安徽工程大学
本科生毕业设计(论文）开题报告
本科毕业设计(论文)开题报告
题目：矿物材料对餐厨垃圾厌氧消化产气量的影响
课 题 类 型： 科研□ 论文□ 模拟□ 实践□ 学 生 姓 名： 王 萧 学 号： 3080406107 专 业 班 级： 环境工程081 学 院： 生物化学工程学院 指 导 教 师： 宋 珍 霞 开 题 时 间： 2012年3月25日
1、毕业设计（论文）内容及研究意义（价值）
餐厨垃圾是指居民日常生活以及除居民日常生活以外的食品加工、饮食服务、单位供餐等活动中产生的厨余垃圾和废弃食用油脂。据有关统计，2007年全国全年的餐厨垃圾产量约为9 000万t，以北京、上海、广州等大城市为例，其餐厨垃圾日产量均超过了1000 t。在我国城市生活垃圾构成中，餐厨垃圾的比例约37%~62%。因此，实现餐厨垃圾的减量化、资源化和无害化处理是城市现代化管理的一个重要课题。
由于餐厨垃圾具有含水率高，有机物含量高等特点，传统的处理方法，如填埋法不仅造成厨余垃圾中营养价值的损失，而且达不到清洁利用的效果，容易产生温室气体、渗滤液等二次污染物；焚烧法处理厨余垃圾由于存在投资大，尾气排放受限制等也难于广泛应用。目前，餐厨垃圾的处理方式主要以资源化为导向，出现了饲料化、好氧堆肥以及厌氧发酵产甲烷、制氢和产乳酸等生物处理工艺。在世界能源紧缺的时代，利用餐厨垃圾作为厌氧消化产沼气的原料，既可以获得清洁能源，又减少了污染物的排放，是目前餐厨垃圾无害化处理和资源化利用的一种有效途径。
餐厨垃圾厌氧消化应用中一个亟待解决的问题就是有机物降解速率低、有机酸积累、产气量不高及沼气中甲烷含量偏低。在高浓度有机废水的厌氧处理中，有学者做了痕量金属离子促进厌氧消化产气及抑制代谢毒物积累的研究，并取得了较好的效果。对于金属离子对餐厨垃圾厌氧消化减量及产气过程影响的研究大多缺乏系统性。
为此，本研究首先考察矿物材料对餐厨垃圾厌氧消化的促进作用；在总结和分析污泥驯化和矿物材料强化有机固体废弃物厌氧消化减量的基础上，考察在污泥驯化后，矿物材料对餐厨垃圾厌氧消化的影响，以期探讨矿物材料强化餐厨垃圾厌氧消化产气新技术。本研究成果可为提高餐厨垃圾无害化处理和资源化利用的效率提供重要的参考依据，具有重要的理论意义和实际工程应用价值。
2.矿物材料对餐厨垃圾厌氧消化产气量影响现状和发展趋势
厌氧消化过程分为三个阶段：第一阶段是在水解与发酵细菌作用下，使碳水化合物，蛋白质与脂肪水解与发酵转化成单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油及二氧化碳、氢等；第二阶段是在产氢产乙酸菌的作用下，把第一阶段的产物转化成氢、二氧化碳和乙酸；第三阶段是通过两组生理上不同的产甲烷菌的作用，一组把氢
和二氧化碳转化成甲烷，另一组是对乙酸脱羧产生甲烷。
通过对早、中、晚餐厨垃圾成分的对比发现，午餐和晚餐餐厨具有更好的厌氧消化效果， 而早餐餐厨的可消化性则相对较差，其中Cl-含量高可能是造成产气量低的主要原因。[1]
未使用无机矿物的情况下, 钠离子浓度为3000~ 4000mgL- 1时, 含盐餐厨垃圾的厌氧消化过程受到N a+ 的明显抑制.[2]
在餐厨垃圾厌氧消化的过程中，VFA 的代谢平衡是厌氧反应器稳定运行的关键. 消化过程前4d, 由于pH 处于6. 5左右, 甲烷菌未受到VFA 的积累和游离VFA 带来的抑制作用, 此时出现了明显的产气高峰。[3]在VFA 各组分中，乙酸占有较大的比例，且随着负荷的提高，乙酸含量相应增加。但是随着负荷和果蔬比例的增加，丙酸含量也相应增加。由于乙酸是产甲烷菌直接利用的底物，而丙酸则很难被产甲烷菌利用，高浓度的丙酸会积累在反应体系中，破坏厌氧消化体系的稳定性。[4]
