【摘要】：厭氧消化作為我國利用農(nóng)業(yè)廢棄物生產(chǎn)生物質(zhì)能源的有效方法,其產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)過程中面臨著許多問題,厭氧反應(yīng)器快速啟動便是其中之一。啟動反應(yīng)器所需的接種物可以從正在運(yùn)行的厭氧反應(yīng)器中獲取,但是該方式具有較強(qiáng)的時空限制,需要附近有正在運(yùn)行的厭氧反應(yīng)器并且厭氧污泥量充足,否則,從其他地方運(yùn)輸污泥會大幅增加厭氧發(fā)酵啟動的成本,阻礙產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。若采用動物糞便、廢水沉積污泥培養(yǎng)馴化得到種泥則耗時較長,效率不高。因此,貯存濃縮厭氧污泥作為種泥快速啟動厭氧發(fā)酵反應(yīng)器的可行性研究具有實(shí)際意義。首先,本論文研究了原始污泥在不同有機(jī)負(fù)荷下厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷活性。結(jié)果表明,甘薯藤單發(fā)酵時最大的甲烷產(chǎn)量和容積產(chǎn)氣率分別出現(xiàn)在濕發(fā)酵和固態(tài)發(fā)酵中,分別是200.22mL/g VSadded 和12.20L甲烷/L工作體積。與單發(fā)酵相比,不同有機(jī)負(fù)荷下SPV與畜禽糞便共發(fā)酵的甲烷產(chǎn)量和容積產(chǎn)氣率提升了 14.34%-49.11%。共發(fā)酵優(yōu)勢在半固態(tài)發(fā)酵和固態(tài)發(fā)酵中表現(xiàn)明顯。當(dāng)VFA/TA和pH值都在可接受范圍以內(nèi)時,游離氨含量達(dá)到380 mg/kg可以作為判斷體系穩(wěn)定性下降的指標(biāo)。用修正后的一階動力學(xué)模型來評價(jià)底物的生物降解能力和產(chǎn)甲烷潛力得到了較好的效果,R2值在0.9715-0.9966之間,水解速率常數(shù)(k值)在0.0003到0.0953 1/d范圍內(nèi)。SPV與畜禽糞便的共發(fā)酵提高了k值,當(dāng)k值小于0.01 1/d時觀察到明顯的甲烷產(chǎn)量降低。濕發(fā)酵、半固態(tài)發(fā)酵、固態(tài)發(fā)酵下各處理古菌群落在屬水平上的相對豐度較高的菌群是Methanosaeta和Methanosarcina,并且生長代謝對氨氮濃度的變化較為敏感。其次,本論文研究了貯存濃縮厭氧污泥批式厭氧發(fā)酵的活性恢復(fù)效果。結(jié)果表明,批試實(shí)驗(yàn)第一階段貯存濃縮污泥的活性有所損失,與接種原始污泥的反應(yīng)器發(fā)酵效果相比,產(chǎn)甲烷活性達(dá)到原始污泥活性的79.93%-90.39%;第二階段的累積甲烷產(chǎn)量比原始污泥增加了 1.11%-29.97%;第三階段的累積甲烷產(chǎn)量比原始污泥增加了 3.33%-30.43%。經(jīng)過三個階段的活化過程,各處理的最高日甲烷產(chǎn)量的出現(xiàn)時間提前;第二階段的各處理最高日甲烷產(chǎn)量高于第一階段,而第三階段的最高日甲烷產(chǎn)量高于第一階段,大部分處理略低于第二階段。從體系穩(wěn)定性來看,三個階段批試發(fā)酵體系運(yùn)行穩(wěn)定性逐漸提高。并且,在糞便中加入甘薯藤大體上可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。經(jīng)過一個階段的批式反應(yīng)之后,貯存濃縮厭氧污泥的活性可以得到大部分恢復(fù),實(shí)現(xiàn)快速的啟動。貯存濃縮污泥厭氧發(fā)酵三個階段下各處理的優(yōu)勢菌群均為Methanosaeta,在各個反應(yīng)器內(nèi)乙酸產(chǎn)甲烷途徑占主體。再次,本研究開展了貯存濃縮污泥和貯存原始污泥在不同有機(jī)負(fù)荷率下連續(xù)厭氧發(fā)酵活性恢復(fù)效果。啟動過程中,接種了貯存原始污泥的反應(yīng)器的產(chǎn)氣量高于接種了貯存濃縮污泥的反應(yīng)器,累積甲烷產(chǎn)量低于接種了貯存原始污泥的反應(yīng)器。不同負(fù)荷啟動的貯存濃縮污泥和貯存原始污泥反應(yīng)器均可以正常運(yùn)行并且適應(yīng)一定運(yùn)行負(fù)荷的改變,沒有出現(xiàn)反應(yīng)器VFA積累、氨抑制、體系不穩(wěn)定造成的反應(yīng)器運(yùn)行失敗的現(xiàn)象。從反應(yīng)器三個階段產(chǎn)氣情況看,10 g VS/L和20 g VS/L負(fù)荷啟動的反應(yīng)器表現(xiàn)優(yōu)于5 g VS/L的反應(yīng)器。無論接種了貯存濃縮污泥和貯存原始污泥,以5 g VS/L啟動的反應(yīng)器產(chǎn)甲烷較低且波動較大,對于負(fù)荷改變的適應(yīng)能力相對較差。屬水平下,濃縮污泥樣品中的古菌優(yōu)勢菌群是Methanosarcina,而原始貯存污泥樣品中古菌優(yōu)勢菌群是Methanosaeta。其他各處理中的優(yōu)勢菌群均是Methanosaeta。在門水平下不同反應(yīng)器的細(xì)菌分布以Firmicutes和Bacteroidetes為主。目水平下不同反應(yīng)器的細(xì)菌中,Clostridiales Bacteroidales是兩大優(yōu)勢菌群。
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X703
【圖文】：

