氨氮抑制对于餐厨垃圾厌氧发酵的影响研究.doc

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1、编编 号号 本本科科生生毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目：氨氮抑制对于餐厨垃圾厌氧发酵的氨氮抑制对于餐厨垃圾厌氧发酵的 影响研究影响研究 环境与土木工程环境与土木工程 学院 环境工程环境工程 专业 学 号 1003080221 学生姓名 王晓平 指导教师 赵明星 副教授 二一二年六月 摘要 I 摘摘 要要 餐厨垃圾中富含大量的淀粉和纤维素等有机物质，生物可降解性强，因此生物方法 已经逐渐成为处理厨余物的主要发展方向厌氧发酵作为一种生物处理技术，存在着生 化抑制效应本课题主要研究氨氮胁迫对产甲烷代谢途径的影响. 本实验以厌氧颗粒污泥为菌种，主要研究了以下几个方面的内容：1) 氨氮胁迫对餐

2、 厨产气量的影响2) 氨氮胁迫对餐厨垃圾厌氧发酵过程中 TOC 去除率的影响3) 氨氮 胁迫对餐厨垃圾厌氧发酵过程中有机酸的影响以及对厌氧发酵过程中产甲烷辅酶 F420的影 响 实验首先通过氨氮负荷梯度实验确定餐厨垃圾厌氧发酵对产甲烷的抑制作用，以及 抑制整个反应过程的有机酸种类和浓度，TOC去除率，以及产甲烷过程关键酶辅酶F420 影响同时研究氨氮胁迫前后餐厨垃圾厌氧发酵产甲烷代谢途径的变化情况 实验结果表明：1) 不同的氨氮浓度对产气量有一定的影响，随着氨氮浓度的增加， 相同反应时间内，餐厨垃圾厌氧发酵的产气量依次减少具体产气数据2)当氨氮浓度大 于4500mg/L时，对于TOC的去除率影

3、响较大，去除率较0mg/L的降低30% 3) 不同的氨 氮浓度，不仅影响有机酸的种类，也影响反应水解酸化阶段有机酸的产生速率4) 氨氮 胁迫对餐厨垃圾厌氧发酵过程中pH的影响不大，pH大约都维持在7. 5)随着浓度的增加， F420呈先增加后减少的趋势变化，当氨氮浓度在1500mg/L时，F420的浓度大约为 0.008mmol/L 关键词：关键词：氨氮胁迫；产甲烷菌；有机酸；F420；TOC 摘要 II ABSTRACT Food waste is rich in organic substances such as starch and cellulose, which have stro

4、ng biodegradability. It has been widely applied that the treatment of food waste using the biological method, and the anaerobic digestion has become the most promising approach in food waste treatment. The paper investigated the ammonia stress on the metabolic of methane production during anaerobic

5、digestion of food waste for preventing of biochemical inhibition. The study, using anaerobic granular sludge as bacteria inculum in digestion, focused on the following 3 aspects: 1) Ammonia stress on waste food production ; 2) Ammonia stress on the TOC removal of food waste anaerobic fermentation pr

6、ocess, ; 3) Ammonia stress on the influence of organic acids in the food waste anaerobic fermentation process and the impact on the anaerobic fermentation process of a special enzyme F420. The main results were as follows: 1) TThe ammonia concentration has some influence on gas production with the i

7、ncrease ofammonia concentration, the same reaction time, anaerobic fermentation of food wastegas production in order to reduce . 2) When the ammonia concentration greater than 4,500 mg /L influenced, for TOC removal, the removal efficiency of 30% was significantly lower than the 0 mg / L. 3) Differe

8、nt concentrations of ammonia, not only affect the types of organic acids, but also affect the production rate of the reaction hydrolysis acidification phase organic acids. 4)Ammonia stress is not on the food waste anaerobic fermentation process, pH, the pH approximately maintained at 7. 5)With the i

9、ncrease of the concentration, the F420 is to first increase and then a decreasing trend change, when the ammonia concentration of 1500mg / L, the F420 is the concentration of approximately 0.008mmol / L. Key word: ammonia stress; methanogen; Organic acids ; F420; TOC 目录 i i 摘 要I ABSTRACTII 第 1 章 绪论.

10、1 1.1 立项背景1 1.2 餐厨垃圾的特征 .2 1.3 国内外研究现状 .2 1.4 厌氧发酵产甲烷机理 .3 1.4.1 发酵产酸阶段3 1.4.2 产氢产乙酸阶段4 1.4.3 产甲烷阶段4 第 2 章 材料与方法.7 2.1 实验材料 .7 2.1.1 实验装置 7 2.1.2 污泥和餐厨垃圾来源7 2.1.3 主要实验试剂7 2.1.4 主要仪器设备7 2.2 实验分析测定方法8 2.2.1 产气量的测定8 2.2.2 辅酶 F420 的测定 .8 2.2.4 其他测定方法9 第 3 章 结果与讨论.11 3.1 体系产气量变化情况 .11 3.1.1 取样点的确定11 3.1.

