餐厨垃圾模型物质厌氧产酸产氢及碳流平衡

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餐厨垃圾排放量越来越大,已经对环境造成了很大的负担,如何使餐厨垃圾减量化、无害化、资源化、能源化,已成为近年科学研究的热点。厌氧发酵产氢产酸工艺可以将餐厨垃圾中的有机物转化为氢气和挥发性脂肪酸(VFAs),有巨大的经济价值。餐厨垃圾中原料复杂多样,对发酵过程影响巨大。本研究选取餐厨垃圾中的两种主要成分——蛋白质和葡萄糖,以不同的方式改变发酵瓶内顶空气体参数,探索其对发酵过程的影响因素拟为日后餐厨垃圾的处理提供一定的指导。课题首先在以蛋白质为发酵原料,探究顶空气压、蛋白质浓度和HRT对发酵过程的影响的试验中,三因素对VFAs影响显著。当蛋白质浓度小于12.50 g/L,HRT小于36h时,VFAs浓度较高,负压条件可以显著提高挥发酸浓度,酸产率有类似的结果。通过响应面分析,得到三因素的影响大小;分别以VFAs浓度和产率为最大响应值时,得到最优参数。然后以葡萄糖和蛋白质为底物,以不同的顶空条件(CO2+H2、H2+N2、N2鼓吹)进行发酵时,影响发酵进程的主要因素是氢分压、二氧化碳分压和同型产乙酸反应。当以蛋白质为底物时,氢分压只有在极低的情况下才会促进产酸,当氢分压大于0.268 atm时,同型产乙酸反应在发酵过程中开始发挥主要作用。N2鼓吹会降低酸产率,CO2+H2组更有利于产酸。当以葡萄糖为底物时,N2的鼓吹有利于产气,在40 L/d时,氢气的产率最大,为0.350 mol/mol葡萄糖。在VFAs方面,影响整个发酵进程的主要因素依然是氢分压、二氧化碳分压和同型产乙酸反应。CO2+H2组中,VFAs的浓度随着H2水平的提高而波动,而H2+N2组会随H2水平的增大有一定程度的增加,N2鼓吹组则先降后升,VFAs的产率变化的趋势与浓度相似。总体来说,氢气与二氧化碳混合组更适合产酸。以葡萄糖为底物进行流平衡分析时,乙酸和氢气是重点关注对象,根据模型,同型产乙酸反应在代谢网络中占据不低的地位,其通量R21=0.147,远大于另外其它耗氢途径,对产氢过程有重大影响。
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