多种水果废弃物厌氧消化产甲烷能力的研究
全球每年会产生大量的水果废弃物。与农作物秸秆等传统农业生物质废弃物不同的是，水果类废弃物有机物含量高，湿度大，极易腐败，如不妥善处理会对环境造成污染，并引发蚊虫滋生、疾病蔓延等一系列后果。厌氧消化技术较为适合用来处理水果类废弃物，该技术不仅能够高效降解水果类废弃物，还能够产生清洁能源沼气。目前各国学者已对农业、养殖业和市政等领域的有机废弃物的厌氧消化利用有较为深入的研究，但在水果类废弃物作为单一底物的可消化性方面还存在较大空白。本课题广泛研究了多种水果废弃物的厌氧消化产气性能及相关性质，并以榴莲壳为重点，进行了优化产气条件和与粪便进行厌氧共消化的研究。 首先，研究和比较了17种水果废弃物的厌氧消化产甲烷性能。结果表明有些水果废弃物富含脂质或碳水化合物，如枇杷皮和红毛丹核，比较适合用来进行厌氧消化产气。而木质素含量较高的水果类废弃物厌氧消化产气不佳，不建议作为单一底物进行发酵。采用了多元线性回归模型来模拟水果废弃物的厌氧消化实验产甲烷量和其有机组分间的关系，通过该模型可对其他水果废弃物的实验产甲烷量进行预测。四种动力学模型被用来对多种水果废弃物的厌氧消化过程进行拟合。结果显示相比于一阶动力学模型和Fitzhugh模型，修正的Gompertz模型和Cone模型对于水果废弃物的拟合度更高。 其次，基于上述实验结果，结合各种水果废弃物的实际产生量和利用价值，对榴莲壳废弃物展开了更深入的研究。采用响应面法，以产甲烷量最大化为目标，系统研究了榴莲壳在不同进料有机负荷和F/I下的厌氧消化产气性能。结果显示在0.2到2的范围内，F/I越低越好。同时，当进料有机负荷从3上升至27gVS/L时，榴莲壳的甲烷产量呈现先急速上升后缓缓下降的趋势。计算得出当F/I为0.2，进料有机负荷为20.45gVS/L时的实验产甲烷量最高，为170.6ml/gVS。为了使最佳迸料参数更具实际意义，选取0.5为进料时最佳F/I，此时的最高实验产甲烷量为165.0ml/gVS，对应的进料有机负荷仍为20.45gVS/L。对出料液性质的分析表明在该条件下的厌氧消化系统是稳定的。 此外，结合响应面实验的结果，本课题在总负荷为20gVS/L，F/I=0.5的反应条件下，对榴莲壳和鸡粪、牛粪和猪粪以不同比例进行厌氧共消化的研究。结果显示鸡粪和牛粪不宜用来和榴莲壳进行厌氧共消化反应。而猪粪能够提升猪粪-榴莲壳共消化系统的产甲烷性能。当榴莲壳∶猪粪=50∶50时，其实验产甲烷量为224.8ml/gVS，高于榴莲壳或猪粪单一厌氧消化时的实验产甲烷量。经协同性分析，榴莲壳∶猪粪为50∶50和25∶75时，榴莲壳和猪粪间均表现出协同作用。实际实验产甲烷量与加权产甲烷量的差值分别为27.5和10.3ml/g VS。50∶50的实验组协同作用更加明显，产甲烷量更高。
水果废弃物;厌氧消化;甲烷;产气性能
北京化工大学
硕士
环境科学与工程
张瑞红;陈畅
2017
中文
X712;X705
85
2017-08-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）