11、2 不同氨氮浓度体系最终产气量11 3.1.3 体系氨氮变化12 3.1.4 pH 变化情况.12 3.2 体系有机碳的变化情况 .13 3.2.1 体系液体 TOC 变化13 3.2.2 体系总 TOC 的变化量14 3.3 体系有机酸的变化情况 .15 3.3.1 水解酸化阶段有机酸变化15 3.3.2 反应结束时有机酸变化情况15 3.4 辅酶 F420 变化情况.16 目录 ii 第 4 章 结论与展望.17 4.1 结论17 4.1.1 氨氮胁迫对餐厨垃圾产气量的影响.17 4.1.2 氨氮胁迫对 TOC 去除率的影响.17 4.1.3 氨氮胁迫对于有机酸的影响.17 4.1.4 氨

12、氮胁迫对于其他指标的影响17 4.2 不足之处及未来展望17 4.2.1 不足之处17 4.2.2 未来展望17 参考文献.19 致谢.21 氨氮抑制对于餐厨垃圾厌氧发酵的影响研究 1 1 第第 1 章章 绪论绪论 1.1 立项背景立项背景 随着人民生活水平的提高，我国垃圾中有机成分所占比例越来越高特别是垃圾中 的可降解有机垃圾，其中就包括餐厨垃圾，如果让这些垃圾在环境中自然降解，将产生 大量的有机污染物，污染水体、空气及土壤等各种环境介质，对生态环境构成直接威 胁在上海，北京等大城市，目前餐厨垃圾日产量都超过1000吨，且有不同的增长趋势1, 2007年我国的餐厨垃圾量约为9000万吨，且每

13、年以10%的速度递增2据报道，餐厨垃圾 已经占到城市固体废弃物的50%-70%3，餐厨垃圾目前已是城市环境污染主要来源之一， 严重威胁人们的日常生活及身体健康餐厨垃圾的危害主要有4,5：1，餐厨垃圾有机物含 量高，容易腐败变质，产生恶臭，污染大气环境；2，餐厨垃圾有病源菌，随意堆放容易 滋生蚊蝇，传播疾病：3，餐厨垃圾含水率较高，运输过程中会发生滴漏现象，污染市镇 环境，甚至地下水；4,餐厨垃圾数量巨大，给城市垃圾处理带来难度，大大提高处理成本 目前餐厨垃圾问题已经对人们的日常生活和环境构成重大危害，解决餐厨垃圾的处 置问题是一项重要而紧迫的任务，也是破解日益严重的垃圾包围城市困境的重要手段之

14、 一，这已经引起政府和人们的高度重视，研究餐厨垃圾减量化，无害化和资源化利用， 已成为我国经济社会可持续发展的迫切需要6而厌氧发酵就是其中一种手段厌氧消化 能大批量的处理有机废弃物7，在处理中又能得到甲烷和氢气等具有环境友好性的气体， 因此越来越受到人们的重视8-10 厌氧发酵处理餐厨垃圾与其他技术相比具有如下优点：厌氧消化后产生的沼气是 清洁能源；固体物质被消化以后可以得到高质量的有机肥料和土壤改良剂；在有机 物质转变成甲烷的过程中实现了垃圾的减量化；与好氧过程相比，厌氧消化过程不需 要氧气，降低动力消耗，因而使用成本降低；厌氧消化减少了温室效应气体的排放 量 作为发酵产物的甲烷，也是一种具

15、有较高利用价值的清洁能源是一种理想的气体 燃料，1 mol甲烷燃烧可产生882.58 kJ热量在标准状态下（0 ，101.33 kPa）每m3甲烷 可产生热量39400.8 kJ，理论上相当电量10.94 kWh（1.0 kWh=3600 kJ） 甲烷的用途也十 分广泛. 1、作为工业气体燃料，用于发电、陶瓷、玻壳、工艺玻璃等 2、作为清洁燃料，汽化后供城市居民使用，具有安全、方便、快捷、污染小的特 点 3、作为代用汽车燃料使用11作为汽车发动机燃料，发动机仅需作适当改装，运行 又安全可靠，而且噪声低污染小，特别是在排放法规日益严格的今天，排气明显改善 4、作为城市管道天然气的调峰，对民用燃气

