餐廚垃圾厭氧消化的生物制氫研究.pdf

1、氫氣燃燒時產(chǎn)生水而不是溫室氣體，因此被認為是可再生的清潔能源。氫氣的獲得途徑有多種，如從化石燃料中獲取等。但因生物生產(chǎn)氫氣的過程和其他傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝相比具有無害環(huán)境及節(jié)能等特點而更加受到歡迎。常用的生物制氫方法中，暗發(fā)酵具有更低的生產(chǎn)成本，因為以淤泥形式存在的梭狀芽胞桿菌聯(lián)合體可以作為接種物。除了接種物，厭氧發(fā)酵也需要底物來進行生物制氫。為此，制氫研究領(lǐng)域中城市生活垃圾的有機成分、餐廚垃圾(FW)因其揮發(fā)性固體和有機質(zhì)含量高獲得了較高關(guān)注

2、。統(tǒng)計資料顯示，在2013年，中國產(chǎn)生了1.7239億噸餐廚垃圾。餐廚垃圾的主要組成是米飯和面條，即40％餐廚垃圾是由米類殘余(RW)和面類殘余(NW)構(gòu)成。
　　鑒于以上事實，本研究中應(yīng)用550ml實驗室規(guī)模的沼氣池，在不同pH值和溫度控制下，采用餐廚垃圾與熱沖擊污泥等比例混合進行氫氣的生產(chǎn)。生物制氫期間，研究了培養(yǎng)期的化學(xué)需氧量(COD)、揮發(fā)性固體(VS)、PH下降值、葡萄糖消耗量和揮發(fā)性脂肪酸生成。使用經(jīng)修正的Gomper

3、tz方程來研究生物產(chǎn)氫的動力學(xué)參數(shù)。選擇響應(yīng)面法通過二次建模對研究結(jié)果進行更好地展示。結(jié)果概括如下;
　　1、將餐廚垃圾、面類殘余和米類殘余分別與作為梭狀芽孢桿菌聯(lián)合體來源的污泥混合，在不同的物理條件（pH5，6和7，溫度37℃和55℃）下進行生物制氫研究。過程中每12h后，人為調(diào)整pH值為初始值。研究發(fā)現(xiàn)當pH從5增至7，所有測試廢棄物的生物氫產(chǎn)量增加;而當溫度增加，只有餐廚垃圾的生物產(chǎn)氫量增加。pH為7時，在常溫面類殘余中產(chǎn)生

4、的生物氫量最高，為115.76ml/VS。實驗表明，pH值從7降到4.8±0.2的過程是對于中高溫條件下的廢棄物而言都是生物產(chǎn)氫的最佳條件，另外大部分的氫生產(chǎn)于72小時的培養(yǎng)期。
　　2、研究了在初始pH值為7且沒有pH控制的條件下，餐廚垃圾、面類殘余和米類殘余在中溫升至高溫過程中的生物產(chǎn)氫量。實驗結(jié)果表明，中溫溫度(37℃)升高至高溫(55℃)過程是提高餐廚垃圾和面類殘余生物制氫的有效途徑，但對米類殘余而言溫度升高則有負面影響。

5、大部分的產(chǎn)氫是在孵化48小時一直持續(xù)到72小時，在此期間pH值從初始的7降至4.3（中溫）和4.4（高溫）。最大產(chǎn)氫量82.47 mL/VS，131.38 mL/COD和44.90 mL/glucose分別是從高溫餐廚垃圾，高溫面類殘余和中溫米類殘余中獲得。
　　3、在pH控制間隔為12h(PM12)和24h(PM24)及溫度37±0.1℃和55±0.1℃下研究餐廚垃圾和其2個附屬衍生物的生物制氫量。生物制氫行為在PM12的反應(yīng)器

6、中好過在PM24的反應(yīng)器。pH值從7降到5.3是適合面類殘余在中溫條件下的共同消化，此時pH管理間隔12h(PM12)條件下的氫產(chǎn)量最高，為145.93 mL/g COD。當溫度從37℃增加到55℃和pH值管理間隔從24h降至12h時，餐廚垃圾、面類殘余和米類殘余的生物產(chǎn)氫量也分別從39.21 mL/g CODremoved？？升至89.67 mL/gCODremoved,91.77 mL/g CODrenoved升至145.93 mL

7、/g CODremoved和15.36 mL/g CODremoved升至117.62 mL/g CODrenoved。總的來說，PM12被證實是一種有效的用于餐廚垃圾厭氧消化進行生物制氫的條件。
　　4、分別研究餐廚垃圾和它的兩個主要衍生物在中高溫條件加熱12h/天（HI12）和24h/天（HI24）的生物制氫量。最高的生物氫產(chǎn)量104.08mL/VSreved和85.14 mL/VSremoved分別在高溫面類殘余加熱24h/

8、天和中溫米類殘余加熱12h/天條件下獲得。加熱間隔從HI24降至HI12時，高溫面類殘余和中溫餐廚垃圾的生物氫氣產(chǎn)量降低了28.19％和27.11％。而同樣加熱時間間隔的變化增加了中溫米類殘余的生物產(chǎn)氫量17.24％。總體而言，高溫時HI12處理比中溫時HI24處理的產(chǎn)氫量更高，而兩者的理論能量需求幾乎是一樣的。
　　5、研究了加熱時間對揮發(fā)性固體去除率的影響，結(jié)果表明HI12相比HI24減少了中溫餐廚垃圾22.66％的揮發(fā)性固體