【摘要】：農(nóng)業(yè)廢棄物的處理一直是一個(gè)難以解決的問題。目前的農(nóng)業(yè)廢棄物主要為畜禽糞便及纖維素廢棄物兩種,這兩類廢棄物中,秸稈和豬糞是產(chǎn)量最大的兩種典型農(nóng)業(yè)廢棄物。通過厭氧發(fā)酵技術(shù)處理農(nóng)業(yè)廢棄物,不僅可以大大的降低處理成本,也可以生成甲烷等清潔能源,實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)廢棄物的可再生利用。但是目前預(yù)處理方式具有成本高,能量流失較大等缺點(diǎn),且傳統(tǒng)的全混合厭氧反應(yīng)器(CSTR)傳質(zhì)效率低,發(fā)酵后沼渣、沼液易造成二次污染。針對(duì)目前傳統(tǒng)CSTR反應(yīng)器的一些缺點(diǎn),本研究加入內(nèi)套筒導(dǎo)流板對(duì)其進(jìn)行改良。利用堿液預(yù)處理秸稈,通過纖維素、COD濃度、揮發(fā)性脂肪酸和甲烷產(chǎn)量等指標(biāo),結(jié)合預(yù)處理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與發(fā)酵過程中的物料平衡分析,確定了秸稈預(yù)處理的最佳條件。研究結(jié)果表明:(1)溫度為35℃下,秸稈在1.2%濃度的NaOH溶液中浸泡2d,就有大量的COD被分解出來,后期與豬糞混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣實(shí)驗(yàn)中,大量產(chǎn)氣的時(shí)間明顯比其他組分提前,且產(chǎn)甲烷總量最大,由物料平衡分析可知,預(yù)處理階段秸稈的損耗量最小,厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣階段發(fā)酵速度明顯加快,產(chǎn)氣速率提高。(2)新型CSTR反應(yīng)器啟動(dòng)為80d左右,啟動(dòng)階段采用淀粉代替玉米秸稈,相較于秸稈難于分解需要預(yù)處理而言,淀粉能夠使新型CSTR反應(yīng)器快速啟動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。最終反應(yīng)器內(nèi)部基本穩(wěn)定,產(chǎn)生的酸類物質(zhì)和消耗的COD物質(zhì)基本持平,導(dǎo)致COD濃度可以達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)器內(nèi)部的穩(wěn)定狀態(tài),產(chǎn)甲烷率達(dá)到68%左右,持續(xù)到反應(yīng)器啟動(dòng)結(jié)束。此時(shí)反應(yīng)器內(nèi)部中產(chǎn)甲烷菌的活性最高,說明新型CSTR反應(yīng)器啟動(dòng)成功。(3)前期使用秸稈和淀粉混合做為底物進(jìn)入反應(yīng)器,隨后只加單一秸稈作為底物,穩(wěn)定運(yùn)行后添加豬糞和秸稈的混合物。運(yùn)行前期反應(yīng)器中揮發(fā)酸濃度均有下降,隨著反應(yīng)器中纖維素酶活性開始增加,產(chǎn)酸和產(chǎn)氣效率也快速上升,最終反應(yīng)器日均處理80g秸稈,20g豬糞,OLR達(dá)到1.25g/L·d~(-1),反應(yīng)器日均產(chǎn)氣率為375.72mL/g,產(chǎn)甲烷率為224.45mL/g,甲烷含量達(dá)到60%以上,底物利用率為59.7%左右,碳回收率為50.1%。(4)通過高通量對(duì)反應(yīng)器中不同區(qū)域進(jìn)行微生物功能分析,A區(qū)域主要功能為秸稈纖維素的水解及多糖物質(zhì)的產(chǎn)酸,剩余纖維素順著水流進(jìn)去B區(qū)域,B區(qū)域中含有大量的纖維素分解菌再次進(jìn)行纖維素分解,分解后產(chǎn)生的可利用物質(zhì)一部分直接酸化,另一部分進(jìn)入C區(qū)域分解產(chǎn)酸。從古菌角度分析,A區(qū)域大量產(chǎn)酸,與此同時(shí)也產(chǎn)生了大量的氫氣和二氧化碳,由于大量酸性揮發(fā)酸的抑制作用,在A區(qū)域中主要通過氫氣和二氧化碳產(chǎn)生甲烷。隨后C區(qū)域中,再次富集的氫氣和二氧化碳,和濃度適宜的乙酸等物質(zhì)使C區(qū)域產(chǎn)甲烷方式變得多樣化,多種產(chǎn)甲烷途徑共同進(jìn)行。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X71;X172

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