2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、餐廚垃圾是城市生活垃圾的重要組成部分,我國餐廚垃圾產(chǎn)生量巨大。餐廚垃圾高含水率、高有機質(zhì)含量和易降解腐敗等特性決定了其既具有嚴(yán)重的污染性,又蘊藏著可觀的資源和能源,餐廚垃圾資源化處理與利用成為必然趨勢。餐廚垃圾中有機物含量豐富,具有很高的理論產(chǎn)甲烷潛勢,采用厭氧消化產(chǎn)甲烷工藝處理餐廚垃圾具有廣闊前景。然而在餐廚垃圾厭氧消化工藝中,常存在酸化現(xiàn)象嚴(yán)重、負(fù)荷提升困難、垃圾消納能力與產(chǎn)氣效率低下等問題,限制了其工程化應(yīng)用。本文通過餐廚垃圾批式

2、厭氧消化過程影響因素、半連續(xù)厭氧消化工藝在負(fù)荷逐步提升過程的效能變化特征,以及微生物群落結(jié)構(gòu)與產(chǎn)甲烷途徑的動態(tài)變化等方面的研究,從微生物學(xué)角度揭示餐廚垃圾厭氧消化系統(tǒng)效能提升與穩(wěn)定性維持的機制機理,提出并驗證餐廚垃圾高溫靜態(tài)兩相一體化厭氧消化工藝及其性能,以期為高效穩(wěn)定的餐廚垃圾厭氧消化工藝開發(fā)與應(yīng)用提供理論依據(jù)與技術(shù)支撐。論文主要結(jié)果如下:
  1、通過大量批式厭氧消化試驗發(fā)現(xiàn):食料比(substrate to inoculum

3、 ratio,S/I值)對餐廚垃圾厭氧消化系統(tǒng)啟動與產(chǎn)氣過程影響重大,其次為總固體(total solid,TS)濃度,而微量元素(鐵,鈷,鎳,硒,鉬,鎢)添加對系統(tǒng)產(chǎn)甲烷沒有明顯的促進作用。當(dāng)S/I≤1,TS濃度在2%-8%范圍時,餐廚垃圾中溫與高溫批式厭氧消化系統(tǒng)均能實現(xiàn)快速啟動,累積甲烷產(chǎn)量隨S/I的增高而增加,甲烷產(chǎn)率隨S/I值的增加而降低,中溫與高溫系統(tǒng)的最高甲烷產(chǎn)率分別為491.14mL/gVSadded和520.08mL/

4、g VSadded(volatile solid,VS)。當(dāng)S/I=2時,會發(fā)生明顯的酸化現(xiàn)象,中溫與高溫系統(tǒng)均出現(xiàn)明顯的產(chǎn)氣停滯期,停滯期隨TS濃度的增加而延長,在TS濃度>6%時,中溫系統(tǒng)產(chǎn)氣微弱,高溫系統(tǒng)氣體產(chǎn)量隨TS濃度增加而增加,但增幅較TS濃度≤6%時而言逐漸變小。當(dāng)S/I>2時,不論TS濃度為多少,中溫與高溫系統(tǒng)均因酸化嚴(yán)重而難以進入快速產(chǎn)氣階段。綜合分析表明,以S/I=1、TS=8%和高溫的運行方式進行餐廚垃圾批式厭氧消

5、化啟動較快,單位容積消納垃圾和產(chǎn)氣的綜合效率最高。
  2、通過負(fù)荷逐步提升試驗對比分析了餐廚垃圾中溫與高溫單相半連續(xù)厭氧消化反應(yīng)器,發(fā)現(xiàn)中溫反應(yīng)器具有更好的穩(wěn)定性和更高的容積產(chǎn)甲烷速率。中溫反應(yīng)器在負(fù)荷2.5g VS/(L·d)下實現(xiàn)穩(wěn)定運行,單位基質(zhì)產(chǎn)甲烷率達(dá)415.9mL/(g VSadded),單位容積甲烷產(chǎn)率為1039.8mL/(L·d);高溫反應(yīng)器在負(fù)荷為2.0g VS/(L·d)時,VFA(主要是乙酸和丙酸)明顯積累

6、的情況下,仍可維持相對穩(wěn)定的基質(zhì)甲烷產(chǎn)率(336.3mL/(g VSadded)和容積甲烷產(chǎn)生速率(772.6mL/(L·d)),但在負(fù)荷升至2.5g VS/(L·d)時因乙酸和丙酸迅速積累,pH急劇下降,產(chǎn)氣幾近停滯,系統(tǒng)接近崩潰。
  3、運用微生物分子生物學(xué)技術(shù),對比分析了負(fù)荷提升過程中,中溫與高溫系統(tǒng)微生物群落結(jié)構(gòu)與功能組成變化特征,揭示了中溫厭氧消化系統(tǒng)穩(wěn)定性優(yōu)于高溫系統(tǒng)的微生物學(xué)機理。中溫系統(tǒng)中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣,隨

7、負(fù)荷提升系統(tǒng)發(fā)育組成變化距離大,多樣性與均勻性指數(shù)始終卻維持在較高水平,而在高溫系統(tǒng)中細(xì)菌群落以Thermotoga為絕對優(yōu)勢菌,隨負(fù)荷提升,系統(tǒng)發(fā)育組成變化較小,多樣性和均勻性指數(shù)則降低。與高溫系統(tǒng)相比,中溫系統(tǒng)細(xì)菌群落功能冗余現(xiàn)象更為明顯。古菌群落結(jié)構(gòu)在中溫系統(tǒng)中隨負(fù)荷提升逐漸以Methanosaeta為主導(dǎo)的乙酸發(fā)酵型產(chǎn)甲烷古菌為主,而在高溫系統(tǒng)中隨負(fù)荷的提升逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐訫ethanothermobacter和Methanocul

8、leus為代表的氫營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷古菌為主。高溫系統(tǒng)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)相對單一,難以及時調(diào)整出能應(yīng)對負(fù)荷提升壓力的生態(tài)結(jié)構(gòu);在以氫營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷途徑為主的代謝過程中需產(chǎn)氫與耗氫菌的共生合作,對環(huán)境條件控制要求嚴(yán)格;產(chǎn)酸-產(chǎn)氫-耗氫速率間的不平衡隨負(fù)荷提升而加劇,最終導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)。該研究結(jié)果可為高效穩(wěn)定的厭氧消化工藝開發(fā)提供理論依據(jù)。
  4、自主設(shè)計了一套高溫靜態(tài)兩相一體化厭氧消化反應(yīng)器,在此基礎(chǔ)上通過小試試驗驗證了其運行穩(wěn)定性和產(chǎn)氣效率。兩

9、相一體化反應(yīng)器可有效緩解酸化產(chǎn)物對產(chǎn)甲烷過程的抑制作用,并為微生物間的共生代謝作用提供有利的空間結(jié)構(gòu)。在不同有機負(fù)荷條件下,將甲烷相污泥回流至水解酸化相,回流污泥量隨負(fù)荷提升而增加,使進料pH值保持在6.5-7.0之間,可為水解酸化反應(yīng)提供可靠的接種微生物和適宜的pH條件。反應(yīng)器以初始負(fù)荷4.67g VS/L進行啟動,并實現(xiàn)在負(fù)荷7.00g VS/L下的穩(wěn)定運行。在負(fù)荷為7.00g VS/L時,平均單位基質(zhì)氣體與甲烷產(chǎn)率分別為0.79L

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