【摘要】：厭氧發(fā)酵過程是由多種微生物菌群組成的極其復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。降解有機物質(zhì)和產(chǎn)生可燃性氣體（CH4）是厭氧發(fā)酵技術(shù)的兩個基本功能。因此，其在生活污水、農(nóng)林殘余物、工業(yè)廢水和禽畜糞便等有機廢棄物的處理上具有顯著的優(yōu)勢。影響厭氧發(fā)酵性能包含諸多因素，發(fā)酵體系溫度、水力停留時間（HRT，hydraulic retention time）、有機負(fù)荷率（OLR，organic loading rate）是其中主要的幾個因素。這些因素之間相互關(guān)聯(lián)，如隨著發(fā)酵溫度的不同，HRT與OLR等都將隨之發(fā)生相應(yīng)的改變。目前，我國在厭氧發(fā)酵工程上基本采用的都是中溫厭氧發(fā)酵工藝，而高溫厭氧發(fā)酵工藝主要還處在實驗室研究階段。 本論文實驗分兩個階段進行考察。第一階段內(nèi)，同時進行兩組中溫厭氧發(fā)酵實驗：其中一組發(fā)酵實驗是在35℃的發(fā)酵溫度，6%的起始發(fā)酵總固體（TS,totalsolid）濃度下，以豬糞為發(fā)酵原料，運行良好的中溫豬糞厭氧發(fā)酵罐的流出液為接種物啟動厭氧發(fā)酵，并于10d后，考察HRT=20d，OLR=3.125gTS·L-1d-1的半連續(xù)厭氧發(fā)酵情況。另一組實驗，則是以10%的起始總固體濃度啟動厭氧發(fā)酵，并于10d后，考察HRT=20d，OLR=5.208gTS·L-1d-1的發(fā)酵情況。第二階段，取上一階段兩組發(fā)酵實驗中最為合適的發(fā)酵條件，通過緩慢升溫的方式（發(fā)酵溫度最終停留在50℃）對菌種進行為期49d的高溫馴化，然后逐步改變HRT與OLR，以篩選出高溫豬糞厭氧發(fā)酵最優(yōu)的工藝條件。通過實驗可得出以下結(jié)論： （1）在20d，甚至更短的HRT下，中溫厭氧消化工藝并不適用于較高OLR下的豬糞發(fā)酵，且進行批次厭氧發(fā)酵時，發(fā)酵的起始總固體濃度不宜超過10%。當(dāng)OLR從3.125gTS·L-1d-1提高到5.208gTS·L-1d-1時：（a）日產(chǎn)氣量的波動幅度更加顯著，雖然最終的日產(chǎn)氣量從31.14L/d上升到34.49L/d，但甲烷含量卻由67.53%降低到39.13%；甲烷TS產(chǎn)氣率從280.20mLCH4·g-1TS-1降至106.63mLCH4·g-1TS-1；CH4容積產(chǎn)氣率則從0.700LCH4·L-1d-1減少到0.450CH4·L-1d-1。（b）最終氨氮濃度從454.051mg/L升高到848.527mg/L。根據(jù)相關(guān)的報道，在此氨氮濃度下并不會發(fā)生氨氮抑制現(xiàn)象。（c）發(fā)酵系統(tǒng)中的揮發(fā)性脂肪酸（VFA，volatile fatty acids）濃度（以乙酸計）由3579.833mg/L上升到6525.635mg/L，此時的揮發(fā)性脂肪酸含量對產(chǎn)甲烷菌造成抑制，這也是甲烷含量下降的主要原因之一。（d）從pH值上看，發(fā)酵起始TS濃度為10%時，出現(xiàn)了明顯的酸化現(xiàn)象，pH值在6.7左右持續(xù)8d，才出現(xiàn)上升的趨勢。（e）由于中溫發(fā)酵的降解率較慢，因此兩組發(fā)酵實驗中TS和揮發(fā)性物質(zhì)（VS，volatile substances）去除率也都不高，僅為32.12～41.06%。 （2）高溫菌種馴化中，37～43℃溫度范圍內(nèi)，CH4含量、VFA濃度和日產(chǎn)氣量的變化相對于43～50℃來說，相對顯著的多。因此，在37～43℃的溫度范圍內(nèi)，厭氧發(fā)酵菌群對溫度的變化較為敏感，不建議在這個溫度范圍內(nèi)進行豬糞厭氧發(fā)酵。 （3）高溫厭氧發(fā)酵在產(chǎn)氣量、水力停留時間、降解速率等發(fā)面具有十分突出的優(yōu)勢。與中溫HRT=20d，OLR=3.125和5.208gTS·L-1d-1下的厭氧發(fā)酵相比，高溫厭氧發(fā)酵日產(chǎn)氣量分別比中溫厭氧發(fā)酵高出16.67%和78.66%；甲烷含量則分別高出5.73%和30.54%；TS去除率分別高出12.22%，27.41%；VS去除率分別高出15.30%和31.81%。但氨氮濃度也比中溫厭氧發(fā)酵分別高出38.30%和50.50%，因此高溫厭氧發(fā)酵較中溫厭氧發(fā)酵更容易發(fā)生氨氮抑制現(xiàn)象。在高溫厭氧發(fā)酵的實驗中，當(dāng)HRT=5d，OLR=10.650gTS·L-1d-1時，高溫厭氧發(fā)酵達到最優(yōu)的CH4容積產(chǎn)氣率，為2.552LCH4·L-1d-1，此時TS甲烷產(chǎn)氣率為299.33mLCH4·g-1TS-1；HRT=20d，OLR=3.125gTS·L-1d-1時，TS甲烷產(chǎn)氣率達到最高，為354.87mLCH4·g-1TS-1，此時CH4容積產(chǎn)氣量最低，為0.888LCH4·L-1d-1。 （4）通過能量盈余的比較可得，高溫厭氧發(fā)酵較中溫厭氧發(fā)酵更具優(yōu)勢。當(dāng)OLR=3.125gTS·L-1d-1和5.208gTS·L-1d-1時，高溫厭氧發(fā)酵的能量盈余比中溫厭氧發(fā)酵分別高出198881.6kJ和1052973.4kJ，能夠產(chǎn)生更高的經(jīng)濟效益。從原料利用率和能量盈余上綜合考慮，HRT=5d，OLR=10.567gTS·L-1d-1時，能量的盈余最優(yōu)，為2716753kJ。
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TQ920.6;S216.4

【參考文獻】

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本文編號：2761290