本文關(guān)鍵詞：難、易降解高含固率物料兩相分區(qū)一體工藝下的高效產(chǎn)甲烷機制　出處：《中國農(nóng)業(yè)大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：《全國農(nóng)村沼氣發(fā)展"十三五"規(guī)劃》為我國沼氣事業(yè)樹立了新的目標:新建規(guī)�；锾烊粴夤こ�172個、規(guī)�；笮驼託夤こ�3150個。這使得傳統(tǒng)的發(fā)酵原料有限,無法滿足迅速成長的生物天然氣產(chǎn)業(yè)化需求,開發(fā)原料多樣性利用技術(shù)迫在眉睫。我國每年可利用的作物秸稈高達1.8億t,每年產(chǎn)生的餐廚垃圾近9000萬t,沼氣生產(chǎn)潛力巨大。目前,落地的秸稈沼氣工程常常出現(xiàn)易結(jié)殼、負荷稍大容易酸敗、進出料困難等問題,使得秸稈利用率低,針對以上問題,我們建立了上部酸化相、下部產(chǎn)甲烷相的"兩相分區(qū)一體"消化體系。通過研發(fā)相應(yīng)設(shè)備——改造的螺旋式CSTR(continuous stirred tank reactor)反應(yīng)器及試制的兩相分區(qū)一體反應(yīng)器——研究了兩相分區(qū)一體工藝下難(作物秸稈)、易(餐廚垃圾)降解物質(zhì)的高效產(chǎn)甲烷機制、攪拌強度對產(chǎn)氣潛力的影響并通過高通量測序技術(shù)、定量PCR技術(shù)等分析微生物群落的構(gòu)成規(guī)律。(1)高含固率水稻秸稈與牛糞共發(fā)酵:采用螺旋式CSTR工藝(高徑比1.71),有機負荷率(OLR)由8逐步提升到24 gVS/(L·d),隨著負荷的升高,產(chǎn)氣量上升到最高點后逐漸下降。OLR為16gVS/(L·d)、水力停留時間(HRT)為6.25d時能夠獲得最大的容積產(chǎn)沼氣比和產(chǎn)甲烷比:3.00和1.64 L/L·d。隨著負荷的提升,HRT的縮短,原料的潛力釋放不完全,負荷為8 gVS/(L-d)時單位VS原料產(chǎn)甲烷潛力達到最高157.03 mL/gVSadded。低的高徑比和高的攪拌強度未使兩相分區(qū)一體工藝建立起來,厚壁菌門(36.18%)、擬桿菌門(20.73%)是體系的優(yōu)勢細菌,甲烷鬃毛菌(48.44%)是優(yōu)勢產(chǎn)甲烷菌,且數(shù)量最多。(2)高含固率餐廚垃圾與牛糞共發(fā)酵:采用螺旋式CSTR工藝,OLR由4逐步提升到7 gVS/(L·d),隨著負荷的升高,產(chǎn)氣量逐漸上升。OLR為7gVS/(L·d)、HRT為14.29d時能夠獲得最大的容積產(chǎn)沼氣和產(chǎn)甲烷比:3.76和1.81 L/L·d。隨著負荷的提升,HRT的縮短,原料的潛力釋放不完全,負荷為4gVS/(L·d)時單位VS原料產(chǎn)甲烷潛力達到最高293.44 mL/gVSadded。好的流體性原料性質(zhì)、低的高徑比和高的攪拌強度未使兩相分區(qū)一體工藝建立起來,擬桿菌門(43.58%)、厚壁菌門(35.26%)是體系的優(yōu)勢細菌,甲烷八疊球菌(61.43%)豐度最大,但甲烷微菌數(shù)量最多。(3)攪拌強度對餐廚垃圾甲烷發(fā)酵的影響:采用兩相分區(qū)一體工藝(高徑比3.5),在4 gVS/(L-d)以及20、45、70 rpm的低、中、高三種攪拌模式下運行。隨著攪拌強度的增大,原料的產(chǎn)氣效率增大。高攪拌模式獲得最大的容積產(chǎn)甲烷比1.72 L/L·d和單位VS原料的產(chǎn)甲烷潛力430.67 mL/gVSadded。好的流體性原料性質(zhì)未使兩相分區(qū)一體工藝建立起來。低攪拌下,細菌以厚壁菌門最為豐富(酸化相48.66%、產(chǎn)甲烷相46.12%),顯著高于擬桿菌門的豐度,分別為24.18%、20.94%;高攪拌下,擬桿菌門是優(yōu)勢細菌,酸化相和產(chǎn)甲烷相中的豐度分別為28.45%、29.96%,稍高于厚壁菌門的豐度,酸化相24.18%、產(chǎn)甲烷相20.94%。攪拌強度的增加,提高了擬桿菌門、互養(yǎng)菌門等與產(chǎn)甲烷菌有互養(yǎng)關(guān)系的細菌的豐度。低攪拌下,產(chǎn)甲烷菌以甲烷八疊球菌豐度最大(酸化相67.15%、產(chǎn)甲烷相64.74%),顯著高于甲烷鬃毛菌豐度(酸化相13.34%、產(chǎn)甲烷相24.16%),但后者數(shù)量稍高于前者;高攪拌下,甲烷鬃毛菌豐度最大(酸化相63.81%、產(chǎn)甲烷相74.13%),且其數(shù)量遠遠高于甲烷八疊球菌。乙酸濃度是影響甲烷八疊球菌豐度的主導因素,而影響甲烷鬃毛菌豐度的主導因素是其絲狀的生理形態(tài)能否在體系中得到完整保持。(4)攪拌強度對玉米秸稈甲烷發(fā)酵的影響:采用兩相分區(qū)一體工藝(高徑比3.5),在3 gTS/(L·d)以及20、70 rpm的低(R1)、高(R2)兩種攪拌模式下消化青綠和青貯兩種狀態(tài)的玉米秸稈。含固率高、密度小的原料性質(zhì)以及較大的高徑比使得兩相分區(qū)一體發(fā)酵體系成功建立。青綠秸稈在R1、R2中的容積產(chǎn)甲烷比分別為0.80和0.78 L/L·d,甲烷潛力分別為290.87 mL/gVSadded和281.54mL/gVSadded;青貯秸稈在R1、R2中的容積產(chǎn)甲烷比分別為0.69和0.67 L/L·d,甲烷潛力分別為250.69 mL/gVSadded、243.56 mL/gVSadded。青綠秸稈的可溶性物質(zhì)含量高、木質(zhì)纖維素含量低,獲得的產(chǎn)氣效率比青貯秸稈稍高;R1獲得的容積產(chǎn)氣比及產(chǎn)甲烷潛力均高于R2,說明低攪拌模式下的玉米秸稈的甲烷化效率要高于高攪拌。厚壁菌門(梭菌)在酸化相中占有絕對優(yōu)勢,產(chǎn)甲烷相的優(yōu)勢細菌為擬桿菌門、綠彎菌門和互養(yǎng)菌門;甲烷鬃毛菌在酸化相和產(chǎn)甲烷相中均是優(yōu)勢產(chǎn)甲烷菌。秸稈漂浮在酸化相酸化,當密實度較低時,高攪拌促進酸化作用;當密實度較高時,攪拌進一步增大密度,使酸化相有機酸積累嚴重,不利于擴散;低攪拌有利于產(chǎn)甲烷相中產(chǎn)甲烷菌的富集,高攪拌增大產(chǎn)甲烷菌隨出料的流失。