16、系统的用气量进行调节 5、作为冷源用于生产速冻食品，以及塑料、橡胶的低温粉碎等，也可用于海水淡化 和电缆冷却等 甲烷是一种人工可制取、使用方便、清洁高效的生态能源，例如可以做为代用汽车 燃料,而对甲烷发酵过程进行强化研究不但可以创造可观的经济利益，而且还可以废物回 江南大学学士学位论文 2 收再利用，减轻环境负担据估算，城市污水处理厂采用好氧二级处理工艺，其污泥厌 氧处理所产生的甲烷足够满足污水厂运行所需要的能量12因此甲烷发酵厌氧处理技术 把污染物去除和能源回收相结合，成本低廉，正成为世界各国争相研究和开发的热门技 术深入研究甲烷发酵的促进技术、促进机理从而提高产气量及甲烷浓度对于提高废弃

17、物资源化利用率，大力推广沼气工程具有重要意义 写一些厌氧消化过程中氨氮抑制的危害 本课题致力于厌氧发酵条件下氨氮胁迫对产甲烷菌代谢途径的影响对如何提高微 生物对氨氮的耐受能力，有效解决发酵产物氨氮对发酵的反馈抑制作用有着重要的研究 和现实意义 1.2 餐厨垃圾的特征餐厨垃圾的特征 餐饮有机垃圾即为饮食消费后的食物残余，俗称“泔脚”在我国，餐饮有机垃圾长期 以来都直接作为饲料养猪近年来，考虑到食物链短循环可能带来的疾病感染风险和防 止非法炼制与销售食用油品现象，是城市生活垃圾的主要组成部分餐厨垃圾主要成分 包括米和面粉类食物残余、蔬菜、动植物油、肉骨等，从化学组成上，有淀粉、纤维素、 蛋白质、脂

18、类和无机盐厨余的主要特点是有机物含量丰富、水分含量高、易腐烂，其 性状和气味都会对环境卫生造成恶劣影响，且容易滋长病原微生物、霉菌毒素等有害物 质 专家认为，营养丰富的餐厨垃圾是宝贵的可再生资源但由于尚未引起重视，处置 方法不当，它已成为影响食品安全和生态安全的潜在危险源虽然处置不当会产生严重 的后果，但餐厨垃圾也并非一无是处.国家发改委环资司副司长何炳光指出，餐厨垃圾具 有废物与资源的双重特性，可以说是典型的“放错了地方”的资源 从收集角度看，餐厨 垃圾处理的关键在于垃圾产生的初始就分类放置，这是餐厨垃圾真正得以处理的重要前 提13 1.3 国内外研究现状国内外研究现状 抑制的一般性定义是：

19、对生物功能的损害，2002年，IWA的厌氧消化数学模型课题 组对此作了进一步定义14杀生性抑制是指反应毒性，通常是不可逆的，例如LCFA、清 洁剂、醛、硝基化合物、氰化物、抗生素和亲电子试剂对生物的抑制作用；生物平衡抑 制是指非反应性毒性，通常可以是可逆的，例如产物、弱酸/碱（包括VFA、NH3、H2S）、 pH、阳离子以及任何其他能破坏细菌生理平衡的物质对生物的抑制作用 不同的微生物种群对于氨氮的抑制性是不同的首先经过高浓度氨氮驯化过的甲 烷菌对氨氮的抑制有更高的抵抗能力，因此在处理高氮有机废物的过程中，为了保持稳 定的甲烷产量，对于甲烷菌的驯化是必要的Velsen15指出，在氨氮浓度为24

20、20mg/L 下 驯化过的甲烷菌能够在氨氮浓度达到3000 mg/L 的时候快速产生甲烷，且没有任何的滞后 反应此外，氨氮对于产乙酸产甲烷菌和产氢产甲烷菌的抑制程度是不同的，对此目前 尚有争论Koster16认为，相对于产氢产甲烷菌而言，在氨氮浓度已经超过1700 mg/L 时， 氨氮对于产乙酸产甲烷菌代谢的抑制性更强Angeli 和Ahring17 也认为产乙酸产甲烷菌 氨氮抑制对于餐厨垃圾厌氧发酵的影响研究 3 3 比产氢产甲烷菌对氨氮更敏感而Wiegant 和 Zeeman18却认为氨氮(3500 mg/L)抑制了 产氢产甲烷菌，但产乙酸产甲烷菌在氨氮达到4500 mg/L 时仍未受到抑

21、制 Fujishima19 在研究脱水污泥厌氧消化的过程中得到了与Wiegant 和 Zeeman 同样的研究结论两种 不同的结论也许与所接种的甲烷菌是否经过驯化有关在Fujishima 和Wiegant andZeeman 的研究中使用的甲烷菌是经过驯化的，而在Angeli 和 Ahring 的研究中接种的甲烷菌未 经过驯化，但与菌种本身的特性是否相关还需要去验证，因此氨氮对于两种甲烷菌的抑 制性影响还有待于进一步地研究 目前，有机废物的厌氧消化处理大多是在中温下进行的在中温消化的情况下，当 氨氮积累到一定浓度时，甲烷菌会失去活性Poggi等20研究了城市生活垃圾和剩余污泥 中温厌氧消化过程

