【摘要】：干式厭氧消化技術(shù)是指在固含率高于15%的條件下,利用專性厭氧菌群或兼性厭氧菌群分解各種有機質(zhì),產(chǎn)生沼氣的生物處理方法。相較于傳統(tǒng)的濕式厭氧發(fā)酵,這種方法耗能小、容積產(chǎn)氣率高、二次污染小,逐漸成為有機廢物處理的新趨勢,但也存在需求接種量大、反應(yīng)時間長、系統(tǒng)易出現(xiàn)酸中毒等問題。本文在前人研究的基礎(chǔ)上,針對農(nóng)村秸稈產(chǎn)生量大,干式厭氧發(fā)酵系統(tǒng)不穩(wěn)定等問題,以農(nóng)村多元廢物(秸稈、畜禽糞便、廚余垃圾)為原料,開展了干式厭氧發(fā)酵的工藝優(yōu)化及發(fā)酵殘留物沼渣綜合利用的研究:(1)以小麥秸稈為研究對象,分別使用不同濃度的酸、堿、尿素、沼液以及秸稈發(fā)酵菌劑對其進(jìn)行預(yù)處理,將預(yù)處理后的秸稈做掃描電鏡并進(jìn)行干式厭氧發(fā)酵,探究了不同預(yù)處理方式對小麥秸稈結(jié)構(gòu)與產(chǎn)氣性能的影響。分析掃描電鏡結(jié)果可知不同預(yù)處理方式對小麥秸稈的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)均有不同程度的破壞,其中堿液水解處理的破壞最為明顯,生物預(yù)處理造成的破壞顯著低于化學(xué)預(yù)處理。發(fā)酵結(jié)果表明2.0%堿液水解與0.5%尿素氨化預(yù)處理最優(yōu),其TS產(chǎn)氣率為210.59 mL/g、195.73 mL/g,容積產(chǎn)氣率達(dá)到了1.35 m3/m3·d、1.20 m3/m3·d。(2)以小麥秸稈為主要原料,與豬糞、廚余垃圾混合干式厭氧發(fā)酵,研究不同接種污泥量對發(fā)酵的影響。實驗設(shè)置六個不同接種比處理組(10%、20%、30%、40%、50%、60%),結(jié)果表明除10%接種比處理組,其他處理均能實現(xiàn)正常啟動。實驗初期,各組pH出現(xiàn)了不同程度的下降,但后期都恢復(fù)至正常范圍,系統(tǒng)表現(xiàn)出了一定的自我調(diào)節(jié)能力。綜合比較TS產(chǎn)氣率、容積產(chǎn)氣率、甲烷產(chǎn)量和COD削減率以及應(yīng)用成本等指標(biāo),40%接種量為最優(yōu)條件,其VS產(chǎn)氣率為290.30 mL/g·VS,容積產(chǎn)氣率可達(dá)1.39 m3/m3·d。(3)以小麥秸稈、豬糞、廚余垃圾為原料,搭建可進(jìn)行滲濾液回流的干式厭氧發(fā)酵系統(tǒng)。研究表明添加Fe、Co、Ni三種微量元素能夠提高干式厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的產(chǎn)氣量與系統(tǒng)穩(wěn)定性。同時采用高通量等測序方法對不同發(fā)酵過程中的產(chǎn)甲烷菌進(jìn)行了檢測,分析了產(chǎn)甲烷菌群的群落結(jié)構(gòu)多樣性及各群落的演替規(guī)律。結(jié)果表明添加微量元素能夠提高系統(tǒng)中產(chǎn)甲烷菌群的多樣性與豐度,并提高甲烷八疊球菌在產(chǎn)甲烷菌中的比例。(4)考慮到冬季北方氣候寒冷,而綠色屋頂植物普遍管理粗放,選擇在冬季北方室外進(jìn)行沼渣培育佛甲草實驗,以期實現(xiàn)沼渣的資源化利用。實驗表明向土壤中添加沼渣不僅實現(xiàn)了沼渣的無害化消納,還可以在不同程度上改善佛甲草的生長情況,其中包括增加株高與覆蓋率,提高分蘗能力與葉綠素總量等。綜合分析認(rèn)為沼渣:砂質(zhì)壤土=3:5的基質(zhì)培育出的佛甲草綜合品質(zhì)最優(yōu)。
【圖文】：

（50-70%）、CO2（30-50%）以及其他微量氣體(NH3、H2S、H2和 O2等)組成。在整個厭氧消化過程中各類微生物“各司其職又相互影響”，形成復(fù)雜多級的生態(tài)系統(tǒng)，且不同微生物群落對外界環(huán)境變化的敏感度及自身代謝世代周期也各有所不同。目前被業(yè)內(nèi)學(xué)者普遍接受的是 Zeikus 于 1929 年提出的厭氧四階段理論，即水解、發(fā)酵、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷四個階段(如圖 1-1)。

因此在厭氧發(fā)酵的實際應(yīng)用中，應(yīng)該將反應(yīng)器的 pH 值控制在 6.5-7.8，最佳的 pH 環(huán)境應(yīng)該為 6.8-7.2 左右[16]。（5）揮發(fā)性有機酸揮發(fā)性有機酸是厭氧發(fā)酵過程中重要的中間代謝產(chǎn)物與預(yù)警因子。揮發(fā)性有機酸產(chǎn)生于酸化過程中，其中乙酸可以直接被甲烷八疊球菌、甲烷囊菌等乙酸營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌利用。也可以被分解為 H2和 CO2供甲烷桿菌、甲烷鬃菌等氫型產(chǎn)甲烷菌利用產(chǎn)生甲烷。而丙酸、丁酸、異丁酸等小分子有機酸則需要先被產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌降解為乙酸，，才能參與產(chǎn)甲烷過程。根據(jù)末端發(fā)酵產(chǎn)物的不同，一般將有機物產(chǎn)酸主要分為丙酸型發(fā)酵、丁酸型發(fā)酵、乙醇型發(fā)酵和混合酸型發(fā)酵，其基本過程見圖 1-2。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X705;S216.4

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本文編號：2642789