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餐厨废水中有机物负荷非常高,如果不及时处理,会产生废气废液,从而污染环境。厌氧环境下高浓度的有机物(糖,脂肪,蛋白质)可以被微生物分解成简单的小分子有机物如葡萄糖,甘油,氨基酸,并进一步降解为乙醇和短链挥发性脂肪酸等,同时产生氢气和甲烷等能源气体。但是目前研究表明厌氧发酵氢气的产率较低,而发酵所产生酸性产物的经济价值更高。因此本研究考虑将氢气和挥发性脂肪酸联产,以期获得较高的能源转化率。 本课题分别利用餐厨废水的两种主要成分:葡萄糖和甘油作为发酵底物,将发酵瓶顶空气压(HP)、水力停留时间(HRT)和有机负荷(OLR)作为主要研究条件,探讨各发酵参数对葡萄糖/甘油的水解产酸和产氢产乙酸的影响机理,研究其对氢气产率以及主要酸性末端产物的种类和产率的影响规律。优化葡萄糖/脂肪厌氧发酵联产氢气/挥发酸的发酵条件,实现高效联产氢气和挥发酸,为餐厨废水的处理提供一种新的思路。 以葡萄糖为发酵底物,随着顶空气压的降低氢气产量和产率显著上升,在OLR=10g/l,HRT=48h时,HP=0.02MPA的氢气产率为6.01ml/g,是常压的11.5倍;但顶空气压的变化对挥发酸产量没有明显的影响。水力停留时间和有机负荷对氢气产率和挥发酸产率的影响主要表现在对发酵系统的运行负荷的综合影响。水力停留时间短有机负荷高,因此系统发酵负荷较高时,总酸产率逐渐降低。当系统负荷逐渐升高时,发酵类型从乙酸型发酵变成丁酸型发酵。当HRT=48h,OLR=10g/l, HP=0.04MPA时乙酸产率最高,为912mg/gGlu。当HRT=24h,ORL=10g/l,HP=0.04MPA时,丁酸产率达到最高,为414mg/gGlu,占总酸浓度的88.22%。通过响应面回归曲线对氢气产率的分析可知,最佳发酵条件为:HRT=24h,OLR=10g/l,HP=0.06MPA,此时氢气产率为23.98ml/g。 以甘油为发酵底物,在10g/l的有机负荷下,降低顶空气压可以提高氢气产率。但在有机负荷为30g/l时,随着顶空气压的降低氢气产率反而降低。HP=0.02MPA, HRT=48h,OLR=10g/l下得到了氢气的最大产率为14.34ml/g。有机负荷和水力停留时间对氢气产率影响规律与葡萄糖试验类似,甘油厌氧发酵过程产生的发酵类型多且受系统负荷影响较大。在系统负荷低时,主要以乙酸型发酵为主,占到挥发酸总量的50%以上,此时的总酸产率约为366.68mg/g。当系统负荷较高时,发酵类型以丁酸型发酵为主,占到挥发酸总量的60%,此时的总酸产率约为124.15mg/g。 以葡萄糖为底物三因素厌氧发酵产氢产酸试验中,当发酵条件分别为HP=0.04MPA,HRT=24h,0LR=10g/l;最大转化率为373.62mgCOD/gGlu,比相同条件下,常压时的转化率提高1.09倍。此时氢气产率为32.14ml/g,挥发酸产率为275.24mg/g。以甘油为底物三因素厌氧发酵产氢产酸试验中,当发酵条件分别为HP=0.02MPA,HRT=60h,0LR=10g/l;最大转化率为366.25mgCOD/gGlu。比相同条件下,常压时的转化率提高1.23倍。此时氢气产率为6.56ml/g,挥发酸产率为366.68mg/g。