接种物与添加剂对餐厨垃圾厌氧发酵制氢的作用研究

同济大学环境科学与工程学院硕士学位论文接种物与添加剂对餐厨垃圾厌氧发酵制氢的作用研究姓名：焦刚珍申请学位级别：硕士专业：环境工程指导教师：赵由才;牛冬杰20080301摘要摘要餐厨垃圾是家庭、宾馆、饭店及机关企事业等抛弃的剩余饭菜的通称(俗称“泔脚”)，是人们生活消费过程中产生的一种固体废弃物。随着社会经济的发展，餐厨垃圾产量逐渐上升，其对环境的影响和潜在能源效应逐渐引起了人们的重视。据统计，餐厨垃圾当前在国内固体废物总量中所占比重已经达到了20％以上，而其高含水率、易酸易腐等特点使其最终处理成为一个难题。伴随能源问题的日益严重，人们对可替代能源的开发和研究越来越走向细化和深化。氢气作为未来清洁高效的可替代能源也越来越引起了人们的重视。餐厨垃圾富含有机质的特点为其厌氧产氢创造了条件。因此，餐厨垃圾厌氧制氢具有处理固体废弃物和开发氢能的双重意义。本文在课题组前期研究的基础上，配合血清瓶试验进一步对餐厨垃圾厌氧制氢工艺进行了研究，并将研究成果融合应用到SARD(Semi．continuousAnaerobicRotaryDrum)反应器中，对其制氢工艺进行了优化和调试。主要工作分三部分，第一部分主要探讨了不同来源污泥接种效果、污泥接种率及加热预处理等对制氢效果的影响；第二部分研究了金属离子添加剂(包括金属离子、碱性物质等)的影响；第三部分对矿化垃圾和复合碱剂在SARD反应器中协同制氢工艺进行了研究。主要研究结论如下。(1)4种不同来源接种污泥(压滤污泥，厌氧污泥，曝气污泥和河底淤泥)接种效果比较发现，在不添加缓冲剂条件下，厌氧污泥接种效果相对最好。在有添加剂条件下，厌氧污泥接种效果也最为理想，单位VS产氢量和最大氢气体积浓度分别达到了33．72mL／gVS和43．23％。(2)厌氧发酵反应中接种物的好坏至关重要，污泥接种比率的增加可以提高系统的抗酸性和产氢的延续性。然而，污泥接种比例不是越多越好，经过比较发现污泥接种率控制在50％左右可以获得较为理想的产氢效果。(3)污泥经过加热预处理可以促进产氢反应的进行，单位VS的产氢量较不经加热预处理系列提高约50％以上，达到43．6mL／gVS。(4)CaC03的添加对餐厨垃圾发酵制氢反应的启动具有延迟作用，同时可以提高总产氢量。这主要是因为CaC03对pH的缓冲效果延缓了底物的水解酸化。反应逐渐启动后适量CaC03可以提高氢气累积产量。添加6g(每409餐摘要厨垃圾)条件下氢气的累积产量分别较不添加条件下单位VS产氢量提高约1．76倍。(5)微量Mn2+对餐厨垃圾发酵制氢具有促进作用，添加2．4mgxl0‘5g／kg底物时，产氢效率可以比不添加Mn2+条件下提高3．6倍。然而，Mn2+添加过量(超过约2．4x1049／kg底物)，会降低产氢菌活性，从而抑制厌氧发酵产氢。(6)NaCI在餐厨垃圾中添加量为1．3x10。3g／kg底物时的产氢效果晟好。其单位产氢量分别达到13．61mL／gVS和2．78mL／g原料，较不添加N矿条件下产氢量分别提高约37．3％和37．6％。根据实验结果推断，当Na+超过一定限度时，对发酵产氢也会有抑制作用。(7)矿化垃圾可以提高SARD反应器餐厨垃圾产氢的稳定性。在相同进料工艺条件下，其产氢周期较不添加矿化垃圾的工艺延长2倍以上。复合碱剂洗衣粉(主要利用其中的活性酶及表面活性剂)可以提高餐厨垃圾厌氧产氢效果。单位VS产氢量较不添加洗衣粉的工艺提高1．8倍，达到了67．56mL／gVS。(8)矿化垃圾与洗衣粉组合工艺可以在维持较高产氢效率的同时保持长时间的连续运行。在保证系统所受负荷冲击较小补料工艺条件下，产氢效率与反应器运行连续性能达到较好结合。根据实验，此时最大单位VS产氢效果可以达到102．5mL／gVS，分别较冲击负荷较大补料工艺和单独添加矿化垃圾工艺单位VS产氢量提高0．76倍和3．3倍。以O．2L／d氢气产率为产氢反应近似停止计，补料冲击负荷较小的工艺反应器运行周期较冲击负荷较大的工艺2延长约1．2倍，达到了490h。关键词：餐厨垃圾，接种污泥，矿化垃圾，添加剂n摘要AbstractHundredsoffoodorignwastesmaybegeneratedinhotels，restaurantsandenterprisesandpublicinstitutions．Inthiswork，thewasteswereusedasthematerialsforthebio-hydrogenproductionusinganaerobicdigestion．Batchtests(inserunlbottles)wereconductedtooptimizetheprocessparametersandapilottestapparatusnamelyS