甘蔗渣和餐厨垃圾共发酵产沼气研究

来源 :华南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bear_flysky
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随着人们生活质量的提高,餐厨垃圾的排放量日益增多,由于其高盐、高油、高蛋白的特性导致对它的处理成了一大难题。甘蔗是我国重要的制糖原料,在制糖的同时产生了大量的甘蔗渣,由于甘蔗渣的碳氮比(以下用C/N表示)比较高、难降解等特点,我国对甘蔗渣的利用和转化技术还不够完善,大多甘蔗渣被焚烧或废置;大量的餐厨垃圾和甘蔗渣不仅造成资源的浪费,对生态环境也造成危害。而餐厨垃圾和甘蔗渣均具有产甲烷潜力,但由于其自身特性限制单独的甘蔗渣或餐厨垃圾厌氧发酵产甲烷量较低,因此本文采取不同方法将甘蔗渣预处理后再进行共发酵,以调节共发酵底物的营养平衡,改善厌氧发酵性能,提高甲烷产量。为比较甘蔗渣和餐厨垃圾厌氧发酵性能,分别对甘蔗渣、餐厨垃圾进行单独发酵研究,餐厨垃圾的累积产甲烷量为332 mL/g VS,甘蔗渣的累积产甲烷量为104.95mL/g VS。为探究甘蔗渣和餐厨垃圾共发酵的最佳VS比,分别在甘蔗渣和餐厨垃圾VS比为:7:3、6:4、5:5、4:6、3:7、2:8、1:9即C/N比分别为31、28、26、24、23.5、23、22的条件下进行混合发酵,研究表明:甘蔗渣与餐厨垃圾的VS比为3:7即C/N比为23.5时表现出良好的厌氧发酵性能,累积产甲烷量相对其他比例条件下达到最高值,为385 mL/g VS,比单独的餐厨垃圾、甘蔗渣厌氧发酵分别提高15.96%、266.84%。在厌氧发酵中,不但可以通过共发酵的方式调节营养平衡,还可以通过合适的预处理方法改变甘蔗渣等木质纤维素类物质的组分结构进而提高甲烷产量。本实验分别采取乙醇-水、高温热水、8%NaOH、5%H2SO4、粗毛革孔菌(Coriolopsis gallica)五种方法预处理甘蔗渣后进行厌氧发酵,探究甘蔗渣最佳的预处理方法以及预处理后的甘蔗渣和餐厨垃圾共发酵对厌氧发酵产气效果的影响。实验表明:并不是所有的预处理都可以改善甘蔗渣的厌氧发酵性能。经8%NaOH(515.11 mL)、高温水热(128.00mL)、和乙醇-水(261.14 mL)预处理后的甘蔗渣比未处理(111.94 mL)的累积甲烷产量分别提高3.60倍、0.13倍和1.33倍,经粗毛革孔菌预处理的甘蔗渣产甲烷量最低,仅有93.2 mL,经5%H2SO4(103.38 mL)和粗毛革孔菌预处理的甘蔗渣厌氧发酵累积产甲烷量均比未经预处理的甘蔗渣累积产甲烷量低。为比较甘蔗渣预处理前后和餐厨垃圾混合发酵产甲烷情况,基于甘蔗渣和餐厨垃圾最佳VS比例,分别对乙醇-水、高温水热、8%NaOH、5%H2SO4、粗毛革孔菌五种方法预处理后的甘蔗渣和餐厨垃圾进行厌氧发酵研究,结果显示:经碱、乙醇-水和粗毛革孔菌预处理后的甘蔗渣和餐厨垃圾共发酵后表现出很高的产甲烷潜力,累积产甲烷量分别达2120.18 mL、2433.19 mL、1424.44 mL。比未经预处理的甘蔗渣和餐厨垃圾共发酵累积产甲烷量(882.3 mL)分别高出1.40倍、1.76倍和0.61倍。酸预处理后的甘蔗渣无论是单独发酵还是与餐厨垃圾共发酵都发生了产甲烷抑制效应,值得注意是,对甘蔗渣单独发酵略有促进作用的高温水热预处理,在与餐厨垃圾共发酵后反而抑制了甲烷的产生。本文针对餐厨垃圾单独发酵易酸化和甘蔗渣单独发酵产甲烷量低的问题进行探究,分别通过甘蔗渣和餐厨垃圾在不同VS比条件下进行共发酵、预处理后的甘蔗渣单独发酵、预处理后的甘蔗渣和餐厨垃圾在最佳VS比条件下共发酵三组实验探究甘蔗渣和餐厨垃圾共发酵的最佳VS比、甘蔗渣的最佳预处理方法以及预处理前后的甘蔗渣和餐厨垃圾是否具有协同产甲烷效应,进而强化厌氧发酵系统的稳定性提高甲烷产量,为研究木质纤维素类原料预处理高效产甲烷技术以及不同生物质原料联合产甲烷工艺提供一定依据。
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