餐厨垃圾水热产物类黑精类物质的表征及其对厌氧发酵产酸的影响

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本文围绕餐厨垃圾水热处理过程中形成的类黑精类物质进行研究,针对目前存在的相关问题,包括餐厨垃圾水热体系中类黑精类物质无法有效表征、类黑精类物质对餐厨垃圾厌氧发酵产酸的影响不明和水热处理条件优化时对类黑精类物质的影响关注不足等问题,进行深入研究。首先,表征餐厨垃圾水热处理过程中形成的类黑精类物质并进行半定量。其次,明确类黑精类物质对餐厨垃圾厌氧发酵产酸的具体影响。最后,通过研究不同水热条件对类黑精类物质生成和有机质溶出的影响,从而优化水热处理条件并提升产酸效果。本文主要获得以下结论:(1)利用三维荧光技术结合区域积分法和平行因子法,通过计算各三维荧光区域下荧光积分体积和利用溶解性有机物样品中不同有机物的异质性,对类黑精类物质与其他溶解性有机物有效区分。源自区域积分法的参数△Φ(V)和平行因子法的参数△Fmax(C2)均可以半定量测定不同温度和pH条件下餐厨垃圾水热产生的类黑精类物质,最终发现温度小于130℃和pH 5的条件时类黑精类物质含量最低。(2)高含量类黑精类物质会抑制餐厨垃圾厌氧发酵产酸过程中的挥发性脂肪酸(VFA)产生,但低含量类黑精类物质却不会对产酸过程造成显著影响。此外,类黑精类物质的投加不会影响厌氧发酵过程中可溶性碳水化合物利用,但能抑制蛋白质降解。然而,由于抑制蛋白质降解所引起的VFA差异远低于利用碳水化合物产生的VFA,从而导致低含量类黑精类物质存在时没有显著的VFA积累。特定底物降解实验表明,类黑精类物质的存在会抑制微生物对蛋白质的利用,但不会对碳水化合物的利用产生影响。进一步计算发现,水热处理过程中类黑精类物质形成所消耗的底物是造成VFA产率低的原因。(3)餐厨垃圾经水热处理后类黑精类物质/可生物降解有机质可以通过Fmax(C2)/Fmax(C1)进行表征,最终得到一个响应值与模型项之间关系的方程。而方差分析与响应面分析的结果表明,pH、温度和反应时间都能对Fmax(C2)/Fmax(C1)产生显著影响,且相互之间存在交互协同作用;C/N和含水率本身的影响及其交互影响都不显著。此外,通过点优化后可得以下水热条件:温度132℃;水热时间27 min;pH 5.6,该条件下对应的预测值(0.011)远低于初始值(0.05)。研究发现该水热条件处理下VFA产量比未处理时提升18%,并优化得到最佳初始C/N(40)。
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