22、中氨氮的抑制情况，以NH4CL 来调节进料的C/N，以VS 去除率、产 气量、甲烷的含量、pH 和挥发有机酸来判定反应器的运行效果，结果发现：随着NH4CL 的增加，VS 去除率、产气量、甲烷的含量逐渐下降，pH 下降，挥发性有机酸的含量升 高，并且在挥发性有机酸中丙酸和丁酸高温条件对于有机废物的降解和病原菌的杀灭是 更有效的，尤其对于那些将厌氧消化以后稳定化的废物用于土地处理时，高温处理就显 得尤为必要在高温条件下，自由NH3 的浓度比中温条件下要高，毒性抑制就更为显著 21而且在高温和中温的条件下，微生物对氨氮抑制的耐受力也是不同的Gallert 和 Winter 22在研究分选后有机垃圾

23、中温和高温条件下厌氧消化过程中氨氮对甲烷产量的影 响时发现，在高温过程中，虽然产生了更多的气体，但其中甲烷的含量却很低，这是由 于和中温消化相比，高温过程产生了更高浓度的氨氮高温过程中产生了1.4mg/L 的 NH4+-N，而在中温过程中只产生了1 mg/L 的NH4+-N氨氮对甲烷产生和葡萄糖降解的抑 制性研究显示：在中温消化的过程中，氨氮的半毒性抑制常数分别为3 mg/L 和3.7 mg/L（对应的游离氨的浓度分别为0.22 mg/L 和0.28 mg/L），在高温厌氧消化的过程中， 氨氮的半毒性抑制常数分别为3.5 mg/L 和3.4 mg/L（对应的游离氨的浓度分别为0.69 mg/L

24、 和0.68 mg/L），可见高温微生物耐受最大NH4+-N 的浓度是中温微生物的两倍 1.4 厌氧发酵产甲烷机理厌氧发酵产甲烷机理 有机物厌氧消化一般分为水解酸化、产氢产乙酸和产甲烷三个阶段，有机酸的产生、累积以及消 耗与以下几个阶段密不可分：一般可以用图1-1描述 江南大学学士学位论文 4 图 1-1 厌氧发酵过程图 1.4.1 发酵产酸阶段发酵产酸阶段 这是一种不完全或不彻底的有机物厌氧发酵过程在此过程中，溶解性的有机物被 转化为以挥发性有机脂肪酸为主的中间产物，因此这一过程也成为酸化.酸化过程是由大 量的、多种多样的发酵细菌完成的其中重要的类群有梭状芽孢杆菌（Clostridium）和

25、拟 杆菌（Bacteriodes），它们大多数是严格的厌氧菌，但通常有约1%的兼性厌氧菌存在于 厌氧环境中，这些兼性厌氧菌能够起到保护像甲烷菌这样严格厌氧菌免受氧的损害和抑 制 透过细胞膜进入细菌体内的单糖，先经EMP途径转化为丙酮酸，然后因不同的微生 物其发酵类型不同，产生各种酸、醇、酮等，其反应如下： C6H12O62CH3CH2OH（乙醇）2CO2 C6H12O62CH3CHOHCOOH（乳酸） C6H12O6CH3CH2COOH（丙酸）CH3COOHHCOOH C6H12O6CH3CH2CH2COOH（丁酸）2CO22H2 1.4.2 产氢产乙酸阶段产氢产乙酸阶段 发酵酸化阶段的产物在

26、产乙酸阶段被乙酸菌转化为乙酸、氢气和二氧化碳.通过对标 准条件下乙醇、丁酸和丙酸转化为乙酸反应的自由能进行计算： CH3COOHH2OCH3COO-H+2H2 CH3CH2CH2COO-2H2O2CH3COO-H+2H2 G048.1kJ/mol CH3CH2COO-3H2OCH3COO-H+HCO33H2 G076.1kJ/mol 发现它们在标准条件下会被降解，只有在产氢产乙酸菌（OHPA菌）产生的氢被利用 氢的产甲烷菌的有效利用，系统中的氢维持在较低的分压，反应的自由能成为负值时， 反应方向自发进行 通常把能将丙酸、丁酸和其他高级脂肪酸转化为乙酸的微生物统称为OHPA菌在厌 氧反应过程中，

