產(chǎn)甲烷菌群對雞糞厭氧發(fā)酵的生物強(qiáng)化作用研究
發(fā)布時(shí)間：2021-10-29 15:37
厭氧發(fā)酵技術(shù)在禽畜糞便的處理中已得到廣泛的應(yīng)用。當(dāng)雞糞作為單一原料進(jìn)行厭氧發(fā)酵時(shí),其發(fā)酵液的氨氮濃度較高,抑制產(chǎn)甲烷菌群的活性,導(dǎo)致厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸與產(chǎn)甲烷階段失衡,出現(xiàn)揮發(fā)性脂肪酸累積,最終導(dǎo)致產(chǎn)氣量下降甚至系統(tǒng)失敗。本文采用外源添加產(chǎn)甲烷菌群對雞糞批式厭氧發(fā)酵進(jìn)行生物強(qiáng)化,考察不同菌群添加量對雞糞厭氧發(fā)酵的促進(jìn)作用,確定一定范圍內(nèi)的最優(yōu)菌群添加量。再將該最優(yōu)菌群添加量應(yīng)用于雞糞連續(xù)發(fā)酵實(shí)驗(yàn)中,探究生物強(qiáng)化對連續(xù)發(fā)酵中不同有機(jī)負(fù)荷下發(fā)酵性能的促進(jìn)作用,以及生物強(qiáng)化系統(tǒng)停止添加產(chǎn)甲烷菌群前后自身發(fā)酵性能的變化。此外,從微生物群落組成及演替方面揭示了生物強(qiáng)化的作用機(jī)制。主要研究結(jié)果如下:（1）在雞糞厭氧發(fā)酵的批式實(shí)驗(yàn)中,對比了投加不同產(chǎn)甲烷菌群劑量的生物強(qiáng)化系統(tǒng)的發(fā)酵性能、強(qiáng)化效果和微生物群落的變化規(guī)律。結(jié)果表明:不同菌群添加劑量下的生物強(qiáng)化系統(tǒng),累積產(chǎn)甲烷量均得到提高,且添加劑量越大,累積甲烷產(chǎn)量越高;菌群添加量分別為0.07、0.14、0.21、0.27和0.34 g VSBS/g VSCM的生物強(qiáng)化組,累計(jì)產(chǎn)甲烷率分別為未生物強(qiáng)化系統(tǒng)的1.2...
【文章來源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省
【文章頁數(shù)】：65 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
批式厭氧發(fā)酵系統(tǒng)圖
產(chǎn)甲烷菌群對雞糞厭氧發(fā)酵的生物強(qiáng)化作用研究34產(chǎn)氣仍然高于對照組C。其中在180-240d穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，和前180天的池容產(chǎn)氣率相比，仍然在穩(wěn)步提升，這說明停止添加菌群對組B的池容產(chǎn)氣率影響較校在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，組B的最大池容產(chǎn)氣率出現(xiàn)在240d，為1.96LL-1d-1，組C的最大池容產(chǎn)氣率出現(xiàn)在226d，為1.64LL-1d-1。當(dāng)OLR為5.0gVSL-1d-1時(shí)，反應(yīng)器超負(fù)荷運(yùn)行，組B和組C的池容產(chǎn)氣率都開始下降，但組B的下降速度明顯比組C慢，這表明生物強(qiáng)化對于系統(tǒng)的池容產(chǎn)氣率存在一定影響。圖3.2菌群添加對池容產(chǎn)氣率的影響Figure3.2Effectofbioaugmentationseedsonthevolumebiogasproduction有無生物強(qiáng)化對于甲烷含量的影響和日產(chǎn)甲烷率（DMY）的變化如圖3.3所示。從圖中可以看出，在第1-240d內(nèi)，生物強(qiáng)化組B的甲烷含量相比于對照組C的甲烷含量并沒有明顯增加，兩組的甲烷百分比均在47%-61%之間波動。在最后30d時(shí)，兩者的產(chǎn)氣都出現(xiàn)下降，并且未生物強(qiáng)化組C的甲烷含量出現(xiàn)明顯下降，最后降至12%。而生物強(qiáng)化組B的甲烷含量無明顯變化。觀察兩組日產(chǎn)甲烷率的變化，從實(shí)驗(yàn)啟動時(shí)，兩者的日產(chǎn)氣率均顯著增加。在第13d之后，日產(chǎn)甲烷率都在一定范圍內(nèi)波動。在第13d到第250d之間，未生物強(qiáng)化組C的日產(chǎn)甲烷率基本在160-210mLg-1VS之間。生物強(qiáng)化組B的日產(chǎn)甲烷率基本保持在190-260mLg-1VS之間。但從第251d開始，兩組的日產(chǎn)氣率均出現(xiàn)下降。其中在第270d實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，對照組的日產(chǎn)氣率已經(jīng)降至6mLg-1VS，此時(shí)生物強(qiáng)化組的日產(chǎn)氣率為82mLg-1VS，是未生物強(qiáng)化組的14倍。因此，對照組C和生物強(qiáng)化組B的最大承載的有機(jī)負(fù)荷均為4.5gVSL-1d-1。