含有的有機(jī)物完全降解。接種物和底物性質(zhì)見各章節(jié)。逡逑２．２厭氧發(fā)酵實(shí)驗(yàn)裝置逡逑厭氧發(fā)酵批式反應(yīng)采用１邋Ｌ的玻璃瓶，用壓力計(jì)（如圖２－１所示）測量壓力后換逡逑算成產(chǎn)氣體積；連續(xù)反應(yīng)采用５００邋ｍＬ的玻璃瓶，通過頂部橡膠管連接集氣袋收集厭逡逑氧發(fā)酵過程中產(chǎn)生的氣體（如圖２－２所示）。為保證厭氧發(fā)酵的恒定中溫條件，批式逡逑反應(yīng)器置于３７邋°Ｃ的恒溫培養(yǎng)箱中，連續(xù)反應(yīng)的反應(yīng)器置于３７邋°Ｃ恒溫?fù)u床中。逡逑１邋0逡逑Ｉ邋ｉｌ－Ｓｌ逡逑■逡逑圖２－１壓力計(jì)逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋ｐｒｅｓｓｕｒｅ邋ｇａｕｇｅ逡逑９逡逑

圖２－２連續(xù)反應(yīng)器示意逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ邋ｄｉｇｅｓｔｏｒ逡逑如圖２－２是連續(xù)攪拌反應(yīng)器示意圖，５００邋ｍＬ的Ｄｕｒａｎ玻璃瓶作為反應(yīng)器，頂部橡逡逑膠塞和藍(lán)蓋部分經(jīng)過自行加工，每天進(jìn)料完畢后，瓶口用連接了硬塑料管和硅膠橡膠逡逑管的橡膠塞塞緊，并擰緊打了孔的藍(lán)蓋。將２號導(dǎo)管處連接的集氣袋撤下，從一號導(dǎo)逡逑管連接高純氮?dú)膺M(jìn)行５分鐘的吹掃，多余氣體從２號導(dǎo)管排出。吹掃完畢后，用止水逡逑夾夾緊１號導(dǎo)管，并在２號導(dǎo)管處連接集氣袋，打開集氣袋閥門，將反應(yīng)器置于３７邋°Ｃ逡逑恒溫?fù)u床中。逡逑２．３分析項(xiàng)目及方法逡逑實(shí)驗(yàn)所測指標(biāo)有總固體含量（ＴＳ）、揮發(fā)性固體含量（ＶＳ）、ｐＨ、氨氮（ＮＨ３－Ｎ）、逡逑總堿度（ＴＡ）、揮發(fā)性脂肪酸（ＶＦＡ）、化學(xué)需氧量（ＣＯＤ）、元素成分、沼氣產(chǎn)逡逑量、甲烷含量等，具體方法如下：逡逑（１）邐ＴＳ、ＶＳ：將稱重之后的樣品放入１０５邋°Ｃ的烘箱中２４小時，恒重后移入干逡逑燥器中冷卻之后稱重，采用差重法計(jì)算ＴＳ含量；將稱重后的樣品移入馬弗爐內(nèi)，于逡逑５５０邋Ｃ灼燒４個小時后

３．３．３累積甲烷產(chǎn)量和產(chǎn)氣率的比較逡逑圖３－２展示了各處理在濕發(fā)酵、半固態(tài)發(fā)酵和固態(tài)發(fā)酵時的累積甲烷產(chǎn)量的比較。逡逑濕發(fā)酵、半固態(tài)發(fā)酵和固態(tài)發(fā)酵狀態(tài)下，９０％的甲烷產(chǎn)量分別在２８、３５、３７天獲得。逡逑ＳＰＶ在半固態(tài)發(fā)酵和單發(fā)酵條件下，于前兩周發(fā)現(xiàn)了明顯的發(fā)酵抑制，累積甲烷產(chǎn)量逡逑只占濕發(fā)酵累積甲烷產(chǎn)量的７７．７７％和６７．６８％。在濕發(fā)酵和半固態(tài)發(fā)酵中，豬糞單發(fā)逡逑酵取得了最高累計(jì)甲烷產(chǎn)量２６１．８８和２５８．０２邋ｎｉＬ／ｇ邋ＶＳ；固態(tài)發(fā)酵中，ＳＰＶ＋ＤＭ處理逡逑累積產(chǎn)甲烷量最高，為２０２．０６邋ｍＬ／ｇＶＳ。如圖３－２邋（ｄ）所示，有機(jī)負(fù)荷的提高降低了逡逑原料利用率，各個處理的累積甲烷產(chǎn)量分別減少了邋１．１７％－邋５５．３４％，尤其單發(fā)酵受影逡逑響更為明顯。共發(fā)酵提升了每單位底物的甲烷產(chǎn)量，ＳＰＶ＋ＤＭ處理最為明顯。和甘薯逡逑１８逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2757748