餐廚垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的研究.pdf

1、隨著人口的日益增長和人類生活水平的不斷提高，難以避免地產(chǎn)生了大量餐廚垃圾，若不對其進(jìn)行合適的處理處置則會嚴(yán)重危害環(huán)境安全和人類健康。另外，對化石能源的過度開采和利用引發(fā)了越來越突出的能源危機(jī)和環(huán)境污染問題，人類對開發(fā)可再生能源表現(xiàn)出空前的熱情和渴望。餐廚垃圾被證實是厭氧發(fā)酵的理想底物，其產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸（VFA）具有廣闊的利用空間。利用餐廚垃圾厭氧發(fā)酵回收 V FA，可以同時實現(xiàn)處理廢棄物和生產(chǎn)新能源的雙重目標(biāo)，有利于緩解21世紀(jì)的環(huán)

2、境污染和能源危機(jī)。然而，較低的V FA產(chǎn)量制約了此技術(shù)的實際生產(chǎn)。本文主要從提高餐廚垃圾水解效率、抑制產(chǎn)甲烷菌活性以及優(yōu)化產(chǎn)VFA過程的影響因素三方面解決此問題。
　　首先，通過選擇合適的預(yù)處理方式來提高餐廚垃圾的水解效率。優(yōu)化了超聲和酸單獨預(yù)處理以及超聲-酸聯(lián)合預(yù)處理的操作條件，并考察了這三種預(yù)處理對 VFA產(chǎn)量的影響。研究結(jié)果表明：單獨超聲預(yù)處理的優(yōu)化條件為超能量密度1W/mL和超聲時間20min；單獨酸預(yù)處理的優(yōu)化條件為pH

3、2和處理20h；響應(yīng)曲面法（RSM）獲得超聲-酸預(yù)處理的優(yōu)化條件為超聲能量密度1.13W/mL和pH1.43。此時這三種預(yù)處理取得的破解度分別為57.38％、46.90%和69.52%，VFA產(chǎn)量分別為976.12、115.68和418.94mg COD/g VS，說明酸和超聲-酸預(yù)處理不利于后續(xù)的厭氧發(fā)酵提高 VFA產(chǎn)量。因此選擇超聲作為餐廚垃圾的預(yù)處理方式，預(yù)處理條件為：超聲能量密度1W/mL和超聲時間20min。
　　然后，

4、針對發(fā)酵過程中產(chǎn)甲烷菌消耗V FA造成V FA產(chǎn)量降低的問題，本文提出通過調(diào)整底物與接種物之比（S/I）的方式解決，利用系統(tǒng)形成的緩沖能力將pH維持在有利于底物水解酸化同時抑制甲烷化的范圍。在序批式發(fā)酵實驗中，超聲預(yù)處理后的餐廚垃圾在S/I為6時獲得的VFA產(chǎn)量（976.12mg COD/g VS）和VFA/SCOD（72.27%）均遠(yuǎn)高于其他S/I和未預(yù)處理時的情況。這主要歸因于超聲預(yù)處理提高了底物的水解效率，同時優(yōu)化的S/I將 pH

5、維持在5.3-6.4的范圍，有利于底物的進(jìn)一步水解，且能抑制甲烷的產(chǎn)生。因此，將超聲預(yù)處理的餐廚垃圾調(diào)整S/I為6進(jìn)行厭氧發(fā)酵能有效地提高VFA產(chǎn)量。
　　最后，設(shè)置半連續(xù)流實驗以考察通過超聲預(yù)處理和優(yōu)化 S/I來提高 VFA產(chǎn)量的方法在VFA半連續(xù)生產(chǎn)中的可行性。用RSM獲得了優(yōu)化的運(yùn)行條件：S/I為5、溫度（T）為40℃、固體停留時間（SRT）為7d以及有機(jī)負(fù)荷率（OLR）為9g VS/L d，此優(yōu)化條件下獲得了較高的VFA產(chǎn)

6、量（867.42mg COD/g VS）和VFA/SCOD（88.65%）。對發(fā)酵過程中溶解性有機(jī)物濃度的測定和三維熒光光譜分析均顯示優(yōu)化條件提高了有機(jī)物的水解效率。并且發(fā)酵過程獲得了較低的甲烷產(chǎn)量20.56 ml/g VS，僅為理論產(chǎn)量的5.34%，說明此時產(chǎn)甲烷菌的活性被有效抑制。這主要歸因于發(fā)酵過程中氨氮釋放提供了較高的堿度，同時發(fā)酵液的定時輸出和新鮮底物的定時輸入中和了降低的pH，使其維持在5.2-6.4的范圍，該 pH范圍被證