【摘要】：農(nóng)作物秸稈是重要的沼氣生產(chǎn)原料,本研究針對(duì)秸稈生物降解率低及產(chǎn)氣效率差等問題,利用物理化學(xué)聯(lián)合預(yù)處理技術(shù),系統(tǒng)地評(píng)價(jià)了堿種類、堿濃度以及氣爆與堿處理聯(lián)用對(duì)玉米秸稈厭氧消化性能的影響；并通過批式厭氧發(fā)酵實(shí)驗(yàn),詳盡地探討了甘薯藤單發(fā)酵及其與牛糞不同配比或同一配比不同含固率的共發(fā)酵沼氣轉(zhuǎn)化潛力。厭氧反應(yīng)器的高效啟動(dòng)對(duì)沼氣工程極為重要,反應(yīng)器啟動(dòng)過程中需要大量的微生物菌源,而厭氧微生物的培養(yǎng)耗時(shí)長(zhǎng),種泥運(yùn)輸成本高。為實(shí)現(xiàn)厭氧反應(yīng)器的快速低耗啟動(dòng),本研究以高溫厭氧污泥為研究對(duì)象,系統(tǒng)地評(píng)價(jià)了貯存時(shí)間及貯存溫度對(duì)高溫厭氧濃縮污泥產(chǎn)甲烷活性的影響,為以濃縮污泥為菌源啟動(dòng)高溫厭氧反應(yīng)裝置提供理論依據(jù)。主要研究結(jié)果如下：(1)玉米秸稈經(jīng)不同濃度NaOH或KOH以及氣爆與NaOH或氣爆與KOH聯(lián)合預(yù)處理作用后,木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)受到不同程度的破壞；并隨堿濃度的增加,木質(zhì)素和半纖維素含量逐漸降低。與未處理玉米秸稈相比,單獨(dú)堿預(yù)處理和氣爆與堿聯(lián)合預(yù)處理秸稈木質(zhì)素含量降低了18%-73%,半纖維素含量降低了11%-76%。相同堿濃度下：對(duì)木質(zhì)素和半纖維素的破壞能力,單用NaOH的效果大于單用KOH；氣爆與堿聯(lián)合預(yù)處理時(shí),NaOH僅對(duì)木質(zhì)素的破壞能力強(qiáng)于KOH。原料產(chǎn)甲烷潛力測(cè)試結(jié)果表明,與未處理玉米秸稈相比,單獨(dú)堿預(yù)處理及氣爆與堿聯(lián)合預(yù)處理秸稈最大甲烷生成速率明顯提高了44%～258%,厭氧消化T80時(shí)間縮短了5-11天；在15%和20%高濃度堿預(yù)處理作用下,玉米秸稈甲烷累積產(chǎn)氣量提高了1.0%-24.6%。(2)原料產(chǎn)甲烷潛力測(cè)試結(jié)果表明,甘薯藤和牛糞的產(chǎn)甲烷潛力分別為208.5和194.5 mL/g VSadded；且與牛糞相比,甘薯藤具有較高的產(chǎn)氣速率。不同配比甘薯藤與牛糞批式共發(fā)酵實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：底物添加量為50g-VS/L條件下,在厭氧發(fā)酵前20天內(nèi),與原料單發(fā)酵相比,所有共發(fā)酵處理均具有正向的甲烷產(chǎn)氣協(xié)同性,并且產(chǎn)氣速率穩(wěn)定；甘薯藤與牛糞共發(fā)酵工藝有效地縮短了原料單發(fā)酵厭氧消化T80時(shí)間。不同含固率下甘薯藤與牛糞固定配比(5：5和2：8)批式厭氧發(fā)酵結(jié)果表明：隨底物添加量的增加,共發(fā)酵處理的原料特殊產(chǎn)甲烷效率逐漸下降,而甲烷容積產(chǎn)氣率明顯升高。(3)對(duì)不同菌源高溫厭氧污泥分別進(jìn)行離心濃縮處理和離心及真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮處理,并對(duì)濃縮污泥產(chǎn)甲烷活性進(jìn)行監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明,以餐廚垃圾為發(fā)酵底物且底物與種泥添加比(S/I Ratio)為1：1條件下,原始種泥經(jīng)過濃縮處理后,厭氧消化最大甲烷產(chǎn)氣速率均有不同程度下降。以市政污水處理廠厭氧污泥為菌源,濃縮污泥產(chǎn)甲烷潛力與其原始種泥較為相近；以沼氣工廠厭氧反應(yīng)器污泥為菌源,離心濃縮污泥甲烷累積產(chǎn)氣量比其原始污泥提高了7.0%,但離心及旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮污泥因厭氧反應(yīng)初期揮發(fā)性脂肪酸的積累而導(dǎo)致厭氧發(fā)酵失敗。(4)高溫厭氧反應(yīng)器原始種泥經(jīng)離心濃縮處理后,污泥含水率下降至82.0%；離心后的污泥經(jīng)進(jìn)一步真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮處理后,含水率降至71.5%。將原始種泥及兩種濃縮污泥置于20±2℃培養(yǎng)箱內(nèi),分別保存了2個(gè)月和4個(gè)月。以餐廚垃圾和脫脂奶粉為發(fā)酵底物,在S/I Ratio為1：2發(fā)酵條件下,測(cè)定貯存污泥的產(chǎn)甲烷活性變化。結(jié)果表明,未貯存原始種泥甲烷累積產(chǎn)氣量最高,貯存的原始種泥及濃縮污泥甲烷累積產(chǎn)氣量下降了1%-34%；與貯存2個(gè)月的濃縮污泥相比,貯存4個(gè)月的濃縮污泥甲烷累積產(chǎn)氣量及最大產(chǎn)甲烷速率均有所提高。(5)將高溫厭氧污泥進(jìn)行離心濃縮處理,并在不同溫度下(7℃,20℃,55℃)保存10個(gè)月。以保存后的離心濃縮污泥為菌源,以葡萄糖、乙酸和成分復(fù)雜的餐廚垃圾為發(fā)酵底物進(jìn)行批式厭氧發(fā)酵實(shí)驗(yàn),評(píng)價(jià)了不同保存溫度對(duì)離心濃縮污泥產(chǎn)甲烷活性的影響以及濃縮污泥微生物活性的恢復(fù)能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：7℃下保存的濃縮污泥具有最高甲烷累積產(chǎn)氣量和最大甲烷產(chǎn)氣速率；55℃下保存的濃縮污泥甲烷累積產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率均最低,但具有最快的微生物活性恢復(fù)速率。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：S216.4
【圖文】：

