【摘要】：農作物秸稈是重要的沼氣生產原料,本研究針對秸稈生物降解率低及產氣效率差等問題,利用物理化學聯(lián)合預處理技術,系統(tǒng)地評價了堿種類、堿濃度以及氣爆與堿處理聯(lián)用對玉米秸稈厭氧消化性能的影響；并通過批式厭氧發(fā)酵實驗,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)酵沼氣轉化潛力。厭氧反應器的高效啟動對沼氣工程極為重要,反應器啟動過程中需要大量的微生物菌源,而厭氧微生物的培養(yǎng)耗時長,種泥運輸成本高。為實現(xiàn)厭氧反應器的快速低耗啟動,本研究以高溫厭氧污泥為研究對象,系統(tǒng)地評價了貯存時間及貯存溫度對高溫厭氧濃縮污泥產甲烷活性的影響,為以濃縮污泥為菌源啟動高溫厭氧反應裝置提供理論依據(jù)。主要研究結果如下：(1)玉米秸稈經不同濃度NaOH或KOH以及氣爆與NaOH或氣爆與KOH聯(lián)合預處理作用后,木質纖維素結構受到不同程度的破壞；并隨堿濃度的增加,木質素和半纖維素含量逐漸降低。與未處理玉米秸稈相比,單獨堿預處理和氣爆與堿聯(lián)合預處理秸稈木質素含量降低了18%-73%,半纖維素含量降低了11%-76%。相同堿濃度下：對木質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)合預處理時,NaOH僅對木質素的破壞能力強于KOH。原料產甲烷潛力測試結果表明,與未處理玉米秸稈相比,單獨堿預處理及氣爆與堿聯(lián)合預處理秸稈最大甲烷生成速率明顯提高了44%～258%,厭氧消化T80時間縮短了5-11天；在15%和20%高濃度堿預處理作用下,玉米秸稈甲烷累積產氣量提高了1.0%-24.6%。(2)原料產甲烷潛力測試結果表明,甘薯藤和牛糞的產甲烷潛力分別為208.5和194.5 mL/g VSadded；且與牛糞相比,甘薯藤具有較高的產氣速率。不同配比甘薯藤與牛糞批式共發(fā)酵實驗結果表明：底物添加量為50g-VS/L條件下,在厭氧發(fā)酵前20天內,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氣協(xié)同性,并且產氣速率穩(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)酵結果表明：隨底物添加量的增加,共發(fā)酵處理的原料特殊產甲烷效率逐漸下降,而甲烷容積產氣率明顯升高。(3)對不同菌源高溫厭氧污泥分別進行離心濃縮處理和離心及真空旋轉蒸發(fā)濃縮處理,并對濃縮污泥產甲烷活性進行監(jiān)測。結果表明,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,原始種泥經過濃縮處理后,厭氧消化最大甲烷產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,濃縮污泥產甲烷潛力與其原始種泥較為相近；以沼氣工廠厭氧反應器污泥為菌源,離心濃縮污泥甲烷累積產氣量比其原始污泥提高了7.0%,但離心及旋轉蒸發(fā)濃縮污泥因厭氧反應初期揮發(fā)性脂肪酸的積累而導致厭氧發(fā)酵失敗。(4)高溫厭氧反應器原始種泥經離心濃縮處理后,污泥含水率下降至82.0%；離心后的污泥經進一步真空旋轉蒸發(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,分別保存了2個月和4個月。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,測定貯存污泥的產甲烷活性變化。結果表明,未貯存原始種泥甲烷累積產氣量最高,貯存的原始種泥及濃縮污泥甲烷累積產氣量下降了1%-34%；與貯存2個月的濃縮污泥相比,貯存4個月的濃縮污泥甲烷累積產氣量及最大產甲烷速率均有所提高。(5)將高溫厭氧污泥進行離心濃縮處理,并在不同溫度下(7℃,20℃,55℃)保存10個月。以保存后的離心濃縮污泥為菌源,以葡萄糖、乙酸和成分復雜的餐廚垃圾為發(fā)酵底物進行批式厭氧發(fā)酵實驗,評價了不同保存溫度對離心濃縮污泥產甲烷活性的影響以及濃縮污泥微生物活性的恢復能力。實驗結果表明：7℃下保存的濃縮污泥具有最高甲烷累積產氣量和最大甲烷產氣速率；55℃下保存的濃縮污泥甲烷累積產氣量和產氣速率均最低,但具有最快的微生物活性恢復速率。
【學位授予單位】：中國農業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：S216.4
【圖文】：

業(yè)NB學博±學位論文邐第．．章玉米粘巧的預處理方巧對巧氣轉化效果表２－１厭氯巧泥理化指標逡逑邐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，逡逑預處理方法逡逑（１）氣爆處理逡逑本實驗氣爆設備為自主研發(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，本實驗韋米招桿氣爆條件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)合預處理黑液ｐＨ低Ｔ－相應濃度的單獨堿處理巧液ｐＨ。其中，５％和１０％逡逑堿濃度下尤為明顯。由于預處理過程中火量ｉｉｊ■溶性物質的溶出，ＥＣＳ與５％邋ＮａＯＨ或與５％邋ＫＯＨ逡逑聯(lián)合預處理結束巧黑液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，在單獨堿處理組合中，ＩＩ］■溶性物質溶山量較少，對ｐＨ影響較小，ｐＨ值的變化：屯逡逑要來自玉米稻桿結構破壞對ＯＦＴ離子的巧耗。而在氣爆與堿處理聯(lián)用的處理中，由平玉米稻桿經逡逑氣爆處理后ｉｉｒ溶性物質明顯增多，因此對黑液ｐＨ的影響較NB

本文編號：2738882