稻秆厌氧发酵产挥发性脂肪酸的研究

论文摘要

我国具有丰富的稻秆资源,其厌氧发酵产生的挥发性脂肪酸可进一步作能源化、资源化利用。本研究以稻秆为原料,通过厌氧搅拌罐发酵系统,探讨发酵产酸的影响因素和作用规律,建立稻秆厌氧发酵产酸的体系,促进稻秆的资源化利用。研究内容包括：（1）负荷和碱性pH对稻秆厌氧发酵产酸效果初探；（2）污泥类型和初始pH对稻秆厌氧发酵产酸系统启动的影响；（3）生泥启动维持pH对稻秆厌氧发酵产酸系统启动的影响；（4）熟泥启动维持pH对稻秆厌氧发酵产酸的影响；（5）稻秆连续投料运行发酵产酸初探。实验结果显示：（1）负荷和pH对稻秆厌氧发酵都有较大影响。pH为9.0时负荷1.334g/g的产酸效果较好,VFAs浓度、稻秆产酸率（gVFAs/g稻秆）分别为4385.10mg/L、2.19g/g,半纤维素、纤维素、酸性洗涤木质素的降解率分别是32.69、22.53和6.40%；0.945g/g负荷下pH为8.0时VFAs浓度最高为4409.51mg/L,稻秆量也最多,此时半纤维素、纤维素、酸性洗涤木质素降解率分别是28.60、47.32和22.69%。（2）生泥启动比熟泥启动更利于SCOD、VFAs的产生,也更利于稻秆降解。初始pH为9.0生泥启动时VFAs浓度最高,为3787.03mg/L,半纤维素、纤维素、酸性洗涤木质素的降解率分别为63.84、43.65和19.55%。（3）生泥启动维持pH的发酵实验中,碱性条件下明显可促进SCOD、VFAs的生成,其中pH为8.0时VFAs浓度最高达6632.59mg/L,乙酸占WAs比例随pH上升而提高,pH为7.0、6.0时丙酸的比例显著高于其他条件,酸性条件有利于丁酸产生。碱性条件更利于稻秆的降解,pH为8.0时三素的降解率最高,为62.08%,半纤维素、酸性洗涤木质素降解率总体随pH上升而提高,纤维素的降解率pH为5.0～8.0时随pH上升而提高,pH为8.0～10.0时随pH上升而下降。（4）熟泥启动维持pH的发酵实验中,也是碱性条件下明显更利于SCOD.VFAs生成,pH为8.0时VFAs浓度最高达7714.35mg/L。乙酸占VFAs比例总体随pH上升而提高；丙酸浓度在pH为6.0～8.0较高,酸性条件有利于丁酸产生,pH为6.0时丙酸、丁酸的比例显著高于其他条件。碱性条件下稻秆降解量较高,pH为9.0时三素降解率最高,为75.44%,半纤维素、酸性洗涤木质素降解率总体变化规律随pH上升而提高,纤维素的降解率在pH为5.0～9.0时随pH上升而提高,pH为9.0时达到高峰,pH为10.0时降低。（5）稻秆连续厌氧发酵产VFAs过程中,稻秆投加会使发酵罐的SCOD、VFAs浓度一直下降,将底泥回流后可以使SCOD上升,体系VFAs浓度仍下降,投加生污泥一段时间后继续投加稻秆,可使体系SCOD和VFAs浓度分别稳定维持在7000和4000mg/L左右；投加稻秆可以促进体系乙酸的比例提高；pH为8.0、9.0时,体系SCOD浓度和乙酸比例区别不大,pH为8.0时VFAs浓度高于pH为9.0。（6）生泥启动的发酵反应VFAs浓度比熟泥启动的发酵反应略高；熟泥启动的发酵反应比生泥的pH缓冲范围大、乙酸占VFAs比例更高、启动过程更快、产酸更持久,比较适宜作为启动污泥。研究表明,通过厌氧发酵产酸系统,在一定的负荷、pH和污泥条件下可以使稻秆有效的产VFAs。选择熟泥启动并维持pH为碱性条件,适宜作为稻秆厌氧发酵产酸系统的启动条件;稻秆连续厌氧发酵过程中维持pH为8.0-9.0,将底泥回流并适当添加生污泥可以稳定产VFAs,从而实现稻秆的资源化利用。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 秸秆简介
• 1.3 秸秆综合利用的现状
• 1.3.1 还田
• 1.3.2 饲料化
• 1.3.3 材料
• 1.3.4 能源
• 1.4 厌氧消化技术概述
• 1.4.1 厌氧消化的基本原理
• 1.4.2 厌氧消化的影响因素
• 1.5 秸秆厌氧发酵国内外研究概况
• 1.5.1 国外研究概况
• 1.5.2 国内研究概况
• 1.6 本研究的目的和内容
• 1.6.1 研究目的
• 1.6.2 研究内容
• 第二章 实验概况
• 2.1 材料与装置
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验装置
• 2.2 实验方案
• 2.2.1 实验思路
• 2.2.2 实验安排
• 2.3 测试项目及分析方法
• 2.4 实验仪器与药品
• 2.4.1 实验仪器
• 2.4.2 实验药品
• 第三章 稻秆厌氧发酵产酸初探
• 3.1 实验材料与方法
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 实验方法
• 3.2 结果分析与讨论
• 3.2.1 负荷的影响
• 3.2.2 pH的影响
• 3.3 本章小结
• 第四章 污泥类型和初始pH的影响
• 4.1 实验材料与方法
• 4.1.1 实验材料
• 4.1.2 实验方法
• 4.2 结果分析与讨论
• 4.2.1 pH的变化
• 4.2.2 SCOD的变化
• 4.2.3 VFAs的变化
• 4.2.4 VFAs构成的变化
• 4.2.5 稻秆的降解
• 4.3 本章小结
• 第五章 生泥启动维持pH的影响
• 5.1 实验材料与方法
• 5.1.1 实验材料
• 5.1.2 实验方法
• 5.2 结果分析与讨论
• 5.2.1 对SCOD的影响
• 5.2.2 对VFAs的影响
• 5.2.3 对VFAs构成的影响
• 5.2.4 对稻秆降解的影响
• 5.3 本章小结
• 第六章 熟泥启动维持pH的影响
• 6.1 实验材料与方法
• 6.1.1 实验材料
• 6.1.2 实验方法
• 6.2 结果分析与讨论
• 6.2.1 对SCOD的影响
• 6.2.2 对VFAs的影响
• 6.2.3 对VFAs构成的影响
• 6.2.4 对稻秆降解的影响
• 6.3 本章小结
• 第七章 稻秆连续厌氧发酵产酸初探
• 7.1 实验材料和方法
• 7.1.1 实验材料
• 7.1.2 实验方法
• 7.2 结果分析与讨论
• 7.2.1 SCOD和VFAs的变化
• 7.2.2 乙酸的变化
• 7.3 本章小结
• 第八章 结论与建议
• 8.1 结论
• 8.2 建议
• 本研究的特色与创新
• 参考文献
• 详细摘要