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基本信息

項(xiàng)目名稱：
餐廚垃圾和污泥聯(lián)合厭氧發(fā)酵制取氫氣
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
餐廚垃圾和污泥聯(lián)合厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫技術(shù)是一種較為理想的生物法處理餐廚的有效技術(shù)，本課題通過研究餐廚和污泥的不同預(yù)處理方式、F/M和有機(jī)負(fù)荷、初始pH值、膨潤(rùn)土等對(duì)產(chǎn)氫的影響，探究并優(yōu)化產(chǎn)氫的最佳工藝條件，從而為最終工業(yè)化提供有效參數(shù)，該研究既可解決生活垃圾和污水處理廠污泥的污染問題，又可制備清潔的能源，具有長(zhǎng)期發(fā)展的戰(zhàn)略意義，對(duì)我國(guó)固體廢棄物污染控制及節(jié)能減排工作起到重要推進(jìn)作用。
詳細(xì)介紹：
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和各國(guó)城市化進(jìn)程的推進(jìn)，餐廚垃圾對(duì)人類生活和居住環(huán)境的影響日益明顯，已經(jīng)是全世界亟待解決的一個(gè)大問題。與其它垃圾相比，餐廚垃圾具有含水率高、有機(jī)含量高、鹽分及油脂含量高、糖類含量比率大、營(yíng)養(yǎng)元素豐富、有毒有害物質(zhì)含量少等特點(diǎn)，這使其具備資源化利用，變廢為寶的條件。餐廚垃圾和污泥聯(lián)合厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫技術(shù)是一種較為理想的生物法處理餐廚的有效技術(shù)，首先，產(chǎn)生的氫可用作汽車燃料、供熱及發(fā)電，解決我國(guó)部分地區(qū)能源短缺問題，有較高的經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值。再者，發(fā)酵產(chǎn)氫后的沼液可進(jìn)行產(chǎn)甲烷過程，最后的沼液通過處理，可制成肥料，使沼渣和沼液重新被植物利用，這樣不僅可以實(shí)現(xiàn)廢棄物的減量化、資源化、無害化處理，更可代替?zhèn)鹘y(tǒng)化肥，減少對(duì)土壤、水體及空氣的污染，使農(nóng)業(yè)朝綠色循環(huán)方向發(fā)展。 目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于餐廚垃圾和污泥聯(lián)合厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫問題的研究還不多，大部分的研究都還處于起步階段，本課題分析了餐廚垃圾以及接種污泥的含水率、揮發(fā)分等組成及性質(zhì)，通過對(duì)餐廚進(jìn)行酸、堿處理以及對(duì)污泥進(jìn)行熱處理，來探究預(yù)處理對(duì)產(chǎn)氫的影響，再通過控制F/M、有機(jī)負(fù)荷以及改變初始pH、添加堿劑來探究產(chǎn)氫的最佳工藝條件。 通過試驗(yàn)，本團(tuán)隊(duì)得到以下結(jié)論：（1）酸處理餐廚+熱處理污泥是最優(yōu)的預(yù)處理方式，這種處理可以大大提高產(chǎn)氫效率，增強(qiáng)反應(yīng)體系的抗酸化能力，使體系處于以丁酸型發(fā)酵為主的穩(wěn)定狀態(tài)；（2）有機(jī)負(fù)荷為25gVS/L、F/M=5時(shí)，體系反應(yīng)較充分，可較大程度上利用餐廚垃圾和污泥進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫；（3）加入膨潤(rùn)土后初始pH為7.5可較大程度的產(chǎn)氫；（4）本試驗(yàn)內(nèi)加入一定量堿劑十二烷基磺酸鈉對(duì)產(chǎn)氫不利，膨潤(rùn)土對(duì)產(chǎn)氫具有較好的效果。 此外，本課題研究?jī)?nèi)容具有良好的應(yīng)用前景，在已經(jīng)探究得出餐廚垃圾和污泥聯(lián)合厭氧發(fā)酵制取氫氣最佳工藝條件的基礎(chǔ)上，可研究餐廚垃圾和污泥厭氧發(fā)酵聯(lián)產(chǎn)氫氣和甲烷，包括反應(yīng)器各種參數(shù)的設(shè)定、聯(lián)產(chǎn)條件優(yōu)化等內(nèi)容，并結(jié)合現(xiàn)有厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷技術(shù)的工程應(yīng)用，將餐廚垃圾和污泥厭氧發(fā)酵聯(lián)產(chǎn)氫氣甲烷技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際工程項(xiàng)目中。

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

撰寫目的： 餐廚垃圾與污泥聯(lián)合厭氧發(fā)酵制取氫氣是實(shí)現(xiàn)生活垃圾資源化、無害化的有效技術(shù)，本文通過探究餐廚與污泥聯(lián)合產(chǎn)氫的最優(yōu)工藝條件，從而為工業(yè)化提供有效依據(jù)。 基本思路： 首先通過對(duì)餐廚垃圾和污泥進(jìn)行預(yù)處理確定最佳預(yù)處理方式，進(jìn)而研究?jī)烧叩幕旌媳壤陀袡C(jī)負(fù)荷對(duì)產(chǎn)氫的影響，在此基礎(chǔ)上研究添加膨潤(rùn)土情況下初始pH以及添加堿劑對(duì)產(chǎn)氫的影響，從而確定產(chǎn)氫最佳工藝條件。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

