隨著工業(yè)高速發(fā)展和大量化石燃料的消耗,氣候變化和能源短缺的問(wèn)題逐漸嚴(yán)峻,因此人類開始尋求可再生能源減少溫室氣體排放。人類對(duì)化石能源的強(qiáng)烈依賴性引起燃料成本的增加,進(jìn)而可能導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)和政治問(wèn)題。所以,發(fā)展清凈能源如生物能源解決當(dāng)前能源危機(jī)的重要途徑之一。動(dòng)物糞便中的有機(jī)氮含量較高,這往往會(huì)引起厭氧發(fā)酵過(guò)程氨氮抑制。因此,本論文將豬糞廢水作為研究對(duì)象,研究了氨氮濃度對(duì)于厭氧消化性能的影響;并通過(guò)外加生物炭來(lái)緩解厭氧消化氨抑制,考察了生物炭添加量對(duì)于厭氧消化的影響,分析比較了存在氨氮抑制與無(wú)氨氮抑制條件下生物炭對(duì)厭氧消化性能的影響。本研究的主要結(jié)果如下:研究了 900 mg/L、1500mg/L、2500mg/L,3500 mg/L 四種氨氮濃度對(duì)于厭氧消化性能的影響。結(jié)果表明,隨著氨氮濃度的增加,厭氧消化性能開始受到以下影響。隨著氨氮濃度的上升,甲烷含量與甲烷產(chǎn)量越低,甲烷的平均濃度從對(duì)照組的52.22%下降到3500 mg/L的39.93%,甲烷累計(jì)產(chǎn)量從1213mL下降到622mL。隨著氨氮濃度的上升,COD去除率逐漸下降,1500mg/L,2500mg/L組與900mg/L COD去除率相差不大,分別為75.31%和73.31%,而3500mg/L組的COD去除率只有47%。隨著氨氮濃度的上升,揮發(fā)性脂肪酸積累的速度逐漸增加,平均濃度為 3561mg/L、4115mg/L、4890mg/L、6260mg/L。在氨氮濃度900 mg/L的條件下探討生物炭對(duì)厭氧消化的促進(jìn)作用,結(jié)果表明添加2g、5g、10g、15g生物炭條件下的甲烷含量均高于不加生物炭的對(duì)照組,甲烷的平均濃度與對(duì)照組相比分別上升了 6.03%、7.88%、9.91%、10.48%,甲烷累計(jì)產(chǎn)量從1213mL上升到了 1504mL、1612mL、1815mL、1922mL。隨著生物炭添加量的增加,COD去除率逐漸上升,2g、5g、10g、15g的COD去除率提升到了 79.69%、85.61%、89.98%、91.80%。隨著生物炭添加量的增加,揮發(fā)性脂肪酸的降解速率變快,平均濃度從3571mg/L下降到3525mg/L、2893mg/L、2595mg/L、2370mg/L。實(shí)驗(yàn)表明生物炭能夠促進(jìn)厭氧消化產(chǎn)甲烷的進(jìn)行。在氨氮濃度3500 mg/L的條件下,分析了生物炭對(duì)厭氧消化產(chǎn)氣特性以及性能的影響。在試驗(yàn)中,生物炭添加量與上述相同。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在高濃度氨氮條件下,生物炭對(duì)縮短產(chǎn)氣延滯期有較好的效果,使得厭氧發(fā)酵能穩(wěn)定運(yùn)行。所以生物炭有助于解除氨抑制,提高厭氧消化系統(tǒng)的穩(wěn)定性。研究了生物炭在3500 mg/L豬糞廢水中對(duì)氨氮、pH、COD的影響,通過(guò)比較厭氧消化實(shí)驗(yàn)與吸附實(shí)驗(yàn)中氨氮的去除初步探討了生物炭解除氨抑制的原因。
【學(xué)位單位】：武漢輕工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：X713
【部分圖文】：

３．１．２實(shí)驗(yàn)裝置??厭氧發(fā)酵實(shí)驗(yàn)在自制的１Ｌ玻璃反應(yīng)器中進(jìn)行，在頂部設(shè)有出氣孔口和氣體采樣??口，在反應(yīng)器中間設(shè)有水樣采集口，示意圖見(jiàn)圖３．１。??＼?＊?Ａ??圓＿?Ｕ??圖３．１反應(yīng)裝置示意圖??３．２結(jié)果與討論??３．２．１氨氮濃度對(duì)甲烷含量的影響??圖３－２為不同發(fā)酵瓶中甲烷的每日變化情況。可以看出，在不同氨氮濃度處理的??情況下，甲烷含量隨時(shí)間均呈上升趨勢(shì)，特別是在前７天，上升趨勢(shì)明顯。３５００?ｍｇ／Ｌ??這組的甲烷含量增長(zhǎng)較其他組緩慢，其甲烷含量一直處在４５％以下，而２５００ｍｇ／Ｌ??１２??

圖３．３甲烷含量變化??３．２．２氨氮濃度對(duì)甲烷日產(chǎn)量的影響??圖３－２為每日的甲烷產(chǎn)量的變化。可以看出，在不同氨氮濃度處理的情況下，甲??烷產(chǎn)量的峰值隨著氨氮濃度的上升，９００?ｍｇ／Ｌ、１５００?ｍｇ／Ｌ、２５００?ｍｇ／Ｌ、３５００?ｍｇ／Ｌ??的第一個(gè)甲烷產(chǎn)甲烷峰值分別為１０４?ｍＬ、９３?ｍＬ、８７?ｍＬ、４１?ｍＬ。前三組的甲烷日??產(chǎn)量隨著第一個(gè)產(chǎn)甲烷峰后逐漸下降，而３５００ｍｇ／Ｌ組在１５天后甲烷產(chǎn)量有一個(gè)回??升，比第一甲烷高峰還要高。許之揚(yáng)等研究氨氮質(zhì)量濃度對(duì)餐廚垃圾厭氧消化產(chǎn)沼氣??的影響，當(dāng)初始氨氮濃度為６０００ｍｇ／Ｌ時(shí)，第一個(gè)產(chǎn)甲烷高峰直到１３天才到來(lái)，這??也與我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相似［７４］。??１３??

始氨氮濃度對(duì)甲烷累計(jì)產(chǎn)量的影響??為沼氣的主要成分是厭氧消化性能的重要指標(biāo)［７５］。如圖３．３所示，ｇ／Ｌ的對(duì)照組的累積甲烷產(chǎn)量高于添加另外３組實(shí)驗(yàn)組，發(fā)酵２０天為１２１３?ｍＬ，表明初始氨氮濃度提升會(huì)抑制甲烷的產(chǎn)生，這是符合加氯化銨的實(shí)驗(yàn)組中，累積的沼氣產(chǎn)量隨著初始氨氮濃度的ＴＡＮ氨氮濃度為１５００ｍｇ／Ｌ時(shí)，此時(shí)的沼氣產(chǎn)量可能是因?yàn)樵诓钡獫饧淄榛钚圆](méi)有受到很大的影響，甲烷累計(jì)產(chǎn)量為１０５９?ｍＬ。初始ｍｇ／Ｌ時(shí)，沼氣產(chǎn)量比初始氨氮濃度為１５００ｍｇ／Ｌ的實(shí)驗(yàn)組又低了接近為３５００ｍｇ／Ｌ時(shí)，甲烷累計(jì)量為６１２ｍＬ。與對(duì)照組相比，甲烷總５０％。本次實(shí)驗(yàn)與反〇８〖６１１＾？：丨１＾３研究發(fā)現(xiàn)的在氧氮濃度３００〇１１１§／１１５７％［７６］不大。??
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