碩士學(xué)位論文37過程中，HAc和HPr是主要的揮發(fā)性脂肪酸，測試結(jié)果顯示其他的VFA濃度非常小，則可以忽略不計(jì)（圖中未顯示）。從圖3.4a可以看出，在實(shí)驗(yàn)的前220d，組C的總VFA濃度在480-2700mgL-1范圍內(nèi)，而在第220-270d，TVFA累積濃度迅速升高，在第270d時(shí)VFA濃度已升至32000mgL-1以上。由圖3.4b和圖3.4c可以看出，和丙酸相比，乙酸的累計(jì)濃度更高。在前240d中，乙酸濃度均低于2600mgL-1，而最后一個(gè)HRT時(shí)，乙酸濃度出現(xiàn)快速增加，增加至第270d的28000mgL-1以上。在前60d時(shí)丙酸濃度在140-1350mgL-1的范圍之內(nèi)，從第60-227d，丙酸濃度均低于1000mgL-1。第227d之后，丙酸的累積濃度也開始迅速增加，最終累積的濃度在3300mgL-1左右。圖3.4未生物強(qiáng)化系統(tǒng)中總揮發(fā)酸濃度及乙酸和丙酸濃度Figure3.4VFAs,aceticacidandpropionicacidconcentrationofun-bioaugmentedgroup圖3.5a為生物強(qiáng)化組B的總VFA濃度，在前220d中，生物強(qiáng)化組B的TVFA濃度在0-2300mgL-1范圍內(nèi)，低于組C（480-2700mgL-1）。在第220d以后，總VFA濃度也在呈總體增長的趨勢。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)（第270d），總VFA濃度為11000mgL-1左右，低于組C（32000mgL-1），兩者相差21000mgL-1。圖3.5b顯示在前240d中，組B的乙酸濃度在0-1600mgL-1之間波動，和組C（200-2600mgL-1）相比，累積乙酸濃度較低。圖3.5c中可以看出生物強(qiáng)化組B從第36d開始到第210d之內(nèi)丙酸幾乎沒有出現(xiàn)累積現(xiàn)象。之前有研究表明，當(dāng)丙酸鹽的濃度超過1000mgL-1時(shí)，就會抑制沼氣產(chǎn)量的產(chǎn)生。組C和組B的丙酸鹽濃度分別在第227d和第254d后超過了1000mgL-1。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]餐廚垃圾資源化利用技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望[J]. 周俊,王夢瑤,王改紅,馬利欽,羅麗雯,黃煥忠. 生物資源. 2020(01)
[2]畜禽糞便好氧堆肥技術(shù)淺析[J]. 張邑帆. 畜禽業(yè). 2019(12)
[3]非瘟形勢下我國肉雞產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢分析[J]. 辛翔飛. 北方牧業(yè). 2019(16)
[4]中高溫條件下不同碳氮比對雞糞原料厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣特性的影響[J]. 李淑蘭,劉萍,梅自力. 中國沼氣. 2018(05)
[5]蛋雞糞污處理與資源化利用技術(shù)模式[J]. 楊國強(qiáng). 云南畜牧獸醫(yī). 2018(04)
[6]梯度提高進(jìn)料濃度對雞糞連續(xù)中溫發(fā)酵產(chǎn)甲烷的影響[J]. 喬瑋,熊林鵬,畢少杰,任征然,尹冬敏,董仁杰. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2018(09)
[7]試析雞糞資源化處理與利用技術(shù)[J]. 朱寧欣,龍東海,張英. 農(nóng)業(yè)與技術(shù). 2017(21)
[8]產(chǎn)氫菌對沼氣發(fā)酵的生物強(qiáng)化作用[J]. 王芳,劉曉飛,劉曉風(fēng),袁月祥,閆志英,賀蓉娜,廖銀章. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào). 2013(02)
