【摘要】：針對目前奶牛場牛糞產(chǎn)量巨大、處理效率低及沼氣發(fā)酵產(chǎn)氣率低等問題。研發(fā)新的攪拌式固定床沼氣發(fā)酵工藝,闡明以牛糞為原料的攪拌式固定床工藝高產(chǎn)沼氣的運(yùn)行機(jī)制,有效的提高牛糞的資源化利用程度。以牛糞為沼氣發(fā)酵原料,研究料液濃度(TS)、溫度、碳氮比(C/N)、攪拌轉(zhuǎn)速、pH值和水利停留時(shí)間(HRT)對甲烷生成的影響。利用響應(yīng)面-滿意度函數(shù)結(jié)合的方法得出最終優(yōu)化方案是：TS8%, HRT10d,溫度39℃,C/N 25：1。在優(yōu)化條件的基礎(chǔ)上,對固定床生物膜不同參數(shù)測定與產(chǎn)氣量分析可知,生物膜在發(fā)酵過程中第一個(gè)HRT 10d為不斷累積的過程,生物膜不穩(wěn)定,在第二個(gè)HRT 15d相對穩(wěn)定。利用16S rRNA基因克隆技術(shù)研究固定床的生物膜及發(fā)酵料液中微生物多樣性及動(dòng)態(tài)變化,結(jié)果表明,細(xì)菌優(yōu)勢類群有：Pseudomonas (26%-18%)、Clostridium (21%-13%)和Bacteroidetes (16%-12%)及未培養(yǎng)細(xì)菌(31%-25%)。Pseudomonadaceae在發(fā)酵料液中第一個(gè)HRT逐漸變小。在生物膜整個(gè)發(fā)酵過程中菌群穩(wěn)定。Clostridium在生物膜中第一個(gè)HRT逐漸變小,在發(fā)酵料液中整個(gè)發(fā)酵體系中穩(wěn)定。Bacteroides在發(fā)酵料液和生物膜中第一個(gè)HRT逐漸增加。細(xì)菌優(yōu)勢菌群在第二個(gè)HRT中穩(wěn)定。各個(gè)時(shí)期發(fā)酵料液和生物膜中古菌包括有甲烷粒菌(Methanocorpusculum)、甲烷八疊球菌(Methanosarcina)、甲烷袋狀菌(Methanoculleus)、甲烷鬃菌(Methanosaeta)、甲烷盤菌(Methanoplanus)、產(chǎn)甲烷菌(Methanobacterium)、亞硝化暖菌(Nitrosocaldus)及未培養(yǎng)古菌。其在生物膜和發(fā)酵料液中菌群多樣性也存在差異。運(yùn)用冗余分析(RDA)研究不同發(fā)酵時(shí)間生物膜中細(xì)菌和古菌菌群結(jié)構(gòu)與生物膜特性及甲烷產(chǎn)率的相關(guān)性。生物膜中細(xì)菌菌群變化與化學(xué)需氧量(COD)、生物膜含水率及胞外聚合物(EPS)的相關(guān)性較大。生物膜中古菌菌群變化與EPS、COD及總有機(jī)碳的相關(guān)性較大。生物膜COD對甲烷產(chǎn)率的影響最大。RDA二維排序圖顯示,生物膜中細(xì)菌和古菌菌群隨著發(fā)酵的不斷進(jìn)行而演替變化,在第二個(gè)HRT菌群結(jié)構(gòu)變化相對穩(wěn)定。本試驗(yàn)針對攪拌式固定床運(yùn)行工藝及生物膜的高效運(yùn)行機(jī)理解析,該工藝可提高甲烷產(chǎn)率,并在第一個(gè)HRT中載體生物膜不穩(wěn)定,在第二個(gè)HRT相對穩(wěn)定,生物膜基本形成。
【圖文】：

圖２．６邋ＴＳ甲q<產(chǎn)率的等高線和曲面響應(yīng)圖。Ｃ／Ｎ為３０：１和溫度為３５＂Ｃ時(shí)，逡逑ＴＳ與ＨＲＴ對ＴＳ甲q<產(chǎn)率的影響（ａ）；邋ＨＲＴ為１６ｄ和溫度為３５＂Ｃ時(shí)，ＴＳ逡逑與Ｃ／Ｎ對ＴＳ甲燒產(chǎn)率的影響（ｂ）；邋ＨＲＴ為１６ｄ和Ｃ／Ｎ為３０：１時(shí)，ＴＳ和逡逑n榷裕裕蛹咨詹實(shí)撓跋歟ǎ茫誨澹裕游叮ズ停茫撾常埃海筆�，Ｗ岏ｋs脲義銜露榷裕裕蛹譹<產(chǎn)率的影響佩。逡逑Ｆｉｇ．２．６邋Ｔｈｅ邋ｃｏｎｔｏｕｒ邋ａｎｄ邋民ＳＭ邋ｐｌｏｔｓ邋ｏｆ邋ＴＳ邋ｍｅｔｈａｎｅ邋ｙｉｅｌｄｓ．