餐饮废物厌氧生化处理产氢要素影响研究

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针对目前餐饮废物发生量逐年递增,国内缺乏餐饮废物循环利用技术、餐饮废物循环利用率低下等问题,论文利用厌氧发酵的基本原理,以餐饮废物为基质,开展了餐饮废物厌氧生化处理制造富含氢气合成气的实验研究,探讨了餐饮废物发酵过程中产氢特性及其要素影响,探索了利用餐饮废物发酵制造富氢合成气的可行性以及技术要素。论文分别开展了餐饮废物水解、厌氧发酵产氢实验,解析了从餐饮废物向氢气转化的历程,探讨了温度、搅拌速度、菌种以及菌种预处理条件等操作要素对氢气发生的影响。在遴选出最佳接种物基础上、通过对比发酵各历程中CODCr、还原糖、氨氮、总磷浓度,最终优化出最佳操作条件。研究表明,在厌氧发酵历程中,温度起到至关重要的作用,温度控制在35℃时,最有利于餐饮废物厌氧发酵的顺利进行。发酵过程中,对发酵液进行必要的搅拌对促进产氢同样具有积极作用,控制合理搅拌速度对提高产氢收率有利,但搅拌速度不宜过快,否则将彻底破坏厌氧进程。对比发现,利用餐饮废物进行产氢发酵时,反应温度控制在35℃、搅拌速率维持在400r/min时,可以获得最大产氢收率,其中,氢气浓度可达39.93%,累积产氢量可达394.5mL。此外,餐饮废物的厌氧发酵制氢系统中,接种活性污泥、酸菜汤等菌种,均可进一步促进氢气的发生。其中,活性污泥中的产氢菌数量相对较高,更适用于发酵制氢过程。作为产氢菌种,利用活性污泥进行接种前,对活性污泥实施必要的预处理,对促进发酵产氢反应发生具有积极意义。活性污泥的预处理可以是酸处理、碱处理及热处理。对活性污泥分别进行适当温度的热处理、合理的酸处理及碱处理均会不同程度地提高产氢菌的活性,从而提高餐饮废物水解液的总产气量以及产氢量。其中,热处理的最佳温度为80℃、最佳热处理时间为10min,最佳酸处理pH值为4,最佳碱处理pH值为12。对比发现,活性污泥经pH值为12的碱预处理后用于发酵系统时,产氢效果最佳,氢气浓度可达43.24%,累积产氢量可达495.1mL。而在利用经pH值为4的酸处理后活性污泥进行接种的厌氧发酵过程中,所获得的合成气中氢气含量达42.2%,累积产氢量达422.0mL。活性污泥经10min,80℃热预处理后用于厌氧发酵时,可以获得氢气含量为38.67%的合成气,累积产氢量为402.17mL。
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