27、由于OHPA菌代谢产生乙酸的氢气约占总产甲烷菌基质的54%由于这类 微生物耐受pH值波动的能力较差，因此在厌氧降解过程中应该将pH值控制在中性的范围， 并保持稳定；此外，OHPA菌的倍增周期为26 d，生长速率比产甲烷菌还慢一旦 OHPA菌受到抑制，反应液中就会积累高浓度的丙酸和丁酸，其中前者对细菌的毒害作用 很大一般情况下，发酵细菌和OHPA菌的生长和代谢有赖于产甲烷菌等为其处置基质上 氨氮抑制对于餐厨垃圾厌氧发酵的影响研究 5 5 脱下氢 除了甲烷菌可以利用氢以外，硫酸盐还原菌和脱氮菌也能消耗氢另外少量同型产 乙酸菌利用氢作电子供体，将二氧化碳还原为乙酸，如： HCO3-4H2H+CH3C

28、OO-H2O G070.3 kJ/mol 1.4.3 产甲烷阶段产甲烷阶段 在这一阶段，起主导作用的产甲烷菌通过以下两个途径之一，将乙酸、氢气、碳酸、 甲酸、和甲醇等转化为甲烷、二氧化碳和新的细胞质其一是在二氧化碳存在时利用氢 气生成甲烷；其二是利用乙酸生成甲烷利用乙酸的产甲烷菌有索氏甲烷丝菌 （Methanothrix soehngenii）和巴氏产甲烷八叠球菌（Methanosarina barkeri），两者的生 长速率差别较大.在一般的厌氧发酵反应器中，约70的甲烷菌由乙酸分解而来，30由 氢气还原二氧化碳而来 利用乙酸：CH3COOHCH4 + CO2 利用 H2 和CO2：4H2

29、+ CO22CH4 + 2CO2 此外还发生如下反应： HCOO-2H+CH4CO2HCO3- G032.9 kJ/mol 以上过程中产生的二氧化碳在中性溶液中以碳酸盐的形式存在 综上各阶段有机酸产生以及利用过程可以发现：在酸化阶段，可溶性有机物被大量、 多种发酵菌转化为以挥发性有机脂肪酸为主的中间产物，主要有乙酸、丙酸、丁酸、乳 酸以及乙醇等有机物；在产氢产乙酸阶段，酸化阶段的产物被产氢产乙酸菌（OHPA菌） 转化为乙酸、氢气和二氧化碳，乙酸大量产生；在产甲烷阶段，起主导作用的产甲烷菌 将乙酸、氢气、碳酸、甲酸、和甲醇等转化为甲烷、二氧化碳和新的细胞质，消耗大量 的有机酸的酸性物质 1.5

30、氨氮的产生机理氨氮的产生机理 在有机垃圾厌氧消化的过程中，氮的平衡是非常重要的因素，尽管进入消化系统中的 硝酸盐能被还原成氮气，但其仍将存在于系统中由于厌氧微生物细胞的增殖很少，只 有很少的氮转化为细胞，大部分可生物降解的有机氮都被还原为消化液中的NH4+-N，因 此消化液中氨氮的浓度都高于进料的氨氮浓度，系统中的总氮是守恒的 氨态氮主要是通过氨基酸的降解产生，其分解主要通过偶联进行氧化还原脱氮反应， 这需要两种氨基酸同时参与，其中一个氨基酸分子进行氧化脱氮，同时产生的质子使另 外一个氨基酸的两个分子还原，两个过程同时伴随着氨基酸的去除如丙氨酸和甘氨酸 的降解： CH3CHNH2COOH（丙氨

31、酸）2H2OCH3COOHCO2NH34H+ CH2NH2COOH（甘氨酸）4H+2CH3COOH2NH3 两个反应合并即为： CH3CHNH2COOH2CH2NH2COOH2H2O3CH3COOHCO23NH3 由于氨基酸的降解的能够产生 NH3，因此在这一过程会影响到溶液的 pH 值NH3 的存在对厌氧过程非常重要，一方面，NH3 是微生物的营养物质，细菌利用氨氮作为其 江南大学学士学位论文 6 氮源，另一方面，NH3 如果其浓度过高就会快速抑制甲烷菌的活性 1.6 研究的目的和意义研究的目的和意义 1.6.1 研究的意义研究的意义 在我国垃圾结构中，餐厨垃圾约占 40%，其所占比例之大，

32、适合集中收集和集中处 理，而根据垃圾有机含量高和易生物降解的特性，采用生物技术发酵产气，是实现餐厨 垃圾减量化，资源化和无害化处理较安全可行的方法有机物厌氧发酵一般分为水解、 酸化、产乙酸和产甲烷四个阶段，每个阶段都是在不同的微生物作用下完成的，其中， 在发酵过程中，餐厨垃圾中所含的蛋白质会通过反应生成氨氮，少量的氨氮，会在反应 中作为微生物氮源的来源，促进反应的进行，但是，随着反应的进一步进行，会产生大 量的氨氮，反过来又会对微生物的活性产生抑制作用本课题致力于厌氧发酵条件下氨 氮对产甲烷菌活性的影响对如何提高微生物对氨氮的耐受能力，控制氨氮浓度对发酵 的反馈抑制作用有着重要的研究和现实意义

