长链脂肪酸对餐厨垃圾发酵性能的影响研究

来源 :西安建筑科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhairui15
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
近年来随着居民生活水平的提高,我国餐厨垃圾年产量也随之增加。厌氧发酵技术目前被认为是处理餐厨垃圾的最佳方式,但是餐厨垃圾中含油率较高,厌氧发酵过程产生的长链脂肪酸(Long chain fatty acids,LCFAs)对厌氧微生物具有一定的抑制作用,但其积累特性及对厌氧发酵过程的影响仍有待进一步探究。基于此,本研究考察了不同有机负荷(Organic loading rate,OLR)下餐厨垃圾厌氧发酵过程中LCFAs的产生及降解特性,并从微生物增长动力学特性的角度揭示了典型LCFAs的积累成因;系统性的解析了LCFAs对厌氧发酵各个阶段(水解阶段、产酸阶段和产甲烷阶段)的影响,阐明了LCFAs对厌氧发酵各个阶段的抑制作用。主要得到以下结论:(1)设定餐厨垃圾F/M分别为0、0.37、0.63、1.19和1.58,随着F/M的升高,LCFAs的积累浓度逐渐增加。随着F/M从0增加至0.63,LCFAs的积累急剧增加,当F/M大于0.63时,总LCFAs的增加趋势逐渐平缓,说明在F/M在0-0.63范围内,对LCFAs积累的影响更为显著。此外,相对于空白组(LCFAs积累量35.41mg/L),各F/M条件下的LCFAs浓度分别增加了45.8%、94.1%、102.2%以及106.2%,且各负荷条件下的主要LCFAs的积累类型主要为棕榈酸、硬脂酸和油酸,其中硬脂酸的占比最高,在各个浓度下(空白组除外)分别达到了43.02%、59.2%、61.2%和63.3%;(2)考察了不同浓度条件(1000 g COD/L、3000 g COD/L、5000 g COD/L、8000 g COD/L以及10000 g COD/L)下典型的LCFAs(棕榈酸、硬脂酸和油酸)的产甲烷特性,结果表明:随着浓度的增加,LCFAs对产甲烷菌的抑制愈加明显。各浓度条件下的典型LCFAs的降解速率均呈现相同趋势,即棕榈酸>硬脂酸>油酸。此外,虽然油酸的延滞期较长,但微生物的最大生长速率(1.28d-1)较大于硬脂酸(0.35d-1),该结果主要是因为在油酸降解低于抑制浓度后,微生物能快速恢复活性,即表明这种抑制是可逆的;(3)微生物群落解析结果表明:Clostridium_sensu_stricto菌是各LCFAs组中的优势菌属,该菌在厌氧发酵过程中将不饱和LCFAs转化成饱和LCFAs,这也是在油酸中该菌的相对丰度(10.3%)远高于棕榈酸(3.2%)和硬脂酸(3.4%)的原因。从古菌层面分析,在棕榈酸和硬脂酸中,嗜乙酸产甲烷菌Methanothrix菌是主要古菌属,而油酸中的主要古菌属为氢营养型产甲烷菌Methanosarcina菌、Methanobacterium菌以及Methanomassiliicoccus菌,表明棕榈酸和硬脂酸的降解主要是通过乙酸型产甲烷菌完成甲烷化的过程,而油酸的降解是通过传统的氢营养型产甲烷菌完成甲烷化的过程;(4)通过LCFAs对餐厨垃圾厌氧发酵过程中各个阶段的影响研究中发现:在水解阶段中,各浓度条件下油酸对该阶段的抑制程度均大于棕榈酸和硬脂酸,并且在油酸组中蛋白质和多糖的降解率随浓度的增加分别降低了76.7%和48.3%,而在棕榈酸组和硬脂酸组中,蛋白质、多糖的降解率随浓度的增加分别只降低了7.9%和14.6%、3.3%和11.5%;产酸阶段中发现LCFAs的添加能够加快TVFAs的产生,且发现TVFAs与棕榈酸(r=0.981,p<0.003)、硬脂酸(r=0.998,p<0.000)和油酸(r=0.988,p<0.002)的浓度呈显著的正相关关系;在产甲烷阶段中,LCFAs的添加对该阶段均具有抑制作用,且IC50棕榈酸(7666.64mg COD/L)>IC50硬脂酸(6037.82mg COD/L)>IC50油酸(4276.23mg COD/L),即表明了LCFAs随碳链和不饱和双键的增加对产甲烷过程的抑制愈加强烈的原因。
其他文献
相比于普通民用建筑,工业厂房建筑具有生产设备多,体量大及内部有较大通敞空间等特点,其生产过程中往往会散发大量热量,导致工业厂房内部形成高温环境。为及时排出厂房内余热,传统的解决方案往往依靠空调送风、机械排风等措施,在提高厂房内部环境质量的同时,也造成建筑能耗巨大。课题中提出应用热源羽流效应诱导的热压自然通风可以改善建筑内部的热环境,是高温厂房中常用的有效降温途径之一。因此本研究内容可以高效解决工业