[9]厭氧消化過程氨抑制研究進(jìn)展[J]. 杜連柱,楊繼東,張克強(qiáng),梁軍鋒,崔文文. 可再生能源. 2012(04)
[10]熱電肥聯(lián)產(chǎn)大型雞場廢棄物沼氣工程技術(shù)[J]. 李倩,藍(lán)天,壽亦豐,蔡磊,蔡昌達(dá). 中國工程科學(xué). 2011(02)
博士論文
[1]丙酸產(chǎn)甲烷菌系的馴化過程及生物強(qiáng)化作用研究[D]. 李穎.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 2017
碩士論文
[1]構(gòu)樹葉與有機(jī)廢棄物共發(fā)酵產(chǎn)甲烷特性研究[D]. 何宇.蘭州理工大學(xué) 2019
[2]產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸優(yōu)勢菌群構(gòu)建及其對厭氧消化系統(tǒng)的強(qiáng)化效應(yīng)[D]. 王碩.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009
[3]沼氣系統(tǒng)生物強(qiáng)化及相關(guān)研究[D]. 程林.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 2008
本文編號：3464928
【文章來源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省
【文章頁數(shù)】：65 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
批式厭氧發(fā)酵系統(tǒng)圖
產(chǎn)甲烷菌群對雞糞厭氧發(fā)酵的生物強(qiáng)化作用研究34產(chǎn)氣仍然高于對照組C。其中在180-240d穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，和前180天的池容產(chǎn)氣率相比，仍然在穩(wěn)步提升，這說明停止添加菌群對組B的池容產(chǎn)氣率影響較校在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，組B的最大池容產(chǎn)氣率出現(xiàn)在240d，為1.96LL-1d-1，組C的最大池容產(chǎn)氣率出現(xiàn)在226d，為1.64LL-1d-1。當(dāng)OLR為5.0gVSL-1d-1時(shí)，反應(yīng)器超負(fù)荷運(yùn)行，組B和組C的池容產(chǎn)氣率都開始下降，但組B的下降速度明顯比組C慢，這表明生物強(qiáng)化對于系統(tǒng)的池容產(chǎn)氣率存在一定影響。圖3.2菌群添加對池容產(chǎn)氣率的影響Figure3.2Effectofbioaugmentationseedsonthevolumebiogasproduction有無生物強(qiáng)化對于甲烷含量的影響和日產(chǎn)甲烷率（DMY）的變化如圖3.3所示。從圖中可以看出，在第1-240d內(nèi)，生物強(qiáng)化組B的甲烷含量相比于對照組C的甲烷含量并沒有明顯增加，兩組的甲烷百分比均在47%-61%之間波動。在最后30d時(shí)，兩者的產(chǎn)氣都出現(xiàn)下降，并且未生物強(qiáng)化組C的甲烷含量出現(xiàn)明顯下降，最后降至12%。而生物強(qiáng)化組B的甲烷含量無明顯變化。觀察兩組日產(chǎn)甲烷率的變化，從實(shí)驗(yàn)啟動時(shí)，兩者的日產(chǎn)氣率均顯著增加。在第13d之后，日產(chǎn)甲烷率都在一定范圍內(nèi)波動。在第13d到第250d之間，未生物強(qiáng)化組C的日產(chǎn)甲烷率基本在160-210mLg-1VS之間。生物強(qiáng)化組B的日產(chǎn)甲烷率基本保持在190-260mLg-1VS之間。但從第251d開始，兩組的日產(chǎn)氣率均出現(xiàn)下降。其中在第270d實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，對照組的日產(chǎn)氣率已經(jīng)降至6mLg-1VS，此時(shí)生物強(qiáng)化組的日產(chǎn)氣率為82mLg-1VS，是未生物強(qiáng)化組的14倍。因此，對照組C和生物強(qiáng)化組B的最大承載的有機(jī)負(fù)荷均為4.5gVSL-1d-1。