業(yè)NB學(xué)博±學(xué)位論文邐第．．章玉米粘巧的預(yù)處理方巧對(duì)巧氣轉(zhuǎn)化效果表２－１厭氯巧泥理化指標(biāo)逡逑邐Ｔａｂｌｅ邋２－１邋Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ邋ｏｆ邋ａｎａｅｒｏｂｉｃ邋ｓｌｕｄｇｅ邋ｕｓｅｄ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ＇＊．邐逡逑ＴＳ邋（％）邐ＶＳ邋（％）邐ＶＳＡＴＳ邋（％）邐＾邐ｐＨ逡逑３．１２邋ｚｂ邋０．０３邐１．５化邋０．０１邐４８．０８±邋０．０３邐１．６２±邋０．０３邐７．６５邋±邋０．０３逡逑？Ｎｏｔｅ：邋Ｄａｔａ邋ａｒｅ邋ｍｅａｎｓ邋ｏｆ邋ｔｈｒｅｅ邋ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｌｓ，邋ａｎｄ邋ｎｕｍｂｅｒｓ邋ｉｎ邋ｐａｒｅｎｔｈｅｓｅｓ邋ａｒｅ邋ｔｈｅ邋ｓｔａｎｄａｒｄ邋ｄｅｖｉａｔｉｏｎｓ，逡逑預(yù)處理方法逡逑（１）氣爆處理逡逑本實(shí)驗(yàn)氣爆設(shè)備為自主研發(fā)小型氣爆裝尨，如W２－１。氣爆前，將備用的玉米稻軒均勻噴含水率達(dá)到３０％，然后放入自封袋，與水充分融合３０分鐘后備用。據(jù)（Ｌｉｕ邋ｅｔａｌ．，２０１３米干稻桿較優(yōu)的氣爆條件為１．６邋Ｍ化下維持６邋ｍｉｎｓ。因此，本實(shí)驗(yàn)韋米招桿氣爆條件６邋ｍｉｎｓ。逡逑

其１５％堿濃度下ＮａＯＨ和ＫＯＨ黑液ｐＨ分別為１３．０６和１０．６７，說明在ＫＯＨ在１５％堿濃度作用逡逑下，ＯＦＴ消耗更明顯。逡逑如圖２－５Ｂ所巧，聯(lián)合預(yù)處理黑液ｐＨ低Ｔ－相應(yīng)濃度的單獨(dú)堿處理巧液ｐＨ。其中，５％和１０％逡逑堿濃度下尤為明顯。由于預(yù)處理過程中火量ｉｉｊ■溶性物質(zhì)的溶出，ＥＣＳ與５％邋ＮａＯＨ或與５％邋ＫＯＨ逡逑聯(lián)合預(yù)處理結(jié)束巧黑液ｐＨ分別降至６．４３和６．４２。除５％濃度黑液外，其他Ｈ個(gè)濃度下ＫＯＨ黑液逡逑ｐＨ均低－Ｔ＇邋ＮａＯＨ黑液ｐＨ。逡逑分析原因，在單獨(dú)堿處理組合中，ＩＩ］■溶性物質(zhì)溶山量較少，對(duì)ｐＨ影響較小，ｐＨ值的變化：屯逡逑要來自玉米稻桿結(jié)構(gòu)破壞對(duì)ＯＦＴ離子的巧耗。而在氣爆與堿處理聯(lián)用的處理中，由平玉米稻桿經(jīng)逡逑氣爆處理后ｉｉｒ溶性物質(zhì)明顯增多，因此對(duì)黑液ｐＨ的影響較NB

本文編號(hào)：2738882