《王星博士论文答辩》ppt课件

1、导师：王德汉导师：王德汉 教授教授餐厨渣滓水解酸化产氢餐厨渣滓水解酸化产氢耦合后续产甲烷研讨耦合后续产甲烷研讨恳求同济大学工学博士学位争辩恳求同济大学工学博士学位争辩博士生：王星博士生：王星导师：赵由才教授导师：赵由才教授2021-12-13主要内容主要内容前前 言言论文研讨内容论文研讨内容实验结果分析实验结果分析结结 论论致致 谢谢2021-12-13主要内容主要内容前前 言言论文研讨内容实验结果分析结 论致 谢2021-12-13研讨背景研讨背景以填埋、豢养生猪为主的餐厨渣滓处置方法以餐厨渣滓为原料制造生猪饲料那么导致了动物同源性饲料广泛运用，容易呵斥疾病的分散。上海市农委根据农业部文件曾

2、经明确表示利用灭菌餐厨渣滓消费的饲料不能作为禽畜养殖饲料。2021-12-13v ：20212021年后，中国承当减排义务年后，中国承当减排义务v餐厨渣滓厌氧消化产氢对温室气体减排意义艰苦。餐厨渣滓厌氧消化产氢对温室气体减排意义艰苦。v今后，我国餐厨渣滓厌氧消化工业市场宽广。今后，我国餐厨渣滓厌氧消化工业市场宽广。2021-12-13v餐厨渣滓厌氧消化产甲烷技术成熟餐厨渣滓厌氧消化产甲烷技术成熟v有机负荷率、停留时间、温度有机负荷率、停留时间、温度v产氢过程问题产氢过程问题v接种物热处置接种物热处置抑制耗氢菌活性、以富集氢抑制耗氢菌活性、以富集氢气能耗高、操作繁琐气能耗高、操作繁琐v与产甲烷过

3、程耦合时存在的问题与产甲烷过程耦合时存在的问题v氨氮、挥发性脂肪酸氨氮、挥发性脂肪酸研讨进展研讨进展2021-12-13如何在低能耗的情况下抑制产氢过程中耗氢菌的活性？产氢、产甲烷过程的优化产氢、产甲烷阶段的良好衔接如何处置沼渣更生态主要处理的问题：主要处理的问题：2021-12-13主要内容主要内容前 言 论文研讨内容论文研讨内容实验结果分析结 论致 谢2021-12-13 研讨思绪研讨思绪水解酸化阶段水解酸化阶段产甲烷阶段产甲烷阶段产甲烷菌产甲烷菌餐厨渣滓餐厨渣滓水溶性有机物水溶性有机物挥发性脂肪酸挥发性脂肪酸氢气、氢气、CO2、乙酸、乙酸C H 4C H 4 、CO2CO2水解细菌水解细

4、菌酸化细菌酸化细菌产氢产乙酸菌产氢产乙酸菌利用产酸相积累的挥发性脂肪酸抑制甲烷菌、富集氢气利用产酸相积累的挥发性脂肪酸抑制甲烷菌、富集氢气 氢气氢气 2021-12-13资料与方法资料与方法资料TS(%)VS(TS%)pH(无量纲 C%TSH%TSN%TSTCOD(g/L)餐厨渣滓23.561.2690.98 1.13 4.34 0.25 46.211.127.32 0.332.43 0.12211.52 10.34接种污泥6.440.3165.20 1.54 6.75 0.32 31.36 0.654.12 0.214.76 0.3296.42 3.67 表表1. 餐厨渣滓和接种污泥的理化性

5、质餐厨渣滓和接种污泥的理化性质 餐厨渣滓经机械打浆，制成糊状半流体态，于冷柜内餐厨渣滓经机械打浆，制成糊状半流体态，于冷柜内4 保管备用。混合菌群采用江苏某酒精厂厌氧保管备用。混合菌群采用江苏某酒精厂厌氧消化池颗粒污泥消化池颗粒污泥 ，污泥取回后于塑料瓶内密封，并置，污泥取回后于塑料瓶内密封，并置于冰箱于冰箱4保管保管 。2021-12-13 图图1.排水法实验安装图排水法实验安装图 实验安装实验安装36 恒温室恒温室 量筒量筒发酵底物发酵底物采气口采气口血清瓶血清瓶硅胶管硅胶管排水集气瓶排水集气瓶饱和饱和NaCl溶液溶液2021-12-13 1 1 外源混合菌群存在下餐外源混合菌群存在下餐厨

6、渣滓厌氧消化产氢研讨厨渣滓厌氧消化产氢研讨2 2 餐厨渣滓厌氧消化产氢工餐厨渣滓厌氧消化产氢工艺的称心度函数优化研讨艺的称心度函数优化研讨5 5 餐厨渣滓两相厌氧消餐厨渣滓两相厌氧消化产氢产甲烷中试研讨化产氢产甲烷中试研讨6 6 餐厨渣滓厌氧消化剩餐厨渣滓厌氧消化剩余物的蚯蚓处置研讨余物的蚯蚓处置研讨3 3 餐厨渣滓预处置对厌餐厨渣滓预处置对厌氧消化产氢的影响研讨氧消化产氢的影响研讨4 4 餐厨渣滓厌氧消化产餐厨渣滓厌氧消化产氢剩余物的甲烷化研讨氢剩余物的甲烷化研讨论文研论文研讨内容讨内容2021-12-13主要内容主要内容前 言论文研讨内容实验结果分析实验结果分析结 论致 谢2021-12-

