餐厨垃圾与秸秆混合中、高温厌氧消化对比研究

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1、餐厨垃圾与秸秆混合中、高温厌氧消化对比研究(申请清华大学工学硕士学位论文)培养单位:环境学院学科:环境科学与工程研究生:郭香麟指导教师:左剑恶教授二〇一七年六月MesophilicandThermophilicAnaerobicCo-DigestionofFoodWasteandStrawThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScienceinEnviromentalScienceandEngineeringbyGuoXia

2、nglinThesisSupervisor:ProfessorZuoJianeJune,2017摘要摘要针对餐厨垃圾和秸秆单独厌氧消化时易出现的氨氮和挥发性脂肪酸(VFAs)积累及木质纤维素降解困难的问题，本论文对以餐厨垃圾和小麦秸秆为代表的生物质垃圾在中温和高温条件下混合厌氧消化的工艺和微生物群落结构进行了研究，并对两物料混合厌氧消化工艺进行了全生命周期评价，主要研究结果如下：(1)在中温(35°C)和高温(55°C)，进料挥发性固体(VS)浓度为3kg/m3的条件下，针对不同比例的餐厨垃圾与小麦秸秆混合厌氧消化，开展序批式试验研究发现，中温条件下，餐厨垃圾与小麦秸秆

3、混合比例(VSFW:VSWS)为9:1时，可获得最高的累积甲烷产率(MPY)为272.0ml/gVS；高温条件下，VSFW:VSWS为5:5时，可获得最高的MPY为402.3ml/gVS，均显著高于两温度条件下餐厨垃圾和小麦秸秆单独厌氧消化的MPY。(2)对于不同比例的餐厨垃圾和小麦秸秆混合厌氧消化，高温下木质纤维素的总降解率(34.7%~45.8%)高于中温(12.6%~42.2%)。中温下，VSFW:VSWS为9:1时，反应体系的木质纤维素降解率最高，为42.2%；高温下，VSFW:VSWS为8:2及5:5时，反应体系的木质纤维素降解率最高，为45.8%。(3)采用

4、高通量测序技术对细菌与古菌的16SrRNA基因序列和真菌的内转录间隔(ITS)序列进行检测，结果表明，中温厌氧体系木质纤维素降解菌以真菌为主，高温厌氧体系木质纤维素降解菌以细菌和放线菌为主，且菌种数量显著高于中温体系。(4)在中温(35°C)和高温(55°C)，进料有机负荷(OLR)为3kg/m3·d的条件下，针对不同混合比例的餐厨垃圾与小麦秸秆混合厌氧消化，开展半连续式试验研究发现，中温条件下，餐厨垃圾单独厌氧消化至30d时，氨氮和VFAs迅速积累，甲烷产率大幅下降。对这一阶段样品进行高通量测序，发现水解发酵菌、丁酸降解菌和丙酸降解菌数量下降，同型产乙酸菌数量上升。(

5、5)餐厨垃圾与小麦秸秆混合厌氧消化运行稳定，中温条件下，VSFW:VSWS为9:1时，可获得最高的日沼气产率(BPR)为555.4ml/(gVS·d)；高温条件下，VSFW:VSWS为5:5时，可获得最高的BPR为614.2ml/(gVS·d)，均显著高于两温度条件下餐厨垃圾和小麦秸秆单独厌氧消化的BPR。(6)以JNSF餐厨垃圾厌氧处理厂为研究对象，运用生命周期评价(LCA)方法对餐厨垃圾厌氧消化工艺进行环境影响分析，结果表明该厂处理1t餐厨垃圾的全生命周期全球变暖潜能(GWP)为203.16kgCO2e，与填埋和焚烧工艺相比，GWP明显下降。对模拟情景的环境影响分析

6、表明，餐厨垃圾与秸秆高温混合厌氧消化工艺的GWP明显下降，且为负值。提高厌氧消化温度并加入秸秆，可以带来更多额外的环境效益。关键词：餐厨垃圾；秸秆；混合厌氧消化；中温、高温；LCAIAbstractAbstractTheanaerobicmono-digestionoffoodwasteandstrawmayeasilycausetheaccumulationofvolatilefattyacidsandthelowdegradationoflignocellulose.Inthispaper,themesophilicandthermophilicanaerobicc

7、o-digestionoffoodwasteandstrawwasinvestigatedandthelifecycleassessmentoftheanaerobicco-digestionoffoodwasteandstrawwascarriedout.Themainconclusionswereasfollow:(1)Thebatchco-digestionoffoodwasteandwheatstrawwereinvestigatedundermesophilic(35C)andthermophilic(55C)conditi