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《重庆大学》 2014年
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餐厨垃圾厌氧消化过程稳定性检测系统开发与研究

何清明  
【摘要】:餐厨垃圾厌氧消化能在处理废物的同时还可回收能源,是目前广泛使用的处理技术。然而,餐厨垃圾厌氧消化系统极易失稳,工业规模的厌氧反应器通常在低负荷下运行。为实现系统高效运行,改良的方法是通过过程控制,及时掌握反应器运行动态。鉴于此,本研究对餐厨垃圾厌氧消化系统进行了多次扰动研究,反复验证状态参数的有效性,建立了餐厨垃圾厌氧消化过程稳定性检测体系,提出了稳定化指数及其阈值;并基于此开发了稳定化指数的在线检测技术;且进一步结合自动控制系统,开发了整个厌氧反应器的过程稳定性检测设备;最后,本文探索了微生物群落动态与系统稳定性之间的关系,初步探索了反应器的失稳机理。 本文主要研究成果如下: ①本文评价了厌氧消化过程中状态参数在不同运行条件下的有效性,提出了包含常规指标、缓冲碱度指标和挥发酸类指标在内的稳定化指数。该指数响应比常规指标(如pH,产气量等)快1~9天,可较好的对餐厨垃圾厌氧发酵运行状态进行检测和预警。 ②餐厨垃圾厌氧消化系统缓冲容量高,安全预警指标体系中的VFA(VolatileFatty Acid),碱度等指标无准确、简便且便于在线测定的联合检测方法,本研究改进传统联合滴定法,提出一种可同时测定厌氧发酵液中TA(TotalAlkalinity)、BA(BicarbonateAlkalinity)、VFA的方法,将原本只能应用于低缓冲系统的方法,扩展到可在不同碱度范围内使用,并在原本BA与VFA联合滴定的基础上,增加了TA滴定。 ③基于提出的稳定化指数及其检测方法,本研究自行设计并开发了餐厨垃圾厌氧消化过程稳定性的检测系统。该系统包括预处理系统、稳定化指数检测系统和控制系统三部分。预处理系统、稳定化指数检测系统可实现对关键性液相参数的在线检测;控制系统通过拟合所检控指标实现对稳定化指数的计算及显示,并可根据检测结果智能判断系统运行状况,实现实地或远程报警。 ④采用454焦磷酸测序技术分析了餐厨垃圾厌氧发酵试验过程中微生物群落演替变化情况,发现系统失稳主要与餐厨垃圾高油、高盐、高蛋白特性相关。具体而言,细菌属水平上,蛋白质、LCFA(Long Chain FattyAcid)降解类Proteiniphilum菌属在失稳期成为系统的优势菌属,从稳定期的1.0%增加至33.96%。稳定期古菌中Methanospirillum占35.35%,随着钠盐积累,到失稳期该菌降至0.46%。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:X705

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