复合菌剂/导电材料强化餐厨垃圾厌氧消化机制研究

来源 :贵州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yannini01
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
厌氧消化(Anaerobic Digestion,AD)是一种经济有效的技术,可将餐厨垃圾(Food Waste,FW)转化为沼气,强化厌氧消化对于解决能源与环境之间的矛盾、实现社会可持续发展具有重要意义。本文通过在餐厨垃圾厌氧消化系统中添加复合菌剂/导电材料(铁基金属有机框架(Fe-Metal-Organic Framework:Fe-MOF),科琴黑),考察了对餐厨垃圾采用单独添加复合菌剂,导电材料(Fe-MOF,科琴黑)及联合添加复合菌剂/导电材料两种策略下,厌氧消化的产气情况、有机物去除率、料液特性和动力学过程,并结合导电材料(Fe-MOF,科琴黑)的电化学性质、官能团等理化性质分析其对厌氧消化的强化机制。探求复合菌剂、导电材料(Fe-MOF,科琴黑)在厌氧消化领域的应用,为强化餐厨垃圾厌氧消化性能提供理论依据。主要研究内容及结果如下:(1)餐厨垃圾厌氧消化系统中添加5种市售复合菌剂,研究其对累计沼气产量的影响,筛选出产气量最大的复合菌剂,寻求系统中该复合菌剂的最佳添加量,并结合沼气产量、料液情况、有机物去除率等指标,从动力学角度阐明复合菌剂对餐厨垃圾厌氧消化的产气特性与机制。结果表明,5种市售复合菌剂添加量为0.5g·L-1的厌氧消化系统中,添加CB5复合菌剂的系统累计沼气产量为4287.5 m L,较空白组提高了79.19%;当CB5复合菌剂添加量从0.2 g·L-1至1.0 g·L-1,沼气产量、总固体(Total Solids,TS),挥发性固体(Volatile Solids,VS)及COD(Chemical Oxygen Demand,COD)去除率均提高,当添加量为1.0g·L-1时,累积沼气产量达到最大值为474.5 m L·g-VS-1,提高了31.95%;TS、VS和COD去除率分别提高了45.93%、16.32%、16.24%。修正的Gompertz模型结果显示,添加CB5复合菌剂使厌氧消化迟滞期从3.042 d缩短到1.397 d,锥模型模拟结果显示,水解速率常数从0.096d-1增加到0.123 d-1,增加了56.25%,表明添加复合菌剂对水解速率的增加效果较显著。(2)研究单独添加导电材料Fe-MOF/科琴黑对餐厨垃圾厌氧消化沼气产量、料液特性、有机物去除率的影响。根据导电材料Fe-MOF/科琴黑的理化性质、消化体系中ETS活性变化及产气动力学过程,阐明Fe-MOF/科琴黑强化餐厨垃圾厌氧消化机制。结果表明,在餐厨垃圾厌氧消化系统中添加适量的Fe-MOF/科琴黑能显著提高厌氧消化的累积沼气产量和有机物去除率,缩短迟滞期。Fe-MOF/科琴黑添加量分别为0.5 g·L-1和0.2g·L-1时,餐厨垃圾厌氧消化系统性能达到最优。添加Fe-MOF累积沼气产量为438.4m L·g-VS-1,比空白组提高了27.50%;科琴黑的累积沼气产量为465.5 m L·g-VS-1,比空白组提高了29.45%。Fe-MOF添加对底物的TS、VS和COD去除率分别提高了18.28%、40.52%、15.31%;而科琴黑对底物的TS、VS及COD去除率比Fe-MOF分别高2.01%、6.78%和4.28%;添加科琴黑较Fe-MOF对系统强化效果更好。Fe-MOF和科琴黑的FT-IR分析表明,其具有相同呈碱性的官能团,分别为-OH、C≡C、C=O、COO-、C-O,与NH3或H+结合,可降低系统中氨氮浓度,提高p H值,增加缓冲能力;Fe-MOF和科琴黑的Zeta电势分别为22.34 m V和-22.63 m V,为建立直接种间电子传递(Direct Interspecies Electron Transfer:DIET)提供良好环境;导电率分别为0.1875 m S·cm-1和0.2493m S·cm-1,为建立DIET提供路径;Fe-MOF和科琴黑添加能提高厌氧消化系统中ETS活性2倍以上,说明Fe-MOF和科琴黑具有丰富的有机官能团和电化学性质能为微生物的生长繁殖提供合适的环境和较快的电子交换能力。采用修正的Gompertz模型对沼气产量进行拟合,结果表明,Fe-MOF使厌氧消化的迟滞期从3.042 d缩短到2.006 d,缩短34.06%,而科琴黑能使迟滞期缩短到1.544 d,缩短49.2%。通过沼气产量、VS、TS和COD去除率的提高和迟滞期缩短程度,表明添加科琴黑强化餐厨垃圾厌氧消化性能优于添加Fe-MOF;空白组、添加科琴黑和Fe-MOF的水解速率常数分别为0.096 d-1、0.092 d-1和0.061 d-1,表明添加科琴黑对水解速率的增加效果不明显,而添加Fe-MOF有抑制作用。(3)餐厨垃圾厌氧消化系统中联合添加筛选出的复合菌剂和科琴黑。结果表明,与单独添加相比,联合添加复合菌剂和科琴黑能进一步提高餐厨垃圾厌氧消化产气性能,使TS、VS及COD降解效果更显著。