沼液回流和外源酶投加对秸秆污泥厌氧消化强化研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ernie_dun
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秸秆和污泥的处置问题已经是一大环境问题,厌氧消化是目前处理固体废弃物最有效的工艺,厌氧消化技术效率低是限制固体废弃物处置的主要原因,因此如何提高资源化技术效率迫在眉睫。近些年来,国内外主要关注于厌氧消化中预处理技术,酶解技术的研究。当今,生物质能的科学研究和固体废弃物资源化对产能效率提出了新要求,为构造高效混合厌氧消化产能工艺,本研究采用单因素批次实验的方法,研究了不同预处理方式、不同沼液回流、不同外源酶用量和不同复合酶配比对秸秆污泥中温厌氧消化的强化效果并为构造高效固体废弃物混合厌氧消化工艺提供技术参考。为研究不同预处理方式对中温(35℃)混合厌氧消化过程的影响。实验以秸秆污泥(w/w 1:2)混合物作为底物,采用秸秆热碱预处理、秸秆热碱超声预处理、无预处理、秸秆污泥混合热碱预处理、秸秆污泥混合热碱超声预处理5种不同的预处理方式,分析不同预处理下产气量、产气甲烷含量、发酵过程氨氮含量、s COD、总挥发酸(VFAs)的变化情况。结果表明:秸秆热碱超声预处理的产气量和甲烷产量均是最大,分别是1571 m L和800.7 m L,TS和VS去除率达到17.5%和47.8%,单位VS甲烷产量为381.29 m L·g-1·(VS),较未预处理的发酵瓶平均提高了81.8%,且无VFAs积累。秸秆热碱超声预处理可以作为秸秆污泥混合厌氧消化最佳预处理方式。在热碱超声单独预处理秸秆的方式下,运行CSTR反应器,在低负荷(6g VS/L/d)进料条件下,进行了重金属特性研究,分析了As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn和Hg八种重金属变化和存在形式,厌氧反应出料的重金属含量均满足GB 18918-2002污泥农用时污染物控制标准限值中酸性和碱性土壤应用的要求,即理论上可利用于农用污泥。为研究不同沼液回流对中温(35℃)混合厌氧消化过程的影响。实验以秸秆污泥(w/w 1:2)混合物作为底物,采用0%、20%、30%、40%、50%、60%等6种不同的沼液回流量,分析不同沼液回流量下产气量、产气甲烷含量、发酵过程氨氮含量、s COD、总挥发酸(VFAs)的变化情况。结果表明:50%的沼液回流产气量和甲烷产量均是最大,分别是1645m L和797.5m L,TS和VS去除率达到22.5%和48.1%,单位VS甲烷产量为613.45m L.g-1.(VS),较未加沼液的发酵瓶平均提高了37.7%,且无VFAs积累。50%沼液回流量可以作为秸秆污泥混合厌氧消化最佳回流量。厌氧产物中消化液可以以沼液回流方式进行部分资源化应用。为研究不同外源酶投加及投加比例对中温(35℃)混合厌氧消化过程的影响。实验以秸秆污泥混合物(w/w 1:2)作为底物,先采用0mg/g(TS)、60mg/g(TS)、80mg/g(TS)和100mg/g(TS)等4种不同的外源酶投加量,设置蛋白酶、纤维素酶实验组共7组,随后在最优投加量下,分别将两种酶按1:1、1:2、2:1、1:3、3:1五组投加比设置五组实验,分析各组产气量、甲烷含量、发酵过程氨氮含量、多糖、蛋白质、总挥发酸(VFAs)的含量以及酶活的变化情况。结果表明:中性蛋白酶:纤维素酶为1:2的酶配比甲烷产量最大,是373.05 m L,TS和VS去除率达到10.0%和43.5%,且无VFAs积累。酶配比(中性蛋白酶:纤维素酶)1:2可以作为秸秆污泥混合厌氧消化最佳外源酶投加量。通过HPLC对多酶联合反应消化液进行分子量测定,发现反应中分子量随时间不断减小,厌氧消化产物中高分子物质主要是生物聚合物和高分子量腐殖酸。综上所述,热碱超声预处理秸秆、沼液回流和外源酶投加都会提高秸秆污泥混合厌氧消化的消化产率。该工艺成熟可靠,具有一定的工程应用意义,可为秸秆污泥混合高效厌氧消化产能工艺的构造提供数据参考。
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