在反应器中接种驯化的污泥，有利于发酵启动而且产气率高。[5] 同时在餐厨垃圾厌氧消化的过程中，张 波等认为对于C/ N 大于15 的有机固体废物, 采用单相系统是合适的, 而对于那些C/ N 低于10的蛋白质丰富的有机固体废物, 应该采用两相厌氧消化系统进行处理。[6]
在餐厨垃圾厌氧消化的过程中，国外有许多研究者在很早就认识到了氨氮, 尤其非离子化的游离NH3 在有机固体废物厌氧消化过中的抑制性影响, 但氨氮的具体抑制性浓度并未确定。在不同条件下, 氨氮对于厌氧消化过程的抑制性 不同，首先经过高浓度氨氮驯化过的甲烷菌对氨氮的抑制有更高的抵抗能力[7]， 在中温消化的情况下, 氨氮达到一定浓度的时候, 甲烷菌会失去活性，但是在高温条件下, 自由NH3 的浓度比中温条件下高, 毒性抑制更为显著[8]。
在餐厨垃圾厌氧消化的过程中，PH值对厌氧消化的影响非常明显，就是厌氧消化过程对消化液的PH的要求非常严格，调节pH 明显提高了厨余废物的水解酸化效率,尤其是控制pH 在7 时,厨余废物水解和酸化效率都达到了最高(此时,以TOC 和COD 表示的厨余废物的水解率分别达到86 %和82 %) . 高水解率主要是由于厨余废物中碳水化合物和蛋白质的水解. 在pH 为7 时,VFA 的产生量和产生速率都明显高于其它pH 条件[9]。
在餐厨垃圾的厌氧消化的过程中，无氧的环境是严格厌氧的产甲烷细菌繁殖的基本条件之一。产甲烷细菌初始繁殖的条件是氧化还原电位不能高于-330mV[10]。
在餐厨垃圾厌氧消化的过程中，王星等研究认为膨润土的添加对餐厨垃圾厌氧消化的产气效率有一定的促进作用。在本试验中，当膨润土的添量为1%、1.25%（m/m，以消化底物计）时，餐厨垃圾厌氧消化体系的产气量有明显提高，此时餐厨垃圾厌氧消化系统的产气率分别达到130.96、189.33 mL·g- 1 VS[11]。
在餐厨垃圾的厌氧消化的过程中，王星等对矿物材料膨润土、斜发沸石、粉煤灰的投加对厌氧消化的影响作了研究，从产气量分析, 王星等认为 3种矿物材料均能明显促进餐厨垃圾的厌氧消化过程,与空白对照试组相比, 膨润土、斜发沸石、粉煤灰分别使产气量提高了131%、82%和45%. 三者对甲烷气产量的促进影响强弱顺序是, 膨润土> 斜发沸石> 粉煤灰[12]。
Z.Milan等人对猪的粪便厌氧消化过程中添加天然沸石作了研究，得出当添加的天然沸石量在2-4g/l的时候，提高了消化液中COD的去除率，且提高了甲烷的产率和产量[13]。
3.实验装置与各项指标测定方法 3.1 实验装置如图1-1：
4 3 2 5 6 1 1.恒温水浴装置 2.反应瓶 3.反应液取样口 4.发酵气导管 5.气体收集装置 6.气体计量装置
图1-1 餐厨垃圾厌氧消化工艺装置图
3.2 测定方法：如表1-2所示：
表1-2 各指标测定方法
分析项目 氨氮 总凯氏氮 COD VFA TS VS 测定方法 纳氏比色法 纳氏比色法 重铬酸钾法 蒸馏滴定法 重量法 重量法 3.3实验步骤
1、厌氧污泥的培养与驯化 （1）、厌氧污泥的采集：
取五教东池塘底泥1600g，采集时注意在取泥容器里污泥上要覆一定厚度的水层，达到液封隔绝空气的作用。分于四个2L的量筒，置于两个水浴锅中在35℃下培养驯化。 （2）、培养驯化：
第一天加175g餐厨垃圾+525g水 培养四天 加350g餐厨垃圾+350g水 培养四天 加525g餐厨垃圾+175g水 培养四天 加700g餐厨垃圾 培养四天 2、餐厨垃圾（消化底物）的制备