科學(xué)性： 餐廚垃圾富含有機(jī)物，在特定環(huán)境下能被微生物降解，過程中會(huì)產(chǎn)生氫氣、甲烷等氣體，而微生物厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫需要一個(gè)特定的環(huán)境條件，通過控制一些條件可以實(shí)現(xiàn)能源的最大化回收利用。 先進(jìn)及獨(dú)特之處： （1）強(qiáng)化預(yù)處理——針對(duì)餐廚垃圾的物理和化學(xué)特性，研究集破碎、除雜、均化、酸化為一體的綜合預(yù)處理技術(shù)； （2）外部條件優(yōu)化——首次考察了在膨潤(rùn)土的添加下產(chǎn)氫的最佳初始pH。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

實(shí)際應(yīng)用價(jià)值： 隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，餐廚垃圾產(chǎn)量的增大，其高效資源化處理必將成為未來新能源開發(fā)的一個(gè)方向，目前，人類對(duì)氫燃料的需求越來越多，厭氧發(fā)酵制氫技術(shù)具有很好的市場(chǎng)前景和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 現(xiàn)實(shí)意義： 利用餐廚垃圾和污泥聯(lián)合制氫不但可以解決城市餐廚垃圾及污水廠污泥的污染問題，而且可以制備清潔的燃料能源，對(duì)我國(guó)固體廢棄物污染控制及節(jié)能減排工作具有重要意義。

學(xué)術(shù)論文摘要

利用餐廚與污泥聯(lián)合厭氧發(fā)酵是處理餐廚垃圾的有效途徑。對(duì)餐廚垃圾產(chǎn)氫處理的系統(tǒng)工藝研究是非常必要的。本試驗(yàn)分析了餐廚垃圾以及接種污泥的含水率、揮發(fā)分等組成及性質(zhì)，通過對(duì)餐廚進(jìn)行酸、堿處理以及對(duì)污泥進(jìn)行熱處理，來探究預(yù)處理對(duì)產(chǎn)氫的影響，再通過控制F/M、有機(jī)負(fù)荷以及改變初始pH、添加堿劑來探究產(chǎn)氫的最佳工藝條件，從而確定出餐廚和污泥聯(lián)合厭氧發(fā)酵的最佳工藝條件是：餐廚進(jìn)行酸處理，污泥進(jìn)行熱處理，F(xiàn)/M=5，有機(jī)負(fù)荷為25gVS/L，初始pH為7.5。本試驗(yàn)范圍內(nèi)在500mL有效體積情況下，累計(jì)產(chǎn)氫量最高達(dá)812.63mL ，平均最高單位產(chǎn)氫量達(dá)65.01mLH2/gVS。

獲獎(jiǎng)情況

無

鑒定結(jié)果

無

參考文獻(xiàn)

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同類課題研究水平概述

目前國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者關(guān)于發(fā)酵法制氫的研究范圍主要是富含可溶性碳水化合物的有機(jī)廢水，對(duì)于固體有機(jī)廢棄物的發(fā)酵制氫研究很少，對(duì)于污泥和餐廚聯(lián)合制氫，一些學(xué)者做了一些嘗試。Kim等利用餐廚和污泥聯(lián)合發(fā)酵，通過正交試驗(yàn)確定最佳餐廚與污泥配比為87︰13，并且VS質(zhì)量分?jǐn)?shù)w為3.0%，此條件下VSS 獲得最大比產(chǎn)氫速率為111.2 mL/g?h。宋慶彬等研究認(rèn)為餐廚與污泥在堿處理?xiàng)l件下，最佳餐廚污泥混合比例為5︰1，其氫氣含量、最大比產(chǎn)氫速率(VS)和氫氣產(chǎn)率(VS)分別達(dá)52.69%、1.73 mL/g?h 和50.27 mL/g。而陳文花等使用熱處理污泥與餐廚垃圾按不同配比制成的混合物為試驗(yàn)樣品，進(jìn)行厭氧發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)累積產(chǎn)氫量隨著餐廚比例的增大而減小，當(dāng)餐廚污泥比為1︰9 時(shí)，累積產(chǎn)氫量最大，這與前兩人的研究結(jié)果存在較大差異。余瑞彰等研究了添加礦化垃圾和堿性添加劑的作用效果和作用機(jī)理以及關(guān)鍵影響因子對(duì)產(chǎn)氫性能的影響，研究表明，投加礦化垃圾及堿劑可以提高氫氣產(chǎn)量。另外，許多學(xué)者對(duì)生物制氫單個(gè)因素做了一些研究，包括碳氮比的選擇，微量元素的添加，無機(jī)鹽的影響等。 生物制氫技術(shù)目前大部分仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，由于其產(chǎn)氫穩(wěn)定、速率快等優(yōu)點(diǎn)，使其成為研究熱點(diǎn)，但是由于揮發(fā)性脂肪酸的積累而產(chǎn)生的反饋抑制作用限制了氫氣產(chǎn)量，這一問題成為了技術(shù)瓶頸，另外，成本問題也制約其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，廉價(jià)底物的開發(fā)對(duì)降低生物制氫成本至關(guān)重要。
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