7、13实验一实验一v外源混合菌群存在下餐厨渣滓外源混合菌群存在下餐厨渣滓厌氧消化产氢的工艺研讨厌氧消化产氢的工艺研讨1实验目的：实验目的：经过单要素实验研讨餐厨渣滓经过单要素实验研讨餐厨渣滓含量、菌群含量分别对厌氧消含量、菌群含量分别对厌氧消化产氢的影响，确定两者的最化产氢的影响，确定两者的最正确用量。正确用量。2021-12-131 1 餐厨渣滓含量对氢气产率的影响餐厨渣滓含量对氢气产率的影响 v固定颗粒污泥含量，改动餐厨渣滓用量来研讨餐厨渣滓负固定颗粒污泥含量，改动餐厨渣滓用量来研讨餐厨渣滓负荷对厌氧消化产氢的过程的影响。荷对厌氧消化产氢的过程的影响。 v表表1.1.颗粒污泥含量与餐厨渣滓含

8、量颗粒污泥含量与餐厨渣滓含量实验编号实验编号颗粒污泥颗粒污泥g VS/L餐厨渣滓含量餐厨渣滓含量g VS/L119.09 20.75 219.09 41.52 319.09 62.28 419.09 83.05 519.09 103.80 619.09 124.57 2021-12-13 20406080100120140051015202530354045氢气产率（ mL/ g VS）4567pH 厌氧消化体系西餐厨渣滓含量 g VS/L图2.餐厨渣滓含量与氢气产率、pH关系2021-12-130100200300010203040506070甲 烷浓 度（%, V/V）时 间（h）0100

9、2003000100200300400500600甲 烷累积产量（mL）时 间（h） 20.75 g VS/L 41.52 g VS/L图图3.3.餐厨渣滓含量对甲烷产量、甲烷浓度的影响餐厨渣滓含量对甲烷产量、甲烷浓度的影响r 62.28 g VS/Lr 83.05 g VS/Lr 103.80 g VS/Lr 124.57 g VS/L2021-12-131234560400080001200016000有机酸浓 度（mg/L） 厌氧体系西餐厨渣滓含量厌氧体系西餐厨渣滓含量g VS/L 乙酸 丙酸 异丁酸 正丁酸 异戊酸 正戊酸 图图4.4.不同餐厨渣滓含量下不同餐厨渣滓含量下VFAVFA浓

10、度浓度20.75 41.52 62.28 83.05 103.80 124.57 2021-12-132 2 厌氧消化体系中颗粒污泥含量对产氢的影响厌氧消化体系中颗粒污泥含量对产氢的影响 v固定餐厨渣滓含量条件，改动混合颗粒污泥含量来研讨混固定餐厨渣滓含量条件，改动混合颗粒污泥含量来研讨混合菌群对餐厨渣滓厌氧消化产氢的过程的影响。合菌群对餐厨渣滓厌氧消化产氢的过程的影响。 表表2.2.实验设置实验设置实验编号实验编号餐厨渣滓含量餐厨渣滓含量 g VS/L颗粒污泥含量颗粒污泥含量 g VS/L1103.83.832103.87.673103.811.514103.815.345103.819.1

11、76103.823.012021-12-13010020030001020304050607001002003000102030405060700100200300010203040506070010020030001020304050607001002003000102030405060700100200300010203040506070氢气累积产率（mL/ g VS）氢气累积产率（mL/ g VS）时 间（h）时 间（h）时 间（h）污泥含量 3.83 g VS/L 7.67 g VS/Lr 11.51 g VS/L 23.01 g VS/L 15.34 g VS/L 19.17 g V

12、S/L :109.09图 6. 颗粒污泥含量对氢气累积产率的影响 :39.91 :26.55 :17.53 :9.02 :8.9446.3852.3252.6367.2467.8566.072021-12-13010020030001020304050607001002003000102030405060700100200300010203040506070010020030001020304050607001002003000102030405060700100200300010203040506070氢气浓 度（%）时 间（h）氢气浓 度（%）时 间（h）时 间（h）图图7. 7. 颗粒污

13、泥含量对氢气浓度的变化的影响颗粒污泥含量对氢气浓度的变化的影响污泥含量 3.83 g VS/L 7.67 g VS/Lr 11.51 g VS/L 23.01 g VS/L 15.34 g VS/L 19.17 g VS/L2021-12-13实验二实验二v餐厨渣滓厌氧消化产氢工艺的餐厨渣滓厌氧消化产氢工艺的称心度函数优化研讨称心度函数优化研讨 22021-12-13v1 1、氢气产率高、氢气产率高v a. a. 产氢剩余物中富含乙酸产氢剩余物中富含乙酸 v b. b. 产氢剩余物中富含丁酸产氢剩余物中富含丁酸v2 2、能较好的满足产氢终了后的产甲烷过程的顺利、能较好的满足产氢终了后的产甲烷过

