尹行. 餐厨垃圾与香根草联合厌氧发酵产沼气工艺[D]. 南阳：南阳师范学院硕士论文，2017.

摘  要

能源供应安全是国家战略安全中的关键一环，随着化石能源的日渐枯竭和经济社会的快速发展，能源安全受到的威胁也日益严峻。以生物质能源为代表的新型能源的开发利用，越来越受到各国政府和科研人员的重视。与此同时，餐厨垃圾作为城市垃圾的主要组成成分，每年增长量呈现快速升高趋势。餐厨垃圾能量密度大，生物质含量高（16%~22%），但是餐厨垃圾高含盐性、高含水性（70%~90%）、高油脂性、易腐性、燃烧热量低（低于5000 kJ/kg）和易滋生病原等性质，决定其只适合厌氧发酵的方式进行处理，在最大程度消耗餐厨垃圾的同时生产清洁能源沼气。由于餐厨垃圾C/N比较低，实验加入香根草补充C源。香根草(Vetiveria zizanioides L.)是一种多年生草本能源植物，主要用于固定土壤，防止水土流失和改善土壤，具有一定的生态学价值。

为获得餐厨垃圾与香根草联合厌氧发酵产沼气最优发酵工艺，首先正交试验初步找出最优发酵工艺为：接种污泥含量15%、餐厨垃圾占总固体的百分比为40%、总固体含量12%和装罐率90%。

经过正交试验确定发酵工艺的大致范围，再进行控制香根草粒径单因素实验。实验结果表明，S2组所设置的粒径5~15 mm为餐厨垃圾与香根草联合厌氧发酵产沼气的最佳粒径。

在正交试验和香根草粒径控制实验基础上，进行香根草预处理对比实验。实验结果表明，P3实验组所采用的香根草预处理方法，即汽爆法为最优香根草预处理方法。

在正交试验、香根草粒径控制实验和香根草预处理对比实验基础上，进行响应面实验。采用Plackett-Burman实验考察接种污泥接种量、餐厨垃圾占总固体的百分比、香根草粒径、总固体含量和装罐率5个因素对CH₄产量的影响。结果表明：餐厨垃圾占总固体的百分比、香根草粒径和总固体含量对CH₄产量影响显著，P值均小于0.05。采用最陡爬坡实验逼近最大响应区间，通过Box-Behnken响应面法对上述3种主要影响因素进行中心组合实验。得到优化后工艺为: 接种污泥接种量10%、餐厨垃圾占总固体的百分比40.13%、香根草粒径8.71 mm、总固体含量12.45%和装罐率85%。按照该工艺进行3组平行验证实验，经优化后CH₄产量提高了46.03%，CH₄产量达到19006 mL。模型理论值与实际值误差仅为1.27%。

最后对得到的餐厨垃圾与香根草联合厌氧发酵产沼气的最佳工艺进行100 L中试试验验证。验证得到餐厨垃圾与香根草联合厌氧发酵产沼气的最佳工艺为：接种污泥接种量10%、餐厨垃圾占总固体的百分比40.13%、香根草粒径8.71 mm、总固体含量12.45%、装罐率85%。

关键词：餐厨垃圾；香根草；正交试验；响应面实验；中试试验