【摘要】：在畜禽糞便巨大的環(huán)境污染可能性以及化石能源危機(jī)的雙重壓力下,使用畜禽糞便發(fā)酵產(chǎn)沼氣是一種環(huán)保、清潔的新能源生產(chǎn)過(guò)程,沼氣的主要成分是甲烷,其燃燒熱值可以達(dá)到6000-7000kcal/m3,接近天然氣。產(chǎn)生的沼氣經(jīng)過(guò)壓縮提純后,甲烷含量可以達(dá)到97%,完全可以代替天然氣供應(yīng)給居民、工業(yè)以及車(chē)輛使用,且在燃燒過(guò)程中釋放的溫室氣體量最少,所以使用發(fā)酵產(chǎn)沼氣是一種可再生的、清潔與高效并存的產(chǎn)能方式,不僅能緩解資源短缺與環(huán)境危機(jī),還具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值、社會(huì)價(jià)值、生態(tài)效益以及環(huán)境效益。 本文為研究畜禽糞便厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣時(shí),固定床厭氧反應(yīng)器(Anaerobic packed bed reactor, APBR)中的微生物特征和對(duì)溫度變化的響應(yīng)情況,進(jìn)行了以下試驗(yàn)：1)牛糞和豬糞連續(xù)交替時(shí)的APBR運(yùn)行效果；2) APBR在升溫和降溫過(guò)程中的運(yùn)行效果；3)高中低溫條件下APBR的負(fù)荷承載響應(yīng)情況；4)溫度變化前后以及負(fù)載響應(yīng)時(shí)的微生物菌群結(jié)構(gòu)變化。 牛糞和豬糞連續(xù)交替時(shí)的APBR運(yùn)行效果表明,使用豬糞進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷,比使用牛糞發(fā)酵時(shí)具有更高的運(yùn)行效率,日產(chǎn)氣量較大,抗負(fù)荷緩沖能力強(qiáng),體系穩(wěn)定速度快,能高效、成功地啟動(dòng)發(fā)酵罐；但pH值波動(dòng)范圍大,罐體易于酸化,而交替成使用牛糞發(fā)酵后,OLR增大到6kg· COD/(m3.d),也沒(méi)有發(fā)生酸化現(xiàn)象,表明牛糞發(fā)酵時(shí),各APBR能承受較高的負(fù)荷。 APBR在升溫和降溫過(guò)程中的運(yùn)行效果表明,溫度變化的過(guò)程中,溫度越高的APBR具有越高的COD去除率和日總產(chǎn)氣量；不同溫度條件下,各罐都具有較高的產(chǎn)甲烷含量,約為65%；高溫罐COD去除率最高達(dá)到60%,累積產(chǎn)甲烷量為316.6L,是中溫罐的1.30倍,低溫罐的1.56倍。進(jìn)行溫度的階梯式變化時(shí),微生物菌群處于擾動(dòng)的環(huán)境中,產(chǎn)甲烷菌的活性受到抑制,不能及時(shí)地分解利用所有的VFAs,從而造成少量VFAs的積累。 高中低溫條件下APBR的負(fù)荷承載響應(yīng)情況表明,在負(fù)荷承載響應(yīng)過(guò)程中,各罐的產(chǎn)甲烷含量都穩(wěn)定在60%左右,但溫度越高的APBR罐具有越高的日產(chǎn)氣量和COD去除率；高溫罐累積甲烷產(chǎn)量為中溫罐的1.36倍,低溫罐的1.81倍。對(duì)比中溫、低溫和高溫APBR罐,溫度恒定后,增大OLR至6kg· COD/(m3.d), VFAs并不會(huì)累積增加,反而會(huì)被消耗以產(chǎn)生更多的甲烷,表明在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中,溫度是影響各罐發(fā)酵效率的關(guān)鍵性因素,且溫度越高的罐運(yùn)行效率越高。 溫度分化前后以及負(fù)載響應(yīng)時(shí)的微生物結(jié)構(gòu)變化表明,起始點(diǎn)污泥(O點(diǎn))中,既有廣古菌門(mén)中的常見(jiàn)重要產(chǎn)甲烷菌MBT(甲烷桿菌目)、Mst(甲烷鬃菌科)、Msc(甲烷八疊球菌科)和MMB(甲烷微菌目),以及嗜熱菌,也有少部分泉古生菌門(mén),細(xì)菌的優(yōu)勢(shì)OTUs為梭菌屬(Clostridium)、綠彎菌門(mén)(Chloroflexi)、變形菌門(mén)(Proteobacteria)和擬桿菌門(mén)(Bacteroidetes),這為后續(xù)各罐的溫度提升和下降提供了理論上的可行性；各罐中,嗜乙酸產(chǎn)甲烷的甲烷鬃毛菌Mst為各罐的優(yōu)勢(shì)菌,能較好地在低溫和中溫環(huán)境中繁殖,但在高溫環(huán)境中迅速衰亡,MST有助于促進(jìn)顆粒污泥的形成,有效地提高APBR反應(yīng)器的發(fā)酵效率,增大負(fù)荷后,各罐的Mst菌群結(jié)構(gòu)也能基本維持穩(wěn)定；MMB與丙酸的平均濃度存在著正相關(guān)的關(guān)系,溫度分化時(shí),MMB能在中溫條件下進(jìn)行大量的繁殖,負(fù)荷增加時(shí),低溫和中溫環(huán)境能促進(jìn)反應(yīng)體系的嗜氫產(chǎn)甲烷路徑,而此時(shí)的高溫環(huán)境會(huì)抑制MMB的生長(zhǎng)；溫度越低的罐中Msc的數(shù)量越多,且中溫條件下增大一定的負(fù)荷有助于促進(jìn)Msc的生長(zhǎng)繁殖；低溫條件下,細(xì)菌能更好地生長(zhǎng),古菌比細(xì)菌更能耐受高溫環(huán)境。 以上結(jié)果表明,常溫罐可以通過(guò)階梯式的溫度提升與下降方法,培養(yǎng)得到發(fā)酵體系中的嗜高溫菌和嗜低溫菌。并且中溫和低溫發(fā)酵罐可以通過(guò)提高厭氧發(fā)酵的溫度和進(jìn)料負(fù)荷來(lái)獲取更多的產(chǎn)甲烷量。
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：X713;S216.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2787945