14、程的顺利进展进展v c. SCODc. SCOD浓度高浓度高 v d. d. 丙酸含量低丙酸含量低什么样的工艺是好的产氢工艺？什么样的工艺是好的产氢工艺？2021-12-13餐厨渣滓厌氧消化产氢工艺优化餐厨渣滓厌氧消化产氢工艺优化 v选用中心旋转实验设计选用中心旋转实验设计(CCD)(CCD)v自变量：餐厨渣滓含量自变量：餐厨渣滓含量X1X1、混合菌群浓度、混合菌群浓度X2X2v因变量呼应值：氢气产率因变量呼应值：氢气产率Y1Y1、丙酸浓度、丙酸浓度Y2Y2、丁酸浓度、丁酸浓度Y3Y3、乙酸浓度、乙酸浓度Y4Y4、SCODSCOD浓度浓度Y5Y5 2021-12-13实验编号实验编号餐厨渣滓含

15、量餐厨渣滓含量(X1)颗粒污泥含量颗粒污泥含量(X2)177.857.67277.85233129.757.674129.7523567.1015.346140.5015.347103.84.508103.826.179103.815.3410103.815.3411103.815.3412103.815.3413103.815.34表3. CCD实验设计2021-12-13v将餐厨渣滓、颗粒污泥含量值与各呼应值将餐厨渣滓、颗粒污泥含量值与各呼应值( (氢气产氢气产率、乙酸、丙酸、丁酸、率、乙酸、丙酸、丁酸、SCODSCOD浓度浓度) )进展二次非线进展二次非线性回归拟合，拟合时采用的模型方程

16、为：性回归拟合，拟合时采用的模型方程为：11112 + =kkkki=i=ij0i iii iij i jY AAxA xAxx 经方差分析后，从五个呼应值氢气产率经方差分析后，从五个呼应值氢气产率Y1Y1、丙、丙酸浓度酸浓度Y2Y2、丁酸浓度、丁酸浓度Y3Y3、乙酸浓度、乙酸浓度Y4Y4、SCODSCOD浓度浓度Y5Y5中挑选出与餐厨渣滓含量、菌群浓度显著相关的呼中挑选出与餐厨渣滓含量、菌群浓度显著相关的呼应值。应值。2021-12-13结果分析结果分析模型模型线性项线性项p值值二次项二次项p值值交互项交互项p值值模型模型p值值X1(餐厨渣滓含量餐厨渣滓含量)X2(颗粒污泥含量颗粒污泥含量)

17、X12X22 X1X2氢气产率氢气产率 (Y1)0.002 0.0001 0.026 0.004 0.0830.003丙酸丙酸 (Y2)0.107 0.014 0.007 0.039 0.596 0.015丁酸丁酸 (Y3)0.0369 0.0058 0.113 0.158 0.041 0.017乙酸乙酸 (Y4) 0.0730.095 0.142 0.108 0.4470.09SCOD (Y5)0.2840.1300.4600.1580.502 0.23表表4.方差分析结果方差分析结果2021-12-13v氢气产率氢气产率:Y1 = -53 + 1.305X1 + 7.357X2 - 0.0

18、11X12 + 0.035X1X2 - 0.284 :Y1 = -53 + 1.305X1 + 7.357X2 - 0.011X12 + 0.035X1X2 - 0.284 X22 X22 v丙酸浓度丙酸浓度:Y2 = 8024.161 - 110.309 X1 - 202.688 X2 + 0.536 X12 + 0.356 :Y2 = 8024.161 - 110.309 X1 - 202.688 X2 + 0.536 X12 + 0.356 X1X2+ 4.165 X22 X1X2+ 4.165 X22 v丁酸浓度丁酸浓度:Y3 = 14183.47 - 94.775 X1 - 73.1

19、5252 X2 +0.1083 X12 :Y3 = 14183.47 - 94.775 X1 - 73.15252 X2 +0.1083 X12 +3.4123X1X2- 5.811X22 +3.4123X1X2- 5.811X22 图图11. 11. 氢气产率、丙酸浓度、丁酸浓度与餐厨渣滓含量、颗粒物料含量关系氢气产率、丙酸浓度、丁酸浓度与餐厨渣滓含量、颗粒物料含量关系氢气产率氢气产率丙酸浓度丙酸浓度丁酸浓度丁酸浓度2021-12-13v称心度函数是对每个呼应值分别建立单一函数方程，根据称心度函数是对每个呼应值分别建立单一函数方程，根据研讨者的目的期望相应值最大、期望值最小等将每个研讨者的目

