餐余垃圾与剩余污泥联合发酵产酸条件的优化开题报告
2020-02-18 19:33:14
1. 研究目的与意义（文献综述）
伴随着经济的快速发展，我国的工业化进程加快，但城市居民对生活环境质量的要求也在提升，这就不可避免地带来了一些急需解决的问题。一方面人口的持续增长和生活水平的提高，导致了我国餐余垃圾的迅速增长，约占城市生活垃圾总量的30%-40%。由于其有机质含量较高的特性，很容易发生腐烂并散发出恶臭气味，从而影响周边空气环境。同时，餐余垃圾还容易滋生各种病原菌，危害人的身体健康。近几年来，还屡屡出现不法商贩通过餐余垃圾提炼出地沟油，重新流入到餐桌上，引起各种慢性疾病的发生。另一方面城市规模的扩大，催生了一座座新建或是提标改造的市政污水处理厂，因此导致了剩余污泥这一生物处理过程中的副产物的逐年增加，约占水量的0.3%-0.5%，污泥的处理和处置费用会达到污水处理厂运行费用的一半，成为污水厂的严重负担。此外，中国的污泥重金属含量较高，仅仅通过简单的处理就将剩余污泥丢弃，会对环境带来严重的影响。
对于这两种固体废物的处理方法，种类还是五花八门的。就餐余垃圾来说，简单的有焚烧法和填埋法，以及近些年逐渐优化的饲料化处理和厌氧消化。其中，厌氧消化是在缺氧环境下，利用城市餐余垃圾中的厌氧微生物自身的分解作用，实现对有机物分解的效果，厌氧消化处理餐厨垃圾会产生甲烷、二氧化碳等。其优势是经济效益较高，采取的是一种密闭系统，对周边的环境影响较小，但该工艺的不足之处便是投资成本较大，回收周期较长，工艺管理也较为复杂，对专业要求较高。在处理剩余污泥方面，焚烧法和填埋法是最常见的方法，而厌氧消化同样是一种广泛且历史悠久的处理方法。
2. 研究的基本内容与方案
2.1内容和目标：利用餐余垃圾和剩余污泥进行厌氧发酵生产挥发性脂肪酸（VFA），通过色谱技术测定VFA的含量及组成，研究餐余垃圾与剩余污泥比例对VFA总量及组成的影响，从而确定最优运行条件。
2.2实验方案
2.2.1实验材料及预处理方法
①餐余垃圾 来源：武汉理工大学西院食堂 成分包括米，蔬菜和肉类。
将食堂产出的餐余垃圾混合均匀后取样，先挑出其中的蛋壳，骨头等坚硬物质，再加入清水并使用食物粉碎机将其制成粒径小于10mm的糊状物，或者手动完成此过程。随后放入冰箱在4℃的条件下保存待用。并取样50mL测量其TS总固体含量，VSS挥发性悬浮固体，TC总碳和TN总氮等指标。
②剩余污泥 来源：汤逊湖污水处理厂
常温下沉淀1h并去除杂质后备用。取样100mL测定pH，TCOD，SCOD，TS，VS，TC，TN，可溶性蛋白，VFA，NH4 -N，PO3 -P的含量。
预处理方法：向剩余污泥添加过氧化钙来改良发酵产酸，使CaO2浓度为0.005mol/L，预处理时间为3h，增加污泥的SCOD，达到较好的产酸水平。
处理后再次取样测量上述指标。
2.2.2实验
共设置五个1L的玻璃容器作为反应器，均调节初始pH=11，其中一个为空白组，向其中加入VS比50：50的餐余垃圾和剩余污泥，其中剩余污泥并未经过过氧化钙预处理。剩下四个反应器，加入的剩余污泥均为经过上述预处理过程，投加的餐余垃圾和剩余污泥的VS比分别为100：0，75：25，50：50和25：75。
将原料搅拌均匀（玻璃棒搅拌1min）后充入氮气5min，去除多余氧气后用橡胶塞堵住瓶口。将所有发酵罐置于35℃，转速为130r/min的恒温培养箱中，采用序批式发酵，共发酵7天，除了每天取样，不额外排出原料。
每隔24h分别取样1ml测定VS。分别取样20ml，经1500rpm离心，分离上清液和沉淀，取5ml上清液稀释50倍后测定SCOD，可溶性蛋白，碱度，NH4 -N，PO3 -P，取5ml上清液保存于4℃冰箱中，取2ml上清液保存于-8℃冰箱中留存以测定其VFA的含量。设置三组平行实验，取平均值。从而计算VFA产量，VFA的产率，VFA/碱度。
通过产量和产率的比较，确定最佳的餐余垃圾和活性污泥配比，并测量改条件下混合物的C/N。
2.2.3测定方法：
| 指标 | 方法 | 设备 |
| pH | 玻璃电极法 | pH计 |
| TS | 105℃烘干称重法 | 烘箱 |
| VS | 600℃灼烧减量法 | 马弗炉 |
| SCOD | 重铬酸钾法 | COD消解器和分光光度计 |
| NH4 -N | 纳氏试剂法 | 分光光度计 |
| PO43--P | 钼锑抗分光光度法 | 分光光度计 |
| VFAs | 气相色谱法 | 气相色谱仪 |
| 可溶性蛋白 | 考马斯亮蓝法 | 分光光度计 |
3. 研究计划与安排
第1周：完成英文翻译,查阅相关文献资料。
第2-3周：查阅并收集与论文相关的资料，制定方案，完成开题报告。
第4－12周：运行产酸反应器，定期取发酵样品进行检测。
4. 参考文献（12篇以上）
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