33、 1.6.2 研究的目的研究的目的 本文通过研究不同物料配比以及不同氨氮胁迫对产甲烷过程的影响来解决产甲烷过 程中氨氮抑制这个难点，通过这一方式不仅解决了大量餐厨垃圾的处置问题，避免了由 此造成的环境污染，而且获得了可再生能源沼气，产生可观的经济效益，实现了餐 厨垃圾资源化利用的最大化 1.7 研究的内容研究的内容 1、本课题采用摇瓶实验，通过对发酵过程中甲烷产率等评价指标的跟踪测定，通过 产气速率，判断反应的抑制强弱 2、对驯化后的厌氧污泥在不同梯度氨氮浓度下的反应状况的测定包括：有机酸， 氨氮，TOC，TS，沉降性以及 F420，定性和定量测定 3、通过对不同浓度下的反应中个指标的测定，找

34、出最适宜反应浓度，并了解不同浓 度下的反应速率比和有机废物的利用情况 氨氮抑制对于餐厨垃圾厌氧发酵的影响研究 7 7 第第 2 章章 材料与方法材料与方法 2.1 实验材料实验材料 2.1.1 实验装置实验装置 实验中使用实验装置为图(2-1)所示的甲烷潜力测试仪器，产生的气体在线收集 图 2-1 甲烷潜力测试器 2.1.2 污泥和餐厨垃圾来源污泥和餐厨垃圾来源 反应底物以米饭，蔬菜，猪肉作为原材料模拟餐厨垃圾，其中米饭，蔬菜，精猪肉 的 TS 配比为 7:2:1，餐厨垃圾 TS 为 20%，污泥为餐厨垃圾处理厂用于处理餐厨垃圾的污 泥（TS 为 4%） 2.1.3 主要实验试剂主要实验试剂

35、表 2-1 主要实验试剂 试剂名称规格生产厂家 乙醇A.R国药集团化学试剂有限公司 乙酸A.R国药集团化学试剂有限公司 乙氰色谱纯江苏汉邦科技有限公司 H2SO4A.R国药集团化学试剂有限公司 NaOHA.R国药集团化学试剂有限公司 盐酸A.R国药集团化学试剂有限公司 江南大学学士学位论文 8 氯化铵A.R国药集团化学试剂有限公司 十二水硫酸亚铁A.R国药集团化学试剂有限公司 重铬酸钾A.R国药集团化学试剂有限公司 硝普钠国药集团化学试剂有限公司 水杨酸A.R国药集团化学试剂有限公司 次氯酸钠A.R国药集团化学试剂有限公司 2.1.4 主要仪器设备主要仪器设备 表 2-2 主要实验试剂 仪器名

36、称生产厂家 高效液相色谱分析仪Dinox Ultimete 3000 紫外分光光度计上海美谱达仪器有限公司 马弗炉上海仪表集团公司制造三部 上海佳敏仪表有限公司 水浴锅国立常州试验设备研究所 pH 计梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司 台式离心机 TGL-16G上海安亭科学仪器厂 电热恒温鼓风干燥箱上海精密实验设备有限公司 2.2 实验分析测定方法实验分析测定方法 2.2.1 产气量的测定产气量的测定 采用排水集气法，即用图 2-1 的装置图收集气体置于 55 恒温室中，定时记录甲烷 的累积产量，直至甲烷累积产量停止增加时，结束实验.期间，每 12 h 摇动血清瓶一次 2.2.2 辅酶辅酶 F

37、420的测定的测定 1）测定原理 辅酶 F420是一种低分子量的荧光物质，当它被氧化时，在紫外线的激发下会产生荧光， 在 420nm 处有最大吸收峰 2）试剂 生理盐水：0.9% 乙醇（或异丙醇）：无水乙醇 NAOH：4 mol/L HCL：6 mol/L 3）步骤23 4000 rpm，15min，离 心 4000 rpm，15min，离心 5 克湿污泥加水至 15ml 沉淀加水至 15ml弃去上清液 沉淀加水至 15ml 弃去上清液 氨氮抑制对于餐厨垃圾厌氧发酵的影响研究 9 9 图 2-2 颗粒污泥样品预处理步骤这个图放在一页上，不要分在两页 用紫外可见光光度计在波长 420 nm 下测