复合菌剂和科琴黑联合添加,投加量分别为1.0 g·L-1和0.2 g·L-1时,累积沼气产量从359.6 m L·g-VS-1提高到518.8 m L·g-VS-1,高于空白组44.27%,比单独添加提高了9.29%~11.45,VS、TS和COD去除率分别为88.59%、51.64%和73.66%,相比空白组分别提高了29.09%、64.86%、26.93%。分别用一阶动力学模型、修正的Gompertz模型、锥模型和函数传递模型对各实验组的沼气产量进行拟合,结果表明,修正的Gompertz模型和锥模型拟合精度均高于0.99,联合添加策略使迟滞期从3.042 d缩短到1.310 d;水解速率常数由0.095 d-1增加到0.133 d-1,强化效果较为显著。
其他文献
本文讨论了一类融合式液压实验系统的分析与设计问题。该问题源于某实验室建设的预研项目,有较强的理论和实际应用背景。该项目要求合理利用实验室原有实验系统,同时分析早期设计并付诸使用的液压实验系统(简称Ⅰ型实验系统),以此为基础,并以融合方式完成增补实验系统的设计工作。本文的具体任务是以融合方式增补设计一套基于串并联液压补偿功率回收方式的大功率液压泵、液压马达性能实验系统,包括液压系统和测控系统两部分。
聚变能是一种蕴含极其丰富的清洁能源,在磁约束热核聚变装置中,要克服的工程及物理难题主要是等离子体与器壁的相互作用。包括能量输出、壁材料防护等。偏滤器作为现代托卡马克装置以及未来聚变堆的关键部件之一,它能够调控能量输出和杂质密度、清洁主等离子体,因而在现代聚变装置中有着不可替代的作用。本论文主要介绍了J-TEXT托卡马克偏滤器位形的特点以及靶板探针诊断系统的建立,还包括初步物理实验分析及总结。J-T
随着现代化工业的迅猛发展,硬质合金凿岩工具在服役过程中承受的冲击及表面与岩石间发生的剧烈碰撞越来越明显,高效、耐久、经济的硬质合金已成为矿用工具制造者和科研工作者所追求的目标。然而,传统的矿用硬质合金工具存在硬度与韧性之间的矛盾:硬度越高,韧性就越低,这就成为传统硬质合金材料应用时的瓶颈,而梯度硬质合金和纳米晶硬质合金的出现为解决这一矛盾提供了新的思路。由于纳米晶硬质合金可同时具有高强度高硬度;表
综合孔径微波辐射计利用稀疏的小天线构成近乎最小冗余的干涉基线来成像,具有无需扫描就能实现瞬时成像和相同尺寸下有更高的分辨率等优势,因此其已广泛应用于卫星对地遥感、无源探测、弹载平台末制导等领域。但在安检和探测等领域,辐射计系统不得不增加天线数量以达到基线大量冗余来获得更高的灵敏度。而根据综合孔径成像的基本原理,相关函数的计算量正比于天线数量的平方,这又大大地限制了系统的阵列规模。为了改善上述矛盾,
大方坯连铸生产过程中,中心缩孔是影响材料力学性能的一个主要内部缺陷,实施重压下工艺对缩孔焊合具有十分重要的意义。本文结合国内某钢厂现场生产的360 mm×450 mm和320 mm×410 mm大方坯的生产工艺,分别以45#钢和U78CrV连铸坯为研究对象。采用数值模拟方法分别建立三维热力流与热力耦合模型,首先针对大方坯中心缩孔的形成,理论计算出缩孔半径与最优的修正Niyama临界值;研究了不同拉
纪检监察信访举报工作是中国特色的政治监督工作,是送上门来的群众工作,是党风廉政建设和反腐败斗争的重要基础性工作。江西省鹰潭市纪委监委坚持把信访举报工作做精做细做实,推动党内监督和群众监督有效贯通衔接,以高标准高质量的信访举报工作推动纪检监察工作高质量发展。做精信访举报分析,辅助研判政治生态。对信访举报问题,市纪委监委第一时间组织相关部门进行深入分析,定期总结一个单位、一个地区政治生态以及监督
期刊
轮毂电机直驱技术,具有缩短传动链、简化汽车结构、提高传动效率的优点,是电动汽车技术重要的发展方向。针对现有轮毂电机动力不足的问题,项目开发了一款轴径向磁场复合结构永磁同步电机,但其复杂的薄壁外转子结构和恶劣的汽车工况会对其动态性能产生不良影响。综合考虑电磁和结构参数对动态特性的影响,开展复合电机机电耦合动态特性研究,主要研究内容如下:(1)基于集成电动车轮构型,确定轴径向磁场复合电机的基本尺寸。选
锂离子电池具有比能量高、循环寿命长及环境友好等特点,被广泛应用在储能领域。为了满足人们对锂离子电池高比能量和低环境危害的需求,富锂锰基正极材料的研究日益增多。其中富锂三元正极材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2(LMNCO)由于具有放电比容量高,能量密度高和环境友好等优点,逐渐引起人们的关注。但其也存在首次不可逆容量损失过大、循环稳定性能和倍率性能较差的问题。为了有效的改善这些问
由Cu2+引发的环境污染问题已经受到了社会上的广泛关注。目前,吸附法是解决该问题的一种有效途径。因此,高效的Cu2+吸附剂的研发显得尤为关键。NaA分子筛是一种多孔材料,同时,其作为一种重金属Cu2+吸附剂,已被普遍应用在Cu2+的处理领域。然而,粉末形态的NaA分子筛在实际Cu2+处理工艺中,存在着难以被回收的问题。因此,将NaA分子筛磁化处理成为解决NaA分子筛在吸附环境中快速分离的一个热点方