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Influence of the ph,Pretreatment and hydraulic Retention Time on the Enhancement of the Biohydrogen and Volatile Fatty Acids Production from Food Waste in the Semi-continuously Running Reactor

Influence of the pH,Pretreatment and Hydraulic Retention Tim...

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作者： reham yasser farouk h.med 华中农业大学

学位级别：硕士

食物垃圾(FW)是一种未开发的资源,具有很高的资源回收能力。在暗发酵(DF)中使用FW作为底物被广泛研究,因为FW含有大量有机物质和水分,如脂质、淀粉和蛋白质。暗发酵具有从食物垃圾中生产高价值副产物生产的能力,如乳酸(LA),氢(h2),醇(Et... 详细信息

食物垃圾(FW)是一种未开发的资源,具有很高的资源回收能力。在暗发酵(DF)中使用FW作为底物被广泛研究,因为FW含有大量有机物质和水分,如脂质、淀粉和蛋白质。暗发酵具有从食物垃圾中生产高价值副产物生产的能力,如乳酸(LA),氢(h2),醇(EtOh),短链脂肪酸和甲烷。此外,已经证明氢是有前景的能源之一,对减少对化石燃料的依赖至关重要。另外,VFA也被广泛应用,如作为替代碳源的利用。本研究采用中温半连续的反应器系统,以食品垃圾废水为底物进行产氢和挥发性脂肪酸VFAs,研究PhP(预处理、hRT和ph)系统对氢和挥发性脂肪酸(VFA)产生的影响。另外,将PhP和非调控的系统进行比较。首先研究了酸碱度和预处理的影响。通过重复SAS分析表明,这些因素(酸碱度和预处理)对h2产率、VFA浓度、VFA/可溶性化学耗氧量(SCOD)和h2/SCOD这些指标有显著影响(Ph=7条件下,化学处理(CT)的h2产率和产量最高,而在ph=6时,化学处理(CT)组的VFA产量和浓度最高,VFA浓度为55.44±2.39 g/L,产率为926.21±42.27mg/g SCOD,此时 h2 产量为 280.82±5.72 ml/L,产率为 4.44±0.10ml/g SCOD。最佳条件时(ph=6,CT预处理)发酵液中的丁酸盐和乙酸盐含量占总挥发性脂肪酸VFAs总量的62.43%。另一方面,实验结果表明,ph=5对h2和VFA的生成没有显著促进作用。此外,在ph=7和CT预处理的基础之上,本课题研究了水力停留时间(hRT)对发酵过程的影响。其中三种不同的hRT(2d、3d和4d)用于评估其对氢和VFA生产的影响。单因素方差分析表明,hRT对h2的产量和产率有显著影响,而在hRT=3d时出现h2的最高产量和产率,分别为263.82±18.44,5.19±0.40 ml/g SCOD。相反,hRT对VFA的产率无显著影响,当hRT在2d到4d内变化时,VFA浓度在36.03±1.72至40.19±1.53 g/L范围内波动。但是hRT对VFA的浓度有显著影响,在hRT=2d时VFA浓度达到最高值40.19±1.53 g/L。本实验产物以丁酸盐为主,占总VFA的50%。另外,结果表明,hRT=2d时的h2和VFA产量最低。通过聚合酶链反应(PCR)的变性梯度凝胶电泳(DGGE)-在16S rDNA分析的扩增的V3-V4区域,在所有hRT水平上均检测出产氢和产VFA的菌种。结果表明,微生物的高度多样性为hRT2,其具有最高的氢产率和VFA浓度。所检测出来的主要菌种是乳酸杆菌,事实证明,乳酸杆菌不会影响氢的产生,而梭菌属是产氢所必需的菌种。同时本研究发现,丁酸梭菌的存在是形成丁酸盐发酵的主要原因。此外,还对同一 hRT条件下PhP系统与非调控系统进行了比较研究。配对样本T检验表明,PhP系统与非调控系统对氢气和VFA的产生有显著性差异(PhP系统的氢气产率升高至263.82ml/L。PhP系统的VFA产量比非调控系统高1.8倍,因此PhP是一种可以提高h2和VFA产量的较为理想的工艺。

关键词：生物制氢餐厨垃圾挥发性脂肪酸 ph hRT 预处理

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