20、的期望相应值最大、期望值最小等将每个呼应值转化为无量纲值，即单项称心度呼应值转化为无量纲值，即单项称心度didi。单项称心。单项称心度的计算中，常用的计算方法为以下几种：度的计算中，常用的计算方法为以下几种：期望呼应值最大时，单项称心度函数由方程期望呼应值最大时，单项称心度函数由方程1 1计算：计算：idiwtiiiiYLowHighLow= 0 = Yi Highi= 1 Lowi Yi Highi Yi (预测值) Highi= 1 Lowi Yi Highi Yi Lowi期望呼应值最小时，单项称心度函数由方程期望呼应值最小时，单项称心度函数由方程2 2计算：计算：122021-12-1

21、3实验实验编编号号自变量自变量 (g VS /L)实验测试结果实验测试结果 称心度值称心度值(D)餐厨渣滓含量餐厨渣滓含量(X1)颗粒污泥含量颗粒污泥含量(X2)氢气产率氢气产率(Y1, mL/g VS)丙酸浓度丙酸浓度 (Y2, mg/L)丁酸浓度丁酸浓度(Y3, mg/L) 177.857.6752.231214.87 9245.61 0.3797 277.852368.57618.09 9030.58 0.7999 3129.757.674.851678.24 6124.25 0.0000 4129.752349.384.58 8624.15 0.6205 567.1015.3458.2

22、6 1638.42 8751.24 0.6520 6140.5015.3441.171724.57 8315.22 0.3104 7103.84.502.461951.26 6283.26 0.1109 8103.826.1759.81 946.84 9125.810.7933 9103.815.3467.43 868.91 8121.510.8800 10103.815.3466.79 726.24 8324.050.8800 11103.815.3470.11 784.159216.370.8800 12103.815.3465.47 887.318467.910.8800 13103.8

23、15.3461.24 665.838150.180.8800 表5. 实验结果2021-12-13D =-1.674 +0.0355 X1 + 0.096 X2 -0.000223X12 + 0.000314 X1X2 - 0.0031X22 图图12. 12. 称心度值与餐厨渣滓含量、颗粒物料含量关系称心度值与餐厨渣滓含量、颗粒物料含量关系v经过称心度函数优化后，产氢工艺的最正确组合经过称心度函数优化后，产氢工艺的最正确组合为餐厨渣滓含量为餐厨渣滓含量 93.84 g VS/L, 93.84 g VS/L, 颗粒污泥含量颗粒污泥含量 20.25 g VS/L 20.25 g VS/L 202

24、1-12-13实验三实验三v餐厨渣滓预处置对厌氧消化产餐厨渣滓预处置对厌氧消化产氢的影响氢的影响 3高温热水解对餐厨渣滓的性质的影响高温热水解对餐厨渣滓的性质的影响调理初始调理初始pH值对餐厨渣滓产氢的影响值对餐厨渣滓产氢的影响2021-12-131 1 高温热水解对餐厨渣滓性质的影响高温热水解对餐厨渣滓性质的影响v选取选取TSTS含量分别为含量分别为10%10%、15%15%、20%20%的餐厨渣滓，在的餐厨渣滓，在120120条条件下高温热水解。热水解时间分别为件下高温热水解。热水解时间分别为30 min30 min、45 min45 min、60 60 minmin。0 min30min

25、45min60min048121620热处理时 间（min）TS溶解率（%）图13. 餐厨渣滓高温热水解时间与TS溶解率变化规律 T S 10% T S 15% TS 20%2021-12-13 TS 10% TS 15% TS 20% 图14. 热水解时间对SCOD (a)和TOC (b)的影响0min30min45min60min2030405060热水解时 间（min）TOC （g/L）0min30min45min60min6080100120140热水解时间（min）SCOD (mg/L) TS 10% TS 15% TS 20%(a)(b)2021-12-130min30min45m

26、in60min010002000300040005000有机酸浓 度（mg/L）热水解时 间（min） 0min30min45min60min010002000300040005000有机酸浓 度（mg/L）热水解时 间（min） 0min30min45min60min01000200030004000500060007000有机酸浓 度（mg/L）热水解时 间（min） TS 10% TS 15%TS 20% 乙酸；乙酸；丙酸；丙酸；正丁酸；正丁酸；异丁酸异丁酸图图15. 10%、15%与与20%TS浓度的餐厨渣滓热水解后乙酸与浓度的餐厨渣滓热水解后乙酸与VFA浓度变化浓度变化2021-12

27、-13热水解后餐厨渣滓厌氧消化产氢性能热水解后餐厨渣滓厌氧消化产氢性能 v选择选择TSTS浓度为浓度为20%20%的餐厨渣滓，在的餐厨渣滓，在120120条件下热水解条件下热水解3030、4545、60 min60 min后，研讨其产氢特性后，研讨其产氢特性 。0501000200400600050100020040060005010002004006000501000200400600累积产气量（mL）累积产气量（mL）时 间 （h）时 间 （h） 图16. 不同热水解时间后餐厨渣滓的产气量图原餐厨渣滓 热水解30 min 热水解45 min 热水解60 min 加第一动画 48052054