38、定.计算公式如下： 式中：C 污泥中的辅酶 F420 浓度(mmol/L)； A1 试样在 420 nm 下的吸光度值； A0 参比样在 420 nm 下的吸光度值； f 稀释倍数； l 比色皿厚度(cm)； 辅酶 F420 的毫摩尔消光系数(l/cmmmol)， 在 pH=13.5 时 = 54.3 在求出污泥混合液的辅酶 F420浓度 C 后，可以根据污泥液的 VSS 浓度求出污泥内的 辅酶 F420含量，计算公式： 式中：Cx污泥中辅酶 F420 的含量(mmol/gVSS)； C 污泥混合液中辅酶 F420 的浓度(mmol/L)； X 污泥中的 VSS 浓度(gVSS/L) (1)

39、辅酶易发生光解现象，特别是碱性条件下，因此需要避光，操作过程中尽量减少 或避免光照. C = (A1-A0) f l CX = C X 4000 rpm，15min，离 心 沉淀加生理盐水至 15ml, 浸泡 30min 15ml 水至 15ml 弃去上清液 取相同体积的上清液 两份 加数滴 4mol/LNaOH， 使 pH=13.5 加数滴 6mol/LHCl 使 pH3 10000 rpm，15min，离心 亮黄色提取液，记录体积 搅拌混合，沉淀 2 小 时 沉淀弃去 上清液 参比样试样 水域加热（95-100, 30min） 玻璃棒不断搅拌, 冷却后 4000 rpm， 15min，离心

40、 以 2:1 的比例加乙醇 乙醇：提取液 4000 rpm，15min，离 心 沉淀加水至 15ml 15ml 水至 15ml 弃去上清液 江南大学学士学位论文 10 (2) 碱性 pH 的调节需要十分精确，酸 pH 的调节要小于 3若加酸时出现混浊，可 10000 r/min 离心 15 min，取上清液分为 2 等分一份将 pH 回调至 13.5. (3) 参比样和待测样的稀释倍数必须一样，测定过程中应准确记录因加酸加碱引起的 体积变化，补充蒸馏水维持参比样具有相同的体积，算出稀释倍数 f 2.2.4 其他测定方法其他测定方法 1）有机酸的测定： 有机酸测定采用液相色谱法，柱子为 ZORB

41、AX SB-Aq 柱，柱长 1504.6 mm，5 m；流动相：1乙腈、99 0.02 M NaH2PO4、调 pH 至 2.0(用磷酸调节)；流动相流速： 0.5 mL/min；进样量：10 L；柱温：30 ；检测器：紫外检测器（210 nm） 2）TOC 的测定： 取样品 2g 放入坩埚中于 105 度烘箱中 2 小时取出冷却后分别装入 2 个样品冢 中大约控制在 0.1g 左右，分别放入 TOC 测定仪中测定 TC 和 IC 最后得出结果 3）TS和VS的测定： 总固体（TS）指式样在一定温度下蒸发至恒重所剩余的总量，它包括样品中的悬浮 物，胶体物和溶解性物质，既有有机物也有无机物.挥发

42、性固体（VS）则表示水样中的悬 浮物，胶体和溶解性物质中有机物的量总固体中的灰分是经灼烧后残渣的量 操作步骤：将坩埚洗净后在600 oC马弗炉中灼烧1 h，取出冷却，称至恒重，记作ag； 取适当水样或污泥置于坩埚内称重，记作bg，然后放入干燥箱内在105 oC下干燥至恒重， 记作cg；将干燥后的样品放入马弗炉内，在600 oC灼烧2 h，取出冷却称重，记作dg. 4）氨氮的测定：水杨酸法测定. (1)实验材料： 1 铵标准贮备液 称取 3.819g 经 100干燥过的氯化铵（NH4Cl）溶于水中，移入 1000ml 容量瓶中， 稀释至标线此溶液每毫升含 1.00mg 氨氮 2 铵标准中间液 吸

43、取 10.00ml 铵标准贮备液移取 100ml 容量瓶中，稀释至标线此溶液每毫升含 0.10mg 氨氮 3 铵标准使用液 吸取 10.00ml 铵标准中间液移入 1000ml 容量瓶中，稀释至标线此溶液每毫升含 1.00g 氨氮临用时配置 4 显色液 称取 50g 水杨酸C6H4（OH）COOH，加入 100ml 水，再加入 160ml 2mol/L 氢 氧化钠溶液，搅拌使之完全溶解另称取 50g 酒石酸钾钠溶于水中，与上述溶液合并移 入 1000ml 容量瓶中，稀释至标线存放于棕色玻瓶中，本试剂至少稳定一个月 注： 若水杨酸未能全部溶解，可再加入数毫升氢氧化钠溶液，直至完全溶解为止， 最后