学位
高效的储能技术被认为是向可再生能源成功过渡的关键,而电化学储能技术正在并将在实现这一理想目标方面发挥重要作用。锂离子电池(LIBs)具有相对较高的能量密度、功率密度和工作电压以及长循环寿命、低自放电率和友好等优点,在储能领域具有良好的发展前景。此外,LIBs在设计方面比较灵活,适用于便携式电子设备的广泛应用,能够以各种尺寸和形状制造,以有效地填充可用空间。然而,新能源汽车的迅速崛起,使得对LIBs
学位
铅(Pb)是我国土壤重金属污染优控目标之一,在土壤铅污染修复的实践中,通过加入吸附剂对土壤中的铅进行植物有效性钝化是常用方法。近年来,采用水热炭(Hydrochar,HC)进行土壤重金属污染控制的效果显著,但HC材料在不同土壤理化条件下的结构及化学稳定性及其影响研究缺失,限制了这一技术的进一步发展。HC表面附着有氧化碎片(Hydrochar debris,HD),结构、性质类似于富里酸,在碱性条件
学位
近年来,我国人口老龄化情况不断加剧。而我国长期计划生育的实施促使当下社会家庭结构模式形成“421”结构,不断增多的老人给当前“421”家庭结构模式中处在中间位置“2”的青年家庭带来赡养老人的压力。在这种社会普遍的压力促使下,机构养老模式或将成为未来更多老人的养老选择。而这些刚刚转变观念走向机构养老的高龄老人无疑会对未来几年社会机构养老需求量造成巨大影响。现有的养老院居住空间逐渐不能满足当下老人对养
学位
由于锂金属具备高的理论比容量(3860 m Ah g-1)、低的工作电位(-3.040 V)以及低的密度(0.59 g cm-3),以锂金属作为负极并搭配各类正极材料的锂金属电池成为当下解决动力电池里程焦虑的重要研究对象。当前锂金属电池研究的主要问题在于如何在保证其安全性的前提下进一步提升锂金属电池的能量密度和循环寿命。锂金属电池的安全性主要可以通过开发固态电解质(SEs)制备固态锂金属电池实现,
学位
我国的气候类型丰富,为减少建筑在使用过程中所使用的化石能源,应因地制宜选取适用的被动式设计策略。基于焓湿图的建筑气候分析方法可以帮助建筑师快速的找到适用于当地气候的设计模式,该分析方法的准确性受到其内置热舒适模型与建筑模型的影响,而现有的建筑生物气候分析图对我国不同地区的人体热适应性考虑不充分;我国未来主要新增建筑将为城镇居住建筑,与建筑生物气候图种内置的小型单体建筑不相符。同时我国目前被动式设计
学位
高熵合金是在含有多个主元素的基础上设计并开发出来的一种新型合金。这种复杂的元素组成不似传统合金一样形成复杂的相结构,其相结构往往是简单的面心立方(FCC)或体心立方(BCC);且该新型合金一般兼具较高的强硬度和耐磨等优异的性能。然而,高熵合金也存在强塑不匹配的问题,即单相BCC合金具有较高的强硬度和较低的塑性;而单相FCC合金则相反,具有较优异的塑性和较低的强硬度,这严重制约了其在工业领域的应用。
学位
高熵合金具有优异的力学性能、耐磨性、耐蚀性以及耐高温性能,在极端工况下具有巨大的应用潜力。激光熔覆技术凭借能量密度高、稀释率低、快热快冷、界面冶金结合等特性,成为制备高熵合金的主要方法之一。但是单相面心立方(FCC)或体心立方(BCC)的高熵合金,由于强度-塑性不匹配而导致综合性能不佳,限制其工程应用。硬质颗粒增强FCC结构高熵合金是解决强度-塑性不匹配的重要途径,成为国内外研究热点之一。本文系统
学位
钠离子电池作为最具潜力的新一代储能器件,其优势在于成本低廉、安全性高、充电快,但由于Na+离子半径大,在电极材料中的脱嵌阻力大,导致钠离子电池容量和循环性能都不及锂离子电池,因此,研发具有优异电化学性能的钠离子电池电极材料意义重大。MoS2作为一种典型的层状结构金属硫化物,十分适合金属离子的脱嵌。本文,基于生物质,通过水热法和常温包覆等手段,构筑了核壳结构的生物碳与MoS2复合材料,并系统研究其电
学位
在铝合金摩擦搅拌焊接(FSW)过程中,由于材料在两侧流动方式不同,焊缝各区组织结构产生差异,焊缝甚至材料整体会产生残余应力。对于异种铝合金的FSW焊接,由于两侧材料的成分和物理性能不同,组织结构的差异会更为明显且更易产生较大的残余应力,而残余应力的大小和分布直接影响着工件的耐腐蚀性能,限制了铝合金FSW焊接构件的进一步应用。因此,研究异种铝合金板材FSW焊接残余应力分布以及残余应力对腐蚀性能的影响
学位