论文部分内容阅读
近年来,随着我国经济发展和人民消费水平提高,人们对新鲜蔬菜的需求量逐渐增大。西葫芦是我国广为种植的蔬菜之一,其年产量高达800万吨。在西葫芦的种植过程中,每年大约会产生240万吨西葫芦藤废弃物。由于较高的含水率和有机含量,西葫芦藤的大规模丢弃不仅增加垃圾处理压力,造成环境污染,而且导致巨大的资源浪费。厌氧消化技术是一项广泛应用的技术,可以将有机废弃物转化为生物甲烷。该技术不仅能大规模地处理有机废弃物,而且能经济高效地产生清洁能源。因此,本课题系统地研究了西葫芦藤厌氧消化的产甲烷性能。首先,使用响应面法对西葫芦藤厌氧消化过程中的接种比和有机负荷进行优化。结果表明,接种比和有机负荷均对西葫芦藤的累积甲烷产量有显著影响。在接种比和有机负荷分别为0.75和17.78 gvs·L-1时,得到最高的累积甲烷产量为239.6 mL·gvs-1,生物降解率(Biodegradability,Bd)为 56.93%。随后,为了进一步提高产甲烷效率,研究了多种预处理方法,包括 KOH、Ca(OH)2、NaOH、碱性过氧化氢(Alkali hydrogen peroxide,AHP)、HC1和微波预处理,对西葫芦藤产甲烷性能的影响。结果表明,在所有的预处理中,4%NaOH、4%AHP和2%KOH预处理对西葫芦藤累积甲烷产量的提升效果最为显著(p<0.05),累积甲烷产量分别达到 338.3 mL·gvs-1、277.6 mL·gvs-1 和 266.1 mL·gvs-1,Bd 分别为 80.39%、65.96%和 63.21%,较未预处理(193.4 mL·gvs-1)分别提高了 74.92%、43.54%和37.59%。木质纤维素组成和结构分析表明,4%NaOH、4%AHP和2%KOH预处理能有效地去除西葫芦藤中的木质素和半纤维素,破坏致密的木质纤维结构,增加微生物对纤维素和半纤维素的可及性;而HC1预处理对西葫芦藤的木质纤维结构没有显著地破坏作用。最后,研究了不同有机负荷率(Organic loading rate,OLR)下西葫芦藤连续厌氧消化的产甲烷性能和系统稳定性,并比较了 4%NaOH、4%AHP和2%KOH预处理对西葫芦藤连续厌氧消化性能的影响。结果表明,未预处理西葫芦藤的连续厌氧消化系统在OLR为1.0-3.0 gvs·L-1·d-1时稳定运行;在OLR为3.0 gvs·L-1·d-1时,得到最高容积甲烷产量(0.546 L·L-1·d-1)。与未预处理相似,2%KOH预处理后的厌氧消化系统在1.0-3.0 gvs·L-1·d-1下稳定运行。在OLR为3.0 gvs·L-1·d-1时,2%KOH预处理显著提升西葫芦藤的容积甲烷产量为0.708 L·L-1·d-1,较未预处理提高29.7%。然而,4%NaOH和4%AHP预处理后西葫芦藤的连续消化系统在OLR为2.0 gvs·L-1·d-1时出现失稳现象,乙酸和丙酸的大量积累是破坏系统稳定性的主要原因。本课题系统地研究了西葫芦藤的高效转化方法,为西葫芦藤的资源化利用提供了参考,为未来西葫芦藤的工业化应用奠定了基础。