[Abstract]:"National Rural Biogas Development Planning >" 13th Five-Year "for China's gas industry has set a new goal: new large-scale biogas project 172, 3150 large scale biogas project. This makes the traditional fermentation of raw materials is limited, can not meet the rapid growth of the bio gas industry needs, the development of this diversity of raw materials technology is imminent. China's annual utilization of crop straw is as high as 180 million T, the annual food waste generated nearly 90 million T biogas production potential. At present, straw biogas project landing often easy to load larger crust, easy to rancidity, feeding difficulties and other problems, the straw utilization rate is low, in view of the above problems. We established the upper acidfication, lower methanogenic phase of the" two division one "digestive system. By spiral CSTR to develop the corresponding transformation of the equipment (continuous stirred tank reactor) reactor Two phase partition reactor and trial -- Research on two-phase partition development process difficult (crop straw), Yi (kitchen waste), methanogenic degradation mechanism of material, effect of stirring intensity on the gas potential and by high-throughput sequencing technology, PCR technology and other analytical form of quantitative microbial communities (1). The high solid content of rice straw and cow dung co fermentation: using spiral CSTR Technology (the ratio of height to diameter 1.71), organic loading rate (OLR) increased gradually from 8 to 24 gVS/ (L - D), as the load increases, gas production increased to the highest point after gradually decreased to 16gVS/ (L - D.OLR), hydraulic retention time (HRT) for 6.25d to obtain the largest volume of biogas production and methane production ratio Ratio: 3 and 1.64 L/L D. with the improvement of the load, the shortening of HRT, raw material potential incomplete release, load is 8 gVS/ (L-d) unit VS raw methane production potential reached the highest 157.03 mL/gV Sadded.浣庣殑楂樺緞姣斿拰楂樼殑鎼呮媽寮哄害鏈嬌涓ょ浉鍒嗗尯涓，

本文編號：1401525