44、溶液的 pH 值为 6.06.5 5 次氯酸钠溶液 取市售或自行制备的次氯酸钠溶液，经标定后，用氢氧化钠溶液稀释成含有效氯浓 度为 0.35%（m/V），游离碱浓度为 0.75mol/L（以 NaOH 计）的次氯酸钠溶液存放于 棕色滴瓶内，本试剂可稳定一星期 6 亚硝基铁氰化钠溶液 氨氮抑制对于餐厨垃圾厌氧发酵的影响研究 1111 称取 0.1g 亚硝基铁氰化钠Na2Fe（CN）6NO2H2O置于 10ml 具塞比色管中， 溶于水，稀释至标线此溶液临用前配制 7 清洗溶液 称取 100g 氢氧化钾溶于 100ml 水中，冷却后与 900ml 95%（V/V）乙醇混合，贮于 聚乙烯瓶内 （2）步

45、骤 1 校准曲线的绘制 吸取 0、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00ml 铵标准使用液于 10ml 比色管中，用水稀释 至 8ml，加入 1.00ml 显色液和 2 滴亚硝基铁氰化钠溶液，混匀再滴加 2 滴次氯酸钠溶 液，稀释至标线，充分混匀放置 1h 后，在波长 697nm 处，用光程为 10mm 的比色皿， 以水为参比，测量吸光度 由测得的吸光度，减去空白管的吸光度后，得到校正吸光度，绘制以氨氮含量 （g）对校正吸光度的校准曲线 2 水样的测定 分取适量经预处理的水样（稀释 1000 倍使氨氮含量不超过 8g）至 10ml 比色管中， 加水稀释至 8ml，与校准曲线相同操作，

46、进行显色和测量吸光度 江南大学学士学位论文 12 氨氮抑制对于餐厨垃圾厌氧发酵的影响研究 1313 第第 3 章章 结果与讨论结果与讨论 3.1 反应体系产气量变化情况反应体系产气量变化情况 3.1.1 取样点的确定取样点的确定 本实验用气体收集装置，通过对已有文献的分析，采用总量为 400g（TS 为 4%）的 长期用于处理餐厨垃圾的污泥作为接种微生物，餐厨垃圾的量为 20g(TS 为 20%） ，控制 在 TOC 含量在 1g 左右，实验在 55 oC 的水浴锅中进行，用气体采集的仪器收集 在批 次实验中，氨氮的浓度分别控制为 0mg/L，1500mg/L，3000mg/L，4500mg/

47、L，6000mg/L 这一段写在第二章实验方法里 如图（3-1）所示，体系在 10 小时时迎来第一次产气高峰，这是水解酸化阶段产 CO2 的高峰期，随着反应的进行，120 小时左右迎来第二次产气高峰，这是厌氧消化中产甲烷 阶段的高峰期由此，样品采样时间选为 0h，5h，15h，38h，50h，72h，95h，120h，211h，250h结合图 3-2 也可以看出，取样 点大多为速率变化较大的点 图 3-1 不同氨氮浓度梯度产气量图 3.1.2 不同氨氮浓度体系最终产气量不同氨氮浓度体系最终产气量 图 3-2 不同氨氮浓度体系产气量图（图例去掉，横坐标 1，2。是 什么？） 由图（3-2）可知，

48、随着氨氮浓度的增加，反应体系的产气能力下降，由于污泥取自 餐厨垃圾处理厂处理餐厨垃圾的污泥，经过一定的驯化，有一定的耐受性，当氨氮浓度 从 0mg/L 上升到 1500mg/L，3000mg/L，4500mg/L 时，在反应结束时，气体的产量只有 江南大学学士学位论文 14 较少下降，下降大约在 5%左右，而当氨氮浓度达到 4500mg/L 时，再增加氨氮的浓度， 产气量的变化明显增大 由此可以知道，氨氮对于厌氧消化中气体的产生有一定的抑制作用，会 破坏产甲烷菌等微生物的活性随着氨氮浓度的提升，抑制会越明显，由其当氨氮浓度大于 4500mg/L 时，即使驯化过的污泥，产气量下降依旧较大 3.1.3 反应体系氨氮变化反应体系氨氮变化 图 3-3 体系氨氮浓度 由图 3-3 可知，体系中的氨氮浓度都保持稳定，结合图 3-1 和 3-2 也可以确定不同的 氨氮浓度对厌氧消化过程的抑制效果不同随着氨氮浓度的提升，体系的产气量明显降 低，因此，可以从中推断出，在产气过程中，氨氮对其中的微生物活性有一定的抑制作 用，并且，氨氮的浓度越高，抑制越强 3.1.4 pH 变化情况变化情况 图 3-4 pH 随时间变化图 由图（3-4）可知，体系的 pH 大约都维持在 7 左右结合图 3-3 可以