2.1、餐厨垃圾的采集（学校第一食堂的中餐餐厨垃圾）、打浆， 2.2于冷柜内（- 4 ℃）保存备用[15]。
2.3测定打浆后的餐厨垃圾的含固率，
2.4每次取用是将其配成含固量10%。 3、反应消化液移入
3、1待厌氧污泥培养驯化结束后，将餐厨垃圾移到及其容器，置于水浴锅中25℃水浴加热1小时使冷冻餐厨垃圾融化恢复室温。
3.2将融化后的餐厨垃圾配置成固体浓度为10％的反应消化液。
3.3然后移入反应器内，每只反应器内移入700g（在实验中以700ml计）。 4、矿物材料的投加
加入矿物材料，贴上标签，并搅拌均匀。连接装置，置于室温中培养。 矿物材料投加量：均为1.25%（与消化底物质量分数）[15] 采用三种矿物材料：膨润土、粉煤灰、沸石
3.3工作计划
3.3.1 第1周 ～ 第5周：查阅相关资料，了解研究内容及现状，制订研究方案，
拟订初步的工作计划；
3.3.2 第 6 周：开题，完善研究方案； 3.3.3 第7周 ～第13周：实验室模拟及指标测定； 3.3.4 第14周～第17周：数据处理及撰写毕业论文； 3.3.5 第 18 周：毕业论文答辩。
4.参考文献
参考文献:
[1] 《餐厨垃圾特性及其厌氧消化性能研究》李荣平， 葛亚军，王奎升，李秀
金， 庞云芝（1.北京市环境卫生设计科学研究所， 北京100028；北京化工大学资源与环境研究中心， 北京100029） [2]、《矿物材料对餐厨垃圾厌氧消化的影响研究》王 星，王德汉，徐菲 华南农业大学资源环境学院, 广州510642
[3]、《矿物材料对餐厨垃圾厌氧消化的影响研究》王 星，王德汉，徐菲 华南农业大学资源环境学院, 广州510642
[4]、《果蔬垃圾与餐厨垃圾混合厌氧消化产气性能》吕 琛，袁海荣，王奎升，朱保宁，刘研萍，李秀金（1. 北京化工大学资源与环境研究中心，北京 100029； 2. 北京市延庆县种植业服务中心，北京 102100）
[5]、《鸡粪厌氧消化接种物对沼气产气率的影响》张庆椿江苏广播电视大学南京 徐玉玲南京农业大学南京
[6] [7][8]、《有机废物厌氧消化过程中氨氮的抑制性影响》张 波, 徐剑波, 蔡伟民( 上海交通大学环境工程学院, 上海 200240 ) [9]、《pH 对厨余废物两相厌氧消化中水解和酸化过程的
影响》张 波,史红钻,张丽丽,蔡伟民 上海交通大学环境科学与工程学院,上海 200240
[10]、《水质工程学》李圭白 张杰主编，中国建筑工业出版社
[11]、《膨润土的添加用量对餐厨垃圾厌氧消化过程的影响》王星，王德汉，马磊（华南农业大学资源环境学院环境科学与工程系，广东广州510642） [12]、《矿物材料对餐厨垃圾厌氧消化的影响研究》王 星，王德汉，徐菲 华南农业大学资源环境学院, 广州510642
[13]、《Influence of different natural zeolite concentrations on the anaerobic digestion of piggery waste 》 Z.Milian，E.Sanchez，P.Weiland，R.Borja，A.Martin, K.Ilangovan
[14][15]、《膨润土的餐厨垃圾厌氧消化过程的影响》王星，王德汉，马磊（华南农业大学资源环境学院环境科学与工程系，广东广州510642）
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