【摘要】：厭氧消化技術(shù)日趨成熟、推廣潛力巨大,但在工業(yè)化運(yùn)行的沼氣工程中使用禽畜糞便等高氮原料時(shí),依然時(shí)常存在氨氮抑制致使有機(jī)酸積累最終導(dǎo)致運(yùn)行失敗的情況。因此,提高沼氣工程的甲烷產(chǎn)率和運(yùn)行穩(wěn)定性是實(shí)現(xiàn)沼氣技術(shù)產(chǎn)業(yè)化亟待解決的關(guān)鍵問題。本課題結(jié)合國家自然基金項(xiàng)目(51376121)“畜禽糞便厭氧消化制取沼氣致毒及脫毒機(jī)理研究”,通過添加沸石和生物炭的方法,緩解雞糞厭氧發(fā)酵過程中的氨抑制問題,提升高氮原料厭氧發(fā)酵過程的穩(wěn)定性,為農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物在沼氣工程中的應(yīng)用提供理論支持和數(shù)據(jù)參考。采用生化產(chǎn)甲烷潛力(BMP)裝置在中溫(35±1)℃條件下進(jìn)行了以雞糞為底物,沸石為添加物的厭氧消化試驗(yàn),探究了添加不同體積分?jǐn)?shù)的沸石(2.5%、5%、10%和0%,基于工作體積比)對雞糞厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣特性的影響。結(jié)果表明:當(dāng)沸石添加量為10%時(shí),總產(chǎn)氣量最大,達(dá)到3340 mL。沸石添加量5%的試驗(yàn)組在發(fā)酵第21天時(shí)甲烷含量達(dá)到最大值73.06%,比對照組提高了4.86%。采用一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型、Transfer模型和Cone模型進(jìn)行了累積產(chǎn)氣率的動(dòng)力學(xué)分析,其中Cone模型與實(shí)際累積產(chǎn)氣率擬合度最高(R~2為0.9837~0.9964)。采用生化產(chǎn)甲烷潛力(BMP)裝置在中溫(35±1)℃條件下進(jìn)行了以雞糞為底物,生物炭為添加物的厭氧發(fā)酵試驗(yàn),探究了生物炭添加量(2.5%、5%、10%和0%,基于發(fā)酵液總質(zhì)量百分比)對雞糞厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣特性的影響。結(jié)果表明:當(dāng)生物炭添加量為10%時(shí),總產(chǎn)氣量最大,達(dá)到3133 mL。發(fā)酵結(jié)束時(shí)生物炭添加量2.5%、5%和10%的試驗(yàn)組的氨氮濃度分別為1822、1707、和1672 mg·L~(-1),與對照組相比,氨氮濃度分別下降了8.99%、14.73%和16.48%。采用一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型、Transfer模型和Cone模型進(jìn)行了累積沼氣產(chǎn)率的動(dòng)力學(xué)分析,其中Cone模型與實(shí)際累積產(chǎn)氣率擬合度最高(R~2為0.9837-0.9964)。在添加沸石的雞糞和蘋果渣共發(fā)酵產(chǎn)沼氣的試驗(yàn)中,以總有機(jī)負(fù)荷32gVS/L為基準(zhǔn),探究添加不同體積分?jǐn)?shù)(5%、10%和20%)的沸石對雞糞和蘋果渣共發(fā)酵產(chǎn)沼氣特性的影響。雞糞和蘋果原料配比1:0時(shí),沸石量20%的試驗(yàn)組的最終累積產(chǎn)氣量最高,為9463 mL;發(fā)酵結(jié)束時(shí)對照組的氨氮濃度為3321 mg·L~(-1),沸石添加量20%試驗(yàn)組的氨氮濃度為2011 mg·L~(-1),氨氮去除率為39.45%。雞糞和蘋果原料配比2:1,沸石添加量5%的試驗(yàn)組最終累積產(chǎn)氣量為11099 mL;發(fā)酵結(jié)束時(shí)對照組的氨氮濃度為2371 mg·L~(-1),添加沸石試驗(yàn)組的(5%、10%和20%)氨氮濃度分別為2093、1708和1881 mg·L~(-1),氨氮濃度分別下降了11.72%、27.96%和20.76%。雞糞和蘋果原料配比1:1時(shí)沸石添加量20%的試驗(yàn)組的最終累積產(chǎn)氣量為15068 mL;發(fā)酵結(jié)束時(shí)對照組的氨氮濃度為1660 mg·L~(-1),沸石添加量20%的試驗(yàn)組的氨氮濃度分別為1261 mg·L~(-1),氨氮濃度下降了24.04%。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S216.4
【圖文】：

廢棄物揮發(fā)性固體比為 1:0，2:1，1:1 ，3 種配比，按 5%、10%、20%（V/個(gè)梯度加入沸石（基于工作體積比），同時(shí)每組配比以不加沸石的處理作為對，記為 0%。用去離子水將購置的沸石沖洗三次，之后在 105 ℃干燥箱中干燥 24 h 備用。每個(gè)處理設(shè) 2 個(gè)重復(fù)，將只添加接種物的處理作為空白組，測試物日產(chǎn)氣量，以計(jì)算其他各處理每日凈產(chǎn)氣量。采用 BMP 試驗(yàn)裝置進(jìn)行批次（35±1）℃發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，每天 9 時(shí)和 17 時(shí)，調(diào)整振速為 100 r/min，振蕩 25 m天 19 時(shí)記錄產(chǎn)氣刻度，以計(jì)算產(chǎn)氣體積。分別在發(fā)酵的第 0、10、20、30、時(shí)取發(fā)酵液樣品，測定各組的日產(chǎn)氣量、pH 值，總氨氮濃度指標(biāo)。探究添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)（0%、5%、10%、20%）的沸石對雞糞和蘋果渣共發(fā)酵的日產(chǎn)氣量烷含量、pH 值，總氨氮濃度和累積產(chǎn)氣量的影響，并采用一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型ansfer 模型和 Cone 模型對雞糞和蘋果渣共發(fā)酵的累積產(chǎn)氣率進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)。3.3 技術(shù)路線本研究的技術(shù)路線圖如圖 1-1 所示。

表 2-2 沸石理化特性Table 2-2 Chemical composition and physical characteristics of natural zeol主要化學(xué)成分(%)比表Al2O3Fe2O3CaO MgO K2O 10.26 2.03 3.57 0.97 1.94 506.10驗(yàn)裝置裝置為上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院生物質(zhì)能工程研究中心自置（圖 1-1），主要由恒溫水浴搖床、發(fā)酵瓶、取樣管、導(dǎo)氣管、口、排水管、集水槽組成。其工作流程為：將發(fā)酵原料與接種 pH 值，注入發(fā)酵瓶密封，然后置于恒溫水浴搖床中。消化過導(dǎo)氣管進(jìn)入裝有飽和食鹽水的密閉刻度集氣管中，以排水法收測定集氣管上的刻度，刻度集氣管內(nèi)沼氣產(chǎn)生的壓力通過大氣和飽和蒸汽壓來計(jì)算，將每日產(chǎn)氣量轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（27 KPa）的體積。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2716291