碩士學(xué)位論文37過程中，HAc和HPr是主要的揮發(fā)性脂肪酸，測試結(jié)果顯示其他的VFA濃度非常小，則可以忽略不計(jì)（圖中未顯示）。從圖3.4a可以看出，在實(shí)驗(yàn)的前220d，組C的總VFA濃度在480-2700mgL-1范圍內(nèi)，而在第220-270d，TVFA累積濃度迅速升高，在第270d時(shí)VFA濃度已升至32000mgL-1以上。由圖3.4b和圖3.4c可以看出，和丙酸相比，乙酸的累計(jì)濃度更高。在前240d中，乙酸濃度均低于2600mgL-1，而最后一個(gè)HRT時(shí)，乙酸濃度出現(xiàn)快速增加，增加至第270d的28000mgL-1以上。在前60d時(shí)丙酸濃度在140-1350mgL-1的范圍之內(nèi)，從第60-227d，丙酸濃度均低于1000mgL-1。第227d之后，丙酸的累積濃度也開始迅速增加，最終累積的濃度在3300mgL-1左右。圖3.4未生物強(qiáng)化系統(tǒng)中總揮發(fā)酸濃度及乙酸和丙酸濃度Figure3.4VFAs,aceticacidandpropionicacidconcentrationofun-bioaugmentedgroup圖3.5a為生物強(qiáng)化組B的總VFA濃度，在前220d中，生物強(qiáng)化組B的TVFA濃度在0-2300mgL-1范圍內(nèi)，低于組C（480-2700mgL-1）。在第220d以后，總VFA濃度也在呈總體增長的趨勢。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)（第270d），總VFA濃度為11000mgL-1左右，低于組C（32000mgL-1），兩者相差21000mgL-1。圖3.5b顯示在前240d中，組B的乙酸濃度在0-1600mgL-1之間波動，和組C（200-2600mgL-1）相比，累積乙酸濃度較低。圖3.5c中可以看出生物強(qiáng)化組B從第36d開始到第210d之內(nèi)丙酸幾乎沒有出現(xiàn)累積現(xiàn)象。之前有研究表明，當(dāng)丙酸鹽的濃度超過1000mgL-1時(shí)，就會抑制沼氣產(chǎn)量的產(chǎn)生。組C和組B的丙酸鹽濃度分別在第227d和第254d后超過了1000mgL-1。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]餐廚垃圾資源化利用技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望[J]. 周俊,王夢瑤,王改紅,馬利欽,羅麗雯,黃煥忠. 生物資源. 2020(01)
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[7]試析雞糞資源化處理與利用技術(shù)[J]. 朱寧欣,龍東海,張英. 農(nóng)業(yè)與技術(shù). 2017(21)
[8]產(chǎn)氫菌對沼氣發(fā)酵的生物強(qiáng)化作用[J]. 王芳,劉曉飛,劉曉風(fēng),袁月祥,閆志英,賀蓉娜,廖銀章. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào). 2013(02)
[9]厭氧消化過程氨抑制研究進(jìn)展[J]. 杜連柱,楊繼東,張克強(qiáng),梁軍鋒,崔文文. 可再生能源. 2012(04)
[10]熱電肥聯(lián)產(chǎn)大型雞場廢棄物沼氣工程技術(shù)[J]. 李倩,藍(lán)天,壽亦豐,蔡磊,蔡昌達(dá). 中國工程科學(xué). 2011(02)
博士論文
[1]丙酸產(chǎn)甲烷菌系的馴化過程及生物強(qiáng)化作用研究[D]. 李穎.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 2017
碩士論文
[1]構(gòu)樹葉與有機(jī)廢棄物共發(fā)酵產(chǎn)甲烷特性研究[D]. 何宇.蘭州理工大學(xué) 2019
[2]產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸優(yōu)勢菌群構(gòu)建及其對厭氧消化系統(tǒng)的強(qiáng)化效應(yīng)[D]. 王碩.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009
[3]沼氣系統(tǒng)生物強(qiáng)化及相關(guān)研究[D]. 程林.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 2008
本文編號：3464928
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