小麦秸秆高效厌氧发酵特性研究

论文摘要

我国是传统农业大国,众多的农业人口导致农村能源短缺。大力发展沼气技术,既为人们提供了良好的生物质能源,又充分利用了农业、畜牧业废弃物,为农户提供了有机肥料,具有显著的能源、经济、生态和环保效益,已广泛应用于农作物粪便、秸秆等废弃物的资源化利用及无害化处理。厌氧消化指在无氧环境下,利用兼性厌氧菌群或专性厌氧菌群分解有机物质(包括农作物秸秆、粪便、工农业排放出的废弃物中所含的有机物等),同时产生可利用的能源(沼气)的生物处理方法,由于整个消化过程受原料的组成、细菌、真菌等因素的影响,其反应机理非常复杂,厌氧发酵的微生物基本分为三大类:发酵水解性细菌、产氢产乙酸菌、产甲烷菌。在发酵过程中分泌出有特殊催化能力的酶类,这类酶有启动发酵、加速分解的能力,对有机物质分解转化过程有着非常重要的作用。因此,有机物的厌氧发酵过程其实是微生物生化反应的过程,该过程在碳循环中,起着非常重要的作用。探索发酵原料产气量与pH值、挥发性脂肪酸(Volatile fatty acids,VFA)之间的关系,确定最佳原料配比、发酵温度是本研究的关键。本试验在恒温条件下,以不同配比的鸡粪、牛粪、猪粪分别与麦秆的混合物为原料,在20℃～40℃范围内进行厌氧发酵,研究pH值和VFA对沼气产量的影响,结果显示:1、鸡粪与小麦秸秆混合发酵,产气时间约50d。产气速率高温条件下的高于低温。整个发酵过程中,35℃鸡麦3:1产气速率最大,峰值为467 mL/d ,20℃鸡麦1:2产气速率最小,峰值为188 mL/d;40℃鸡麦3:1累积产气量最高,达11492mL,20℃鸡麦3:1累积产气量最低,为3082mL。2、牛粪与小麦秸秆混合发酵,产气时间约39d。产气速率高温条件下的高于低温。整个发酵过程中,40℃牛麦2:1产气速率最大,峰值为815mL/d,20℃牛麦1:1产气速率最小,峰值为147 mL/d;40℃牛麦2:1累积产气量最高,达12315mL,20℃牛麦1:2累积产气量最低,为4468mL。3、猪粪与小麦秸秆混合发酵,产气时间约56d。产气速率高温条件下的高于低温。整个发酵过程中,40℃猪麦3:1产气速率最大,峰值为320mL/d,25℃猪麦2:1产气速率最小,峰值为147 mL/d;40℃牛麦3:1累积产气量最高,达7998mL,25℃猪麦3:1累积产气量最低,为3957mL。4、在相同温度下,各配比之间的产气量存在一定差异。鸡粪与小麦秸秆混合发酵,在25℃、30℃发酵条件下,随着麦秆比例的增加,产气量逐渐递增;在35℃、40℃发酵条件下,随着麦秆比例的减少,产气量逐渐递增。牛粪与小麦秸秆混合发酵,四个温度下,均随着麦秆比例的增加,产气量逐渐减少。猪粪与小麦秸秆混合发酵,在25℃、30℃发酵条件下,随着麦秆比例的增加,产气量逐渐递增;在35℃、40℃发酵条件下,随着麦秆比例的增加,产气量逐渐递减。5、日产气量同pH、VFA三者之间有着密切的关系。pH与日产气量成正比,pH值低于6.9,甲烷菌活性受到抑制,产气量低;日产气量达到高峰时pH值为7.0～7.4。温度波动过大,亦可降低甲烷菌分解VFA的速度,导致VFA积累,使VFA升高,VFA与日产气量及pH成反比,VFA越高,产气量越低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 研究背景
• 1.2 秸秆与畜禽粪便对环境的危害
• 1.3 秸秆与粪便利用的途径及存在的问题
• 1.4 厌氧发酵研究进展
• 1.4.1 国外厌氧发酵技术研究进展
• 1.4.2 国内厌氧发酵技术研究进展
• 1.5 研究的目的及意义
• 第二章 试验设计与研究方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验装置
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 预处理
• 2.3.2 试验设计
• 2.4 测定项目和方法
• 2.4.1 产气量
• 2.4.2 总固体浓度
• 2.4.3 挥发性脂肪酸
• 2.4.4 pH 值
• 第三章 结果与分析
• 3.1 鸡粪、牛粪、猪粪与小麦秸秆在不同温度下的混合发酵
• 3.2 小麦秸秆与鸡粪不同处理的产气速率及累积产气量
• 3.3 小麦秸秆与牛粪不同处理的产气速率及累积产气量
• 3.4 小麦秸秆与猪粪不同处理的产气速率及累积产气量
• 3.5 pH 值、VFA 对鸡粪麦秸混合配比产气速率的研究
• 3.6 pH 值、VFA 对牛粪麦秸混合配比产气速率的研究
• 3.7 pH 值、VFA 对猪粪麦秸混合配比产气速率的研究
• 第四章 结论与讨论
• 4.1 结论
• 4.2 讨论
• 4.2.1 原材料
• 4.2.2 产气量
• 4.2.3 pH
• 4.2.4 VFA
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介