28、05672021-12-132 2 初始初始pHpH对餐厨渣滓厌氧消化产氢的影响对餐厨渣滓厌氧消化产氢的影响 050100150200250010203040500501001502002500102030405001020304050050100150200250010203040500102030405005010015020025001020304050氢气累积产率（mL/ g VS）时 间（h）氢气累积产率（mL/ g VS）时 间（h）未调理初始未调理初始pH pH 调理至调理至3.5 pH 调理至调理至4.5 rr pH 调理至调理至5.5 图17.不同pH初始条件下氢气产率的变化

29、 2021-12-13对照pH=3.5pH=4.5pH=5.504000800012000160002000024000实验体系有机酸浓 度（mg/L） 乙酸 丙酸 异丁酸 正丁酸 异戊酸 正戊酸图18. 初始pH对消化液中VFA浓度的影响2021-12-13实验四实验四v餐厨渣滓厌氧消化产氢剩余物餐厨渣滓厌氧消化产氢剩余物的甲烷化研讨的甲烷化研讨 4(a) 控制餐厨渣滓含量控制餐厨渣滓含量(b) 调理接种物与底物的比例调理接种物与底物的比例(c) 添加钙盐添加钙盐(d) 控制初始控制初始pH 2021-12-13表表8. 四要素两程度要素挑选实验四要素两程度要素挑选实验 变量变量称号称号程度

30、程度低低 高高X1X1VSVS产氢剩余物含量产氢剩余物含量6 6 8 8X2X2Ra(Ra(接种物接种物/ /剩余物比例剩余物比例, VS/VS), VS/VS) 1 13 3X3X3Ca(Ca(钙离子浓度钙离子浓度, mg/L), mg/L) 200 200400400X4X4pHpH初始初始pHpH6 67.57.5从众多要素中淘汰对甲烷产率促进作用不明显的要素从众多要素中淘汰对甲烷产率促进作用不明显的要素2021-12-13表 两程度因子挑选实验结果序号序号VS产氢剩余物含量产氢剩余物含量, g VS/LRa(接种物接种物/剩余物比例剩余物比例, VS/VS钙离子浓度钙离子浓度mg/Lp

31、H初始初始pH甲烷产率甲烷产率mL/g VS1612006.0261.812812006.0303.253632006.0360.134832006.0491.245614006.0283.526814006.0356.767634006.0371.478834006.0514.319612007.5272.8910812007.5334.4611632007.5341.6512832007.5503.5213614007.5284.5514814007.5361.3415634007.5365.0116834007.5506.152021-12-13图19. 初始pH对消化液中VFA浓度的影

32、响CDBCACDBDABADCAB9876543210项项标标准准化化效效应应2.015AvsBraCcaDph因子名称标标准准化化效效应应的的 P Pa ar re et to o 图图（响应为 results，Alpha = .10)因子因子 称号称号A 剩余物剩余物B 接种物接种物/剩余物剩余物C 钙离子浓度钙离子浓度D pH接种物接种物/剩余物剩余物剩余物剩余物钙离子浓度钙离子浓度pH规范化效应小于规范化效应小于2.0152.015的要素对甲烷产率促进作用不明显的要素对甲烷产率促进作用不明显2021-12-13甲烷发酵过程的甲烷发酵过程的RSMRSM法工艺优化法工艺优化 变量变量称号称

33、号程度程度负星号臂负星号臂-101正星号臂正星号臂X1VS(产氢剩余物含量，产氢剩余物含量，g VS/l)5.326788.68X2RATIO(接种物接种物/剩余物比例剩余物比例, VS/VS)0.321233.37X3Calcium concentration(钙离子浓度钙离子浓度, mg/L)131.82200300400468.18表 10. 呼应面优化实验要素程度表呼应面实验设计可以充分思索各要素之间的交互作用，呼应面实验设计可以充分思索各要素之间的交互作用，而不是孤立的研讨各个要素对系统的奉献。而不是孤立的研讨各个要素对系统的奉献。2021-12-13实验实验编组编组参数程度参数程度

34、甲烷产率甲烷产率SMP(mL CH4/g VS)产氢剩余物产氢剩余物 (g VS/L)接种物接种物/剩余物剩余物钙离子浓度钙离子浓度( mg/L)161200284.72261400307.48363200371.92463400394.04581200354.8681400386.8783200520.92883400548.1695.312300334.28108.682300490.241170.32300238.961273.68300502.641372131.82489.041472468.18526.441572300512.561672300522.681772300511.2

35、81872300515.321972300510.652072300517.84表 11. 呼应面实验设置与结果2021-12-13 工程工程效应效应离差平方和离差平方和Fp模型模型174522.7048.790.01x1 (产氢剩余物含量产氢剩余物含量)52.34137414.0394.140.01x2 (接种物接种物/剩余物剩余物)69.17465348.19164.420.01x3 (钙离子钙离子)12.232042.595.140.0468x12-42.46725990.1265.390.01x1x219.2152953.737.430.0213x1x31.79525.780.0650

