利用Fe和Fe-C提高餐廚垃圾甲烷產(chǎn)量的研究.pdf

1、餐廚垃圾厭氧發(fā)酵易發(fā)生酸化現(xiàn)象,導(dǎo)致pH值降低,系統(tǒng)失穩(wěn),進(jìn)而影響產(chǎn)甲烷性能。為提高厭氧發(fā)酵性能,本研究分析了不同F(xiàn)/M(Food/Mud)下?lián)]發(fā)性脂肪酸(VFAs)的生成和轉(zhuǎn)化機(jī)理;探究了外源物質(zhì)Fe,Fe/C對(duì)高F/M下餐廚垃圾產(chǎn)甲烷抑制效應(yīng)的解除作用,確定了Fe,Fe/C的最優(yōu)投放量;為了提高餐廚垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸能力即提高可供微生物直接利用的乙酸和丁酸的產(chǎn)量,通過響應(yīng)面法優(yōu)化了酸化階段的各類反應(yīng)參數(shù)。基于以上結(jié)果,在最優(yōu)的酸化反應(yīng)

2、條件下,通過在酸化相和甲烷相分別加入外源物質(zhì)Fe,Fe/C來提高兩相厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的產(chǎn)甲烷性能,優(yōu)化系統(tǒng)穩(wěn)定性。
　　首先,研究了不同F(xiàn)/M(0.5、1、2、2.5、3、4)下餐廚垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸和產(chǎn)氣性能,得出:當(dāng)F/M大于等于2時(shí),產(chǎn)甲烷性能不高,生物降解率低于34.52％,產(chǎn)甲烷速率僅為5.62mL·(gVS)-1·d-1。添加外源物質(zhì)零價(jià)鐵后,F/M小于等于2的系統(tǒng)中,累積產(chǎn)甲烷量以及生物降解率顯著提升,零價(jià)鐵添加量大于等于

3、6g·L-1時(shí),生物降解率提升到70％以上,負(fù)荷累積甲烷產(chǎn)量增加到440mg·L-1以上。
　　其次,利用響應(yīng)面法優(yōu)化餐廚垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸工藝條件,以可供微生物直接利用的乙酸和丁酸濃度和作為響應(yīng)值,確定溫度為41.67℃,F/M為2,初始pH值為9,HRT為3.35d,OL為80(gVS)·L-1時(shí)產(chǎn)酸效果最佳。在該工藝條件下丁酸和乙酸濃度和達(dá)到了19324.7mg·L-1,占VFAs總量的89％。通過對(duì)不同工藝條件下產(chǎn)酸效果的研

4、究發(fā)現(xiàn),初始pH值為9時(shí),系統(tǒng)pH變化維持在水解酸化細(xì)菌的最適pH范圍內(nèi),產(chǎn)酸效果較高;中高溫更適合產(chǎn)酸細(xì)菌的生存,系統(tǒng)穩(wěn)定性和產(chǎn)酸能力較超高溫狀態(tài)更高;OL為50(gVS)·L-1時(shí)水解酸化細(xì)菌的活性更強(qiáng),可以獲得較高水平的VFA;F/M為2時(shí)pH降低速率較慢,pH維持在5.8～6.3之間,且產(chǎn)酸性能好,但該pH范圍并不利于產(chǎn)甲烷菌的生長。
　　最后,以最優(yōu)酸化條件下的酸化出料作為兩相厭氧甲烷化階段的原料,研究外源物質(zhì)對(duì)兩相厭氧

5、消化的影響。外源物質(zhì)Fe和Fe/C對(duì)兩相厭氧發(fā)酵累積產(chǎn)甲烷量、產(chǎn)甲烷速率以及生物降解率的提高效果顯著,且主要作用在酸化階段。酸化相加Fe和兩相全程加Fe的負(fù)荷產(chǎn)甲烷量為457.56和448.99mL·(gVS)-1,生物降解率也分別達(dá)到了84.11％和82.53％;酸化相加Fe/C和兩相全程加Fe/C的負(fù)荷產(chǎn)甲烷量為474.94和487.30mL·(gVS)-1,生物降解率也分別達(dá)到了87.30％和87.58％,說明外源物質(zhì)的效應(yīng)主要作