本文選題：農(nóng)業(yè)廢棄物 + 水解酸化��； 參考：《中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：農(nóng)業(yè)廢棄物來(lái)源廣泛,是沼氣生產(chǎn)的重要原料。本研究圍繞增強(qiáng)農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便混合原料厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷效率展開(kāi),以傳統(tǒng)的兩相厭氧發(fā)酵工藝為基礎(chǔ),研究并優(yōu)化了不同控制條件下微好氧水解酸化特性及其機(jī)理,并探索適用于高含固率纖維質(zhì)農(nóng)業(yè)廢棄物厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷的新模式。首先,研究了不同含固率和氧氣狀態(tài)對(duì)底物分解和產(chǎn)酸的影響,并對(duì)其水解酸化機(jī)理進(jìn)行研究。向酸化相通氣可顯著增加木質(zhì)纖維素原料的分解效率(P0.05),但隨著含固率的提高,受到水解產(chǎn)物反饋抑制的影響,VS去除率間在高含固率時(shí)差異消失。酸化第2天高含固率微好氧條件有機(jī)酸生成率達(dá)到3684mg/(Ld)。根據(jù)響應(yīng)面優(yōu)化產(chǎn)氣速率的結(jié)果,高含固率(TS= 15%TS)、微好氧(DO = 0.2-1 mg/L)、水解酸化48 h,產(chǎn)氣效率達(dá)到最大值。非密閉酸化相設(shè)計(jì)也為纖維質(zhì)原料的進(jìn)出提供方便,操作性強(qiáng)。使用非密閉酸化反應(yīng)器在微好氧條件研究了含固率、溫度和攪拌形式對(duì)水稻秸稈、牛糞水解酸化性質(zhì)的影響,證明了高含固率在促進(jìn)有機(jī)酸生產(chǎn)的關(guān)鍵地位,溫度和間歇攪拌分別在酸化中期、后期對(duì)有機(jī)酸生產(chǎn)起顯著性作用(P0.05)。纖維素、半纖維素分解在水解酸化前期效率(k)可最大可增加217.9%和290.5%;為進(jìn)一步提高底物水解效率,加快有機(jī)酸生產(chǎn)能力,研究并優(yōu)化了秸稈粒徑、pH對(duì)微好氧水解酸化性質(zhì)的影響。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明,秸稈粒徑與水解酸化過(guò)程VS去除率具有顯著正相關(guān)性(P0.01),pH對(duì)底物分解的影響不顯著,而pH對(duì)有機(jī)酸生產(chǎn)具有顯著正相關(guān)性(P0.01),秸稈粒徑并不是有機(jī)酸生產(chǎn)的主要因素。細(xì)粒徑、中粒徑、pH=7-9顯著促進(jìn)細(xì)菌的生長(zhǎng)和多樣性(P0.05)。在pH=8時(shí),中粒徑有利于半纖維素、纖維素的分解,并得到最大產(chǎn)酸效率為2.3 g/(Ld)。pH=11時(shí),在酸化第9天有機(jī)酸產(chǎn)量達(dá)到最大值9.5 g/L。綜合水解酸化效率和處理成本,酸化相采用中粒徑、pH=8,處理2天即可用于甲烷生產(chǎn);利用MC1菌群,探討了生物強(qiáng)化在開(kāi)放復(fù)雜環(huán)境中促進(jìn)微好氧水解酸化效率的可行性。MC1水解酸化3天,顯著提高半纖維素的水解(P0.05),有機(jī)酸含量提高了 20.1%,產(chǎn)氣效率也隨之增加。但是,MC1強(qiáng)化作用并不能持續(xù)保持,5天后作用消失;通過(guò)高通量測(cè)序的方法揭示了微好氧水解酸化在不同控制因素下的微生物群落特征發(fā)現(xiàn),微生物與體系內(nèi)溫度和pH的變化密切相關(guān),當(dāng)酸化處于高溫低pH時(shí),Clostridium是優(yōu)勢(shì)細(xì)菌,而中溫以Prevotella菌為優(yōu)勢(shì)細(xì)菌。體系pH趨于中性,Bacteroides豐度迅速升高,pH升高或降低減少了微生物多樣性和數(shù)量。而在復(fù)雜環(huán)境的生物強(qiáng)化過(guò)程中,MC1菌群組分如Bacils、Clostridium在酸化前期被檢測(cè)到。其中,Bacills豐度與未接種MC1相比提高了 171.9%。酸化5天后,牛糞菌群重新占據(jù)優(yōu)勢(shì),MC1菌群的消失顯著降低了木質(zhì)纖維素的分解效率;高含固率可顯著提高有機(jī)酸積累量,有利于沼氣生產(chǎn)。根據(jù)優(yōu)化結(jié)果,本論文建立了半連續(xù)高含固率兩相厭氧發(fā)酵工藝,酸化相采用非密閉式設(shè)計(jì)并在微好氧條件下運(yùn)行,固液分離后的酸化液用于沼氣生產(chǎn),酸化渣進(jìn)行水稻育秧基質(zhì)化利用,并研究了不同溫度和沼液全回流條件下兩相厭氧發(fā)酵過(guò)程性質(zhì)。結(jié)果表明,高含固率下溫度和回流對(duì)底物VS去除無(wú)顯著影響(P0.05),有機(jī)酸生成在運(yùn)行10天后保持穩(wěn)定,回流處理中有機(jī)酸利用率在60-90%,中溫回流有利于保持高效的容積產(chǎn)氣率,為1162.2 mL/Lreactor/d,增加穩(wěn)定性。酸化渣育苗質(zhì)量顯著優(yōu)于原料、沼渣(牛糞)和土壤,中溫、酸化時(shí)間對(duì)促進(jìn)水稻根數(shù)、株高、葉寬等農(nóng)業(yè)學(xué)性狀具有顯著相關(guān)性(P0.05),應(yīng)用前景廣闊。本文建立了非密閉式微好氧酸化纖維質(zhì)農(nóng)業(yè)廢棄物水解酸化+高效產(chǎn)甲烷的兩相厭氧發(fā)酵工藝,沼液可全部回流,酸化渣用于水稻育秧基質(zhì)生產(chǎn),同時(shí),證明了"秸-沼-基質(zhì)"能源生態(tài)模式是可行的,應(yīng)用前景光明。
[Abstract]:In this paper , the effects of solid content , temperature and agitation on the hydrolysis and acidification properties of rice straw and cow dung were studied . The results showed that the efficiency of hydrolysis acidification was significantly higher than that of organic acids ( P0.05 ) . This paper studies the feasibility of promoting the efficiency of micro aerobic hydrolysis acidification in open complex environment by using MC1 bacteria group . and the application prospect is bright .
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X71;S216.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1917292