36、.8041x22-57.12647028.58118.330.01表11.甲烷产气率模型及各要素方差分析2021-12-13(a) (b)Ratio=0.32 (c)Ratio=1 (d)Ratio=2(e) Ratio=3(f)Ratio=3.37 峰值峰值图20. 产氢剩余物含量与钙离子浓度交互关系的呼应面图和等值线图(a, 呼应面图; b, c, d, e, f阐明接种物/剩余物比例分别处于0.32, 1, 2, 3, 3.37, SMP:甲烷产率, VS:剩余物含量, Calcium concentration: 钙离子浓度)2021-12-13 图21.产氢剩余物含量与接种物/剩余物

37、比例的呼应面与等值线图 (a) (b)工程工程自在度自在度效应效应离差平方和离差平方和F-valuep-valuex1x2119.2152953.737.430.0213表12. 方差分析2021-12-13 图22. 钙离子浓度和接种物/剩余物比例的呼应面图与等值线图 (a) (b)工程工程自在度自在度效应效应离差平方和离差平方和F-valuep-valuex2x31-0.6753.650.0090.9256表13. 方差分析2021-12-13实验五实验五v餐厨渣滓两相厌氧消化产氢产餐厨渣滓两相厌氧消化产氢产甲烷中试研讨甲烷中试研讨 5水解酸化产氢水解酸化产氢产氢剩余物后续产甲烷产氢剩余物

38、后续产甲烷2021-12-13实验安装实验安装热水箱沼渣产氢罐产氢罐缓冲罐产甲烷罐产甲烷罐餐厨垃圾沼气缓冲罐图23. 中试流程图2021-12-13实验参数实验参数表15. 中试实验反响器参数设置有机负荷率有机负荷率给料负荷率给料负荷率kg/d酸化相酸化相OLR (kg VS/m3d水解酸化相水解酸化相SRTh甲烷相甲烷相OLR(kg VS/m3d) 甲烷相甲烷相SRTdOLR12015.10 240 2.94 40 OLR23022.651604.6126.67 OLR34030.201206.2820OLR45037.75968.1516 表14. 餐厨渣滓和接种污泥理化性质参数参数餐厨渣

39、滓餐厨渣滓接种污泥接种污泥TS (%)17.60 0.355.78 0.42VS/TS (%)85.91 1.2763.66 1.68pH4.68 0.147.04 0.27总氮总氮 (%)2.34 0.080.42 0.15TCOD (g O2/kg) 211.79 11.1393.114 4.36 2021-12-13氢气、甲烷浓度变化氢气、甲烷浓度变化 0204060801001201401015202530354045(a)H2%有机负荷率 生物气产率时 间 时 间 (d)氢气浓 度(%); 有机负荷率氢气浓 度(%); 有机负荷率( (kg VS/d/mkg VS/d/m3 3) )

40、0.100.150.200.250.300.350.40生物气产率生物气产率(m3/kg VS)020406080100120140010203040506070(b)CH4%有机负荷率 沼气产率时 间时 间 (d)甲 烷浓 度(%); 有机负荷率甲 烷浓 度(%); 有机负荷率(kg VS/d/m3)0.50.60.70.80.91.0沼气产率沼气产率(m3/kg VS) 图24. 产氢产甲烷浓度变化2021-12-132.944.415.887.358.820.00.51.01.52.02.53.0NH4-N（g/L）1520253035400.00.10.20.30.40.5 NH4-N

41、(g/L)图26. 产氢(a)/产甲烷(b)过程中氨氮浓度与有机负荷率有机负荷率 kg VS/m3d 有机负荷率 kg VS/m3d (a) (b) 2021-12-1315.122.6530.237.75010002000300040005000浓 度浓 度(mg/L)( 乙醇 乙酸 丙酸 丁酸 乳酸 ) 2.944.415.887.358.820200400600800100012001400OLR（kg VS/d/m3)浓度（mg/L）浓度（mg/L） 乙酸 丙酸 丁酸 乳酸 乙酸 丙酸 丁酸 乳酸)图27. 产氢(a)/产甲烷(b)过程中挥发性脂肪酸浓度与有机负荷率(a) (b) 有机

42、负荷率 kg VS/m3d有机负荷率 kg VS/m3d2021-12-130510152025303540450.000.020.040.060.080.100.120.14(a)氢气产率氢气产率 (m3/kg VS)有机负荷率有机负荷率 ( H kg VS/m3/d)0.118氢气产率拟合曲线02468100.00.10.20.30.40.50.60.70.61 甲 烷产率 拟合曲线 (b)有机负荷率有机负荷率( M kg VS/m3d)甲 烷产率甲 烷产率 (m3p图28. 产氢(a)、产甲烷过程 (b) 的有机负荷率与生物气产量图(a)(b)2021-12-13152025303540

