【摘要】：由于近年來雞糞的大量排放,帶來的雞糞污染問題日益嚴(yán)重。應(yīng)用厭氧消化技術(shù)處理雞糞不僅能夠解決雞糞污染問題,還能回收生物質(zhì)能。高濃度厭氧消化由于產(chǎn)生的二次污染較小,效率高而具有廣闊的應(yīng)用前景,但是雞糞屬于高氮原料,高濃度厭氧消化時容易形成氨抑制,導(dǎo)致連續(xù)處理時反應(yīng)器運行穩(wěn)定性下降。高濃度雞糞厭氧消化缺乏有效的穩(wěn)定工藝。本研究在連續(xù)攪拌反應(yīng)器(continuous stirring tank reactor,CSTR)中,通過階段提高進(jìn)料總固體(total solid,TS)濃度的方法研究高濃度雞糞厭氧消化的穩(wěn)定工藝,通過分析發(fā)酵過程中容積產(chǎn)氣率、有機(jī)物去除率、pH等指標(biāo),以及總氨氮(total ammonia nitrogen,TAN)、自由氨(free ammonia nitrogen,FAN)和揮發(fā)性有機(jī)酸(volatility fatty acids,VFA)等抑制物累積狀況,評價階段提高進(jìn)料固體濃度對雞糞厭氧消化穩(wěn)定性的影響,并探討高濃度雞糞厭氧消化氨抑制的形成規(guī)律,以及氨抑制形成后有效的恢復(fù)方法。采用抑制模型模擬TAN和FAN對發(fā)酵效果和甲烷發(fā)酵三階段(水解、酸化和甲烷化)的影響,探討高濃度雞糞厭氧消化氨抑制的形成規(guī)律,分析水解、酸化和甲烷化對氨氮的敏感性。本研究旨在為高濃度雞糞厭氧消化工程化應(yīng)用提供依據(jù)。主要結(jié)果如下:(1)當(dāng)進(jìn)料固體濃度從2.10%分階段提高到7.24%時,容積產(chǎn)氣率由0.31 L·(L·d)~(-1)逐漸上升到0.96 L·(L·d)~(-1),甲烷體積分?jǐn)?shù)穩(wěn)定在60%左右,TAN處于較低水平,反應(yīng)器能夠在7.24%的進(jìn)料固體濃度下穩(wěn)定運行,處于穩(wěn)定期。利用發(fā)酵動力學(xué)模型模擬進(jìn)料固體濃度和產(chǎn)氣效果、進(jìn)料固體濃度和出料固體濃度之間的動力學(xué)關(guān)系,發(fā)現(xiàn)修正的stover-kincannon模型適合描述穩(wěn)定期進(jìn)料固體濃度對雞糞厭氧消化的影響,并能預(yù)測反應(yīng)器在該工況條件下的最大處理能力。當(dāng)進(jìn)料固體濃度提高到9.30%時,容積產(chǎn)氣率下降到0.21 L·(L·d)~(-1),相應(yīng)的TAN上升到3401 mg·L~(-1),雞糞厭氧消化出現(xiàn)氨抑制,反應(yīng)器運行進(jìn)入抑制期。(2)調(diào)低進(jìn)料固體濃度為6.22%,TAN和VFA分別累積到3967 mg·L~(-1)和4078mg·L~(-1),出現(xiàn)氨氮和VFA聯(lián)合抑制,反應(yīng)器仍處于抑制期。反應(yīng)器停止進(jìn)料,運行進(jìn)入恢復(fù)期,30 d后VFA被逐漸降解到2139 mg·L~(-1),重新進(jìn)料固體濃度為6.23%,運行進(jìn)入重新穩(wěn)定期,容積產(chǎn)氣率和甲烷體積分?jǐn)?shù)分別穩(wěn)定在1.02 L·(L·d)~(-1)和63.9%,重新穩(wěn)定后活性污泥對TAN和VFA的耐受能力增強(qiáng)。(3)通過抑制模型對抑制期的氨抑制形成模擬分析可知,高濃度雞糞厭氧消化氨抑制是隨氨氮的累積而逐步形成的,水解、酸化和甲烷化過程對TAN和FAN的敏感性順序為:甲烷化水解酸化。通過對階段5和階段6的氨抑制形成過程比較發(fā)現(xiàn),階段5的氨抑制是由反應(yīng)器超負(fù)荷運行引起的,階段6的氨抑制是由抑制物殘留和污泥性質(zhì)惡化引起的,階段6在各抑制率下的TAN和VFA較高,活性污泥對氨氮和VFA的耐受性發(fā)生了部分適應(yīng)性馴化。
【圖文】：

圖 1-1 厭氧消化四階段學(xué)說代謝過程Fig. 1-1 Metabolic process of the four stages theory of anaerobic digestion氧消化技術(shù)處理雞糞具有成本低、能耗小和能夠回收清潔能源的害化、減量化和資源化的重要技術(shù)手段（李文哲等 2013）。該滅寄生蟲卵，經(jīng)厭氧消化后的沼渣還可以制成優(yōu)質(zhì)的農(nóng)用有機(jī)肥劑等，發(fā)酵過程中產(chǎn)生的沼氣還能夠得到可作為清潔能源使用，于供暖、照明、發(fā)電，由此受到世界各國的廣泛關(guān)注（李秀金沼氣推廣現(xiàn)狀調(diào)查統(tǒng)計，我國用于處理畜禽糞便的沼氣發(fā)酵罐已積達(dá) 1400 萬 m3，每年生產(chǎn)沼氣的體積達(dá)到 17 億 m3（李文哲等技術(shù)將畜禽糞便有效地轉(zhuǎn)化為沼肥和沼氣，不僅能夠促進(jìn)農(nóng)業(yè)增結(jié)構(gòu)，發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)，，是能夠滿足我國發(fā)展需求的一項技術(shù)，近推廣。

本研究的技術(shù)路線
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S216.4;X713

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2702276