邋Ｔｈｅ邋ｅｆｆｅｃｔ邋ｏｆ邋ｆｅｅｄ邋ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ逡逑ｖｅｒｓｕｓ邋ＨＲＴ，ｗｉｔｈ邋ｈｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋３５邋0Ｃ邋ａｎｄ邋Ｃ／Ｎ邋３０：１（ａ）．Ｔｈｅ邋ｅｆｆｅｃｔ邋ｏｆ邋ｆｅｅｄ邋ｃｏｎｃｅ打ｔｒａｔｉｏｎ邋ｖｅｒｓｕｓ逡逑Ｃ／Ｎ，ｗｉ也邋ＨＲＴ邋１６ｄ邋ａｎｄ邋ｔ；ｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋３５0Ｃ（ｂ）．邋Ｔｈｅ邋ｅｆｆｅｃｔ邋ｏｆ邋ｆｅｅｄ邋ＣＯ打ｃｅｎｔｒａｔｉｏ打邋ｖｅｒｓｕｓ逡逑ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｗｉ１：ｈ邋ＨＲＴ邋１６ｄ邋ａｎｄ邋Ｃ／Ｎ邋３０：１（ｃ）．邋Ｔｈｅ邋ｅｆｆｅｃｔ邋ｏｆ邋ＨＲＴ邋ｖｅｒｓｕｓ邋Ｋｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｗｉｔｈ逡逑ｆｅｅｄ邋ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ邋６％邋ａｎｄ邋Ｃ／Ｎ邋３０：１（ｄ）．逡逑２５逡逑

ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ邋ｖｅｒｓｕｓ邋Ｃ／Ｎ，邋ｗｉｔｈ邋ＨＲＴ邋１６ｄ邋ａｎｄ邋Ｃ／Ｎ邋３０：１邋（ｂ）．邋Ｔｈｅ邋ｅｆｆｅｃｔ，邋ｏｆ邋ｆｅｅｄ邋ｃｏｎｃｅｎ讓ａｔｉｏｎ逡逑ｖｅｒｓｕｓ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，邋ｗｉｔｈ邋ｆｅｅｄ邋ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ邋６％邋ａｎｄ邋ＨＲＴ邋１６ｄ（ｃ）．逡逑日產(chǎn)甲燒量的響應(yīng)曲面圖如圖２．７所示。圖２．７（ａ）ＨＲＴ與溫度固定為中值時(shí)，曰產(chǎn)甲燒逡逑量隨ＴＳ的增加而增加，，ＴＳ對日產(chǎn)甲曉量影響極顯著。日產(chǎn)甲院量隨Ｃ／Ｎ’說增加而減小，逡逑說明過高的Ｃ／Ｎ不利于甲燒的產(chǎn)生。Ｃ／Ｎ與ＴＳ對日產(chǎn)甲燒量的交互不顯ｆ。由圖２．７（ｂ）逡逑可見，在ＨＲＴ和Ｃ／Ｎ為中點(diǎn)值時(shí)，溫度對日產(chǎn)甲掠量的影響不顯著，ＴＳ與溫度的交互不逡逑顯著。由圖２．７似可知，在ＴＳ與ＨＲＴ固定為中值時(shí)，日產(chǎn)甲燒量隨溫度的增加先增加后邐：＞逡逑減小，說明適宜的發(fā)酵溫度有利于甲燒的產(chǎn)生。通過結(jié)合回歸方程表２．４中的所有系數(shù)的逡逑絕對值，ＨＲＴ（Ｘ２）是對日產(chǎn)甲q<量影響最大的因素。逡逑２．３．３滿意度函數(shù)優(yōu)化模型及分析逡逑本實(shí)驗(yàn)用Ｄｅｓｉｇｎ－Ｅｘｐｅｒｔ邋７．０軟件中的Ｄｅｓｉｒａｂｉｌｉｔｙ函數(shù)對Ｙｉ和Ｙ２兩個(gè)響應(yīng)變量進(jìn)行同逡逑時(shí)優(yōu)化優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件包括Ｘ，、Ｘ２、Ｘ３和Ｘ４。各個(gè)自變量巧卿響應(yīng)量巧）的重要性的逡逑取值范圍為１￣５，邋ｎ值也可Ｗ調(diào)整，一般設(shè)定為軟件默認(rèn)值。本實(shí)驗(yàn)設(shè)定的各自變量參數(shù)逡逑條件Ｘ和響應(yīng)值NB的范圍見表２．６。由表可知
【學(xué)位授予單位】：黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S216.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2660550