43、1234567(a)水解酸化产氢相的生物转化率水解酸化产氢相的生物转化率(%)(%)有机负荷率 有机负荷率 (kg VS/m3.d)23456789657075808590(b)甲烷相生物转化率甲烷相生物转化率(%)(%)有机负荷率 有机负荷率 (kg VS/m3.d)图29. 产氢(a)、产甲烷过程 (b) 生物转化率2021-12-13实验六实验六v餐厨渣滓厌氧消化剩余物的餐厨渣滓厌氧消化剩余物的v 蚯蚓处置研讨蚯蚓处置研讨 6蚯蚓处置沼渣的速率蚯蚓处置沼渣的速率蚯蚓生物量的变化蚯蚓生物量的变化蚯蚓繁衍才干蚯蚓繁衍才干2021-12-13表18. 沼渣的化学性质目的目的含量含量水分水分%8

44、2.43pH7.23全氮全氮%，干重，干重0.912全磷全磷%，干重，干重0.0475全钾全钾%，干重，干重1.412有机质有机质%，干重，干重16.43碳氮比碳氮比%，干重，干重10.45在恒温室、恒温箱内分别建立在恒温室、恒温箱内分别建立2525和和2020的环境温度，同时在的环境温度，同时在恒温室、恒温箱内对培育容器建立两程度的沼渣湿度和碳氮比，恒温室、恒温箱内对培育容器建立两程度的沼渣湿度和碳氮比，沼渣湿度程度为沼渣湿度程度为60%60%、70%70%，碳氮比程度为，碳氮比程度为15:115:1、20:120:1。表19. 实验设计温度温度T水分水分M, %碳氮比碳氮比 (R)2060

45、1560207015702025 60156020701570202021-12-13蚯蚓处置沼渣速率蚯蚓处置沼渣速率 表20. 蚯蚓对沼渣消化速率结果 温度温度(T)水分水分(M, %)碳氮比碳氮比 (R)处置速率处置速率 (g/gd)平均值平均值 (g/gd)2060150.340.36360200.2870150.4570200.3825 60150.510.68060200.5770150.782021-12-13蚯蚓生物量蚯蚓生物量 温度温度T水分水分M，%碳氮比碳氮比 (R)生物量日增长率生物量日增长率 %倍增时间倍增时间d日增长率平均值日增长率平均值 %20 60150.505.

46、600.59760200.527131.8770150.621111.9670200.642108.31 25 60150.97271.660.93960200.84482.4770151.04366.8070200.93174.78表21. 蚯蚓生物量增长情况 2021-12-13蚯蚓繁衍才干蚯蚓繁衍才干 表22. 蚓茧产量结果 温度温度T水分水分M，%碳氮比碳氮比 (R)蚓茧产量蚓茧产量粒粒平均产茧率平均产茧率粒粒/条条20 6015160.86020190.957015542.77020613.05 25 6015422.16020321.67015502.57020412.052021

47、-12-13蚯蚓处置沼渣的可行性分析蚯蚓处置沼渣的可行性分析 v在在5050天的培育期内，天的培育期内，4.4g4.4g蚯蚓平均耗费沼渣蚯蚓平均耗费沼渣114.13g114.13g。蚯蚓每耗费。蚯蚓每耗费1g1g沼渣可转化为沼渣可转化为0.018 g0.018 g蚯蚯蚓、蚓、0.4364 g0.4364 g蚓粪。蚓粪。v从实验中可看出，在不同环境条件下，蚯蚓处置从实验中可看出，在不同环境条件下，蚯蚓处置沼渣的效率有较大差别，但只需管理得当，还是沼渣的效率有较大差别，但只需管理得当，还是可以获得比较客观的结果。可以获得比较客观的结果。v在在2020、沼渣水分、沼渣水分70%70%、碳氮比、碳氮比

48、1515的条件下，的条件下，1 1吨吨蚯蚓每日消化可消化蚯蚓每日消化可消化780kg780kg的沼渣、产生的沼渣、产生513kg513kg蚓蚓粪、粪、7kg7kg的鲜活蚯蚓不思索蚯蚓繁衍。的鲜活蚯蚓不思索蚯蚓繁衍。2021-12-13实验结果分析七实验结果分析七v餐厨渣滓两相厌氧消化产氢产餐厨渣滓两相厌氧消化产氢产甲烷技术瓶颈分析甲烷技术瓶颈分析7中试与实验室研讨的工艺比较中试与实验室研讨的工艺比较 接种物热处置对产氢的影响接种物热处置对产氢的影响 油脂对厌氧消化产氢的影响油脂对厌氧消化产氢的影响 2021-12-13 表24. 中试与实验室研讨工艺对比工艺及结果工艺及结果血清瓶实验血清瓶实验

49、中试实验中试实验接种物接种物颗粒污泥颗粒污泥餐厨渣滓土著微生物餐厨渣滓土著微生物主要代谢产物主要代谢产物乙酸、丁酸乙酸、丁酸乙醇、乙酸、丁酸、乳酸乙醇、乙酸、丁酸、乳酸代谢产物浓度代谢产物浓度 (mg/L)16000-2400013000-14000单位质量产气率单位质量产气率(mL/g VS)70.8771中试与实验室研讨的工艺比较2021-12-13“厌氧堆肥厌氧堆肥v在较大规模的中试研讨中，餐厨渣滓可在本身水在较大规模的中试研讨中，餐厨渣滓可在本身水解酸化的过程中产生大量氢气，而在一样条件下，解酸化的过程中产生大量氢气，而在一样条件下，小规模的血清瓶实验中那么无法实现这一过程。小规模的血

