺点,大幅提高厌氧发酵系统的稳定性和产气特性,从而受到人们青睐,已逐渐成为研究的热点。在厌氧消化过程中,底物的水解被认为是限速步骤,对底物发酵前的预处理直接影响厌氧消化的产气效率。
因此,本文以餐厨垃圾和WA S厌氧共消化技术为对象,针对餐厨垃圾和WAS的液质化难题,以分解菌分泌水解酶分解餐厨垃圾和游离亚硝酸(Free nitrous acid,FNA)破坏WAS细胞壁并形成协同作用为基础,基于以废治废的理念,通过批次试验的方法,探究预处理对两者厌氧共消化的影响,研究的主要结果如下:
(1)对取自金华市某污水处理厂好氧池活性污泥中成功分离出两株可以产淀粉酶、蛋白酶、脂肪分解酶和纤维素分解酶的分解菌:PAD-1和PAD-2,两株菌属于真菌类曲霉属(Aspergillus)。
(2)将米饭废弃物作为固态发酵生产酶混合物的唯一碳源,原位培养PAD-1和PAD-2分解菌,获得富含多种水解酶的真菌醪(Fungal mash,FM)。利用真菌醪对餐厨垃圾进行真菌醪预处理试验,在50℃、150rpm的条件下,控制真菌醪添加量为5g/L,处理餐厨垃24h后,混合物的溶解性化学需氧量(Solub le c he mica l oxygendemand,SCOD)分别提高了88%和82%,游离氨基氮(Free amino nitrogen,FAN)和多糖浓度提升了2倍,PAD-1的处理效果略优于PAD-2,继续提高真菌醪的添加量,SCOD的增加不明显,因此,真菌醪为5g/L是餐厨垃圾预处理的最适添加量。
(3)同等添加量的真菌醪(5g/L)对于WAS的水解也有良好的效果。PAD-1和PAD-2两种菌对WAS水解过程在最初的6h内基本完成,处理组SCOD释放分别提高了约67%和71%,挥发性固体(Volatile solids,VS)分别减少了14.5±2.3%,15.39±1.4%。同样,FNA预处理也可以改善WAS的水解,从经济性考虑,FNA=0.78mg N/L是FNA预处理WAS的最适浓度。
(4)将FNA+真菌醪联合用于WAS预处理,处理效果要明显优于两者单独预处理,先真菌醪预处理后FNA处理的方法,两者在一定程度上形成了协同作用,强化了预处理效果。相较于报道的真菌醪和FNA单独预处理,甲烷产量最高分别提升了约13%和23%。同时WAS厌氧消化的停留时间从21天缩短到12天和15天。经过FNA和真菌醪联合预处理,WAS厌氧消化结束后污泥的VS降低了约25~28%。
(5)构建全混式厌氧反应器(Continuous stirred tank reactor,CSTR)进行餐厨垃圾和WAS的厌氧共消化实验,FNA+真菌醪联合预处理对于餐厨垃圾和WAS的厌氧共消化具有促进作用,由PAD-1+FNA和PAD-2+FNA预处理后,厌氧共消化的平均甲烷产率分别提高了约45%和38%,VS降低分别为26.8±2.6%和25.8±2.8%,与实验对照组17.6±1.9%相比,相对增加了约52%和47%。