50、清瓶实验中那么无法实现这一过程。 v好氧堆肥三要素：水分、营养含量、通风好氧堆肥三要素：水分、营养含量、通风 v氢气的产生那么为水解酸化细菌正常生理代谢的氢气的产生那么为水解酸化细菌正常生理代谢的结果。因此，中试实验规模化厌氧消化产氢亦可结果。因此，中试实验规模化厌氧消化产氢亦可称为称为“厌氧堆肥厌氧堆肥。2021-12-13接种物热处置对产氢的影响接种物热处置对产氢的影响 024681012141618012345Hydrogen production rate (L/d)Time (d) 图 接种物热处置后氢气日产量变化情况2021-12-13油脂对厌氧消化产氢的影响油脂对厌氧消化产氢的影

51、响 v由于油脂能在底物外表构成隔离层，使微生物与由于油脂能在底物外表构成隔离层，使微生物与底物之间的有效接触遭到一定妨碍，导致反响器底物之间的有效接触遭到一定妨碍，导致反响器内底物的传质受阻，因此在油脂大量存在的情况内底物的传质受阻，因此在油脂大量存在的情况下，如何提高反响器内底物的传质效率是提高厌下，如何提高反响器内底物的传质效率是提高厌氧消化效率的是需求处理的重要问题。氧消化效率的是需求处理的重要问题。2021-12-13主要内容主要内容研讨进展论文研讨内容实验结果分析结结 论论致 谢2021-12-13结结 论一论一v1 1、餐厨渣滓在颗粒污泥的作用下，水解酸化产生的、餐厨渣滓在颗粒污泥

52、的作用下，水解酸化产生的VFAVFA对对甲烷菌有明显的抑制造用。单要素实验的最优配伍为：餐甲烷菌有明显的抑制造用。单要素实验的最优配伍为：餐厨渣滓含量厨渣滓含量103.8 g/L103.8 g/L、颗粒污泥含量、颗粒污泥含量15.34 g/L15.34 g/L，氢气产，氢气产率可达率可达67.24 mL/g VS 67.24 mL/g VS 。v2 2、产氢工艺优化研讨发现丙酸、丁酸的浓度与餐厨渣滓、产氢工艺优化研讨发现丙酸、丁酸的浓度与餐厨渣滓含量和颗粒污泥含量有良好的统计学相关性。经过称心度含量和颗粒污泥含量有良好的统计学相关性。经过称心度函数分析，当餐厨渣滓含量、颗粒污泥含量分别为函数分

53、析，当餐厨渣滓含量、颗粒污泥含量分别为93.84 93.84 g VS/Lg VS/L、20.25 g VS/L20.25 g VS/L时，称心度函数取值最高，此时可时，称心度函数取值最高，此时可同时满足氢气产率最高同时满足氢气产率最高(70.87 mL/g VS(70.87 mL/g VS、丙酸浓度最低、丙酸浓度最低(714.34 mg/L(714.34 mg/L、丁酸浓度最高的目的、丁酸浓度最高的目的(9703.68 mg/L(9703.68 mg/L。2021-12-13结结 论论 二二v3 3、在餐厨渣滓的高温热水解过程中，餐厨渣滓的、在餐厨渣滓的高温热水解过程中，餐厨渣滓的TSTS溶

54、解率、溶解率、SCODSCOD浓度、浓度、TOCTOC浓度、挥发性脂肪酸浓浓度、挥发性脂肪酸浓度均表现为随热水解时间添加而添加的景象。度均表现为随热水解时间添加而添加的景象。TSTS浓度为浓度为10%10%时，热水解时，热水解60min60min的的TSTS溶解率最高，可溶解率最高，可到达到达15.45%15.45%。 v4 4、高温热水解可明显提高餐厨渣滓厌氧消化产氢、高温热水解可明显提高餐厨渣滓厌氧消化产氢的性能。最大产氢气量发生在的性能。最大产氢气量发生在120120，热水解，热水解60 60 minmin时，比未进展热水解处置餐厨渣滓的氢气产率时，比未进展热水解处置餐厨渣滓的氢气产率添加添加17.2%17.2%。利用稀盐酸将厌氧体系初始。利用稀盐酸将厌氧体系初始pHpH调理到调理到3.55.53.55.5后，颗粒污泥中水解酸化菌的活性遭到明后，颗粒污泥中水解酸化菌的活性遭到明显抑制，氢气产率仅为显抑制，氢气产率仅为0.010.017 L/g0.010.017 L/g。2021-12-13结结 论论 三三v5 5、对产氢剩余物甲烷化过程影响显著的要素依次为餐厨、对产氢剩余物甲烷化过程影响显著的要素依次为餐厨渣滓含量、接种物与底物的比例、钙离子浓度这三个要素，渣滓含