小麥秸稈高效厭氧發(fā)酵特性研究

【摘要】：我國是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大國,眾多的農(nóng)業(yè)人口導(dǎo)致農(nóng)村能源短缺。大力發(fā)展沼氣技術(shù),既為人們提供了良好的生物質(zhì)能源,又充分利用了農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)廢棄物,為農(nóng)戶提供了有機(jī)肥料,具有顯著的能源、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和環(huán)保效益,已廣泛應(yīng)用于農(nóng)作物糞便、秸稈等廢棄物的資源化利用及無害化處理。厭氧消化指在無氧環(huán)境下,利用兼性厭氧菌群或?qū)Ｐ詤捬蹙悍纸庥袡C(jī)物質(zhì)(包括農(nóng)作物秸稈、糞便、工農(nóng)業(yè)排放出的廢棄物中所含的有機(jī)物等),同時產(chǎn)生可利用的能源(沼氣)的生物處理方法,由于整個消化過程受原料的組成、細(xì)菌、真菌等因素的影響,其反應(yīng)機(jī)理非常復(fù)雜,厭氧發(fā)酵的微生物基本分為三大類:發(fā)酵水解性細(xì)菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、產(chǎn)甲烷菌。在發(fā)酵過程中分泌出有特殊催化能力的酶類,這類酶有啟動發(fā)酵、加速分解的能力,對有機(jī)物質(zhì)分解轉(zhuǎn)化過程有著非常重要的作用。因此,有機(jī)物的厭氧發(fā)酵過程其實是微生物生化反應(yīng)的過程,該過程在碳循環(huán)中,起著非常重要的作用。 探索發(fā)酵原料產(chǎn)氣量與pH值、揮發(fā)性脂肪酸(Volatile fatty acids,VFA)之間的關(guān)系,確定最佳原料配比、發(fā)酵溫度是本研究的關(guān)鍵。本試驗在恒溫條件下,以不同配比的雞糞、牛糞、豬糞分別與麥稈的混合物為原料,在20℃～40℃范圍內(nèi)進(jìn)行厭氧發(fā)酵,研究pH值和VFA對沼氣產(chǎn)量的影響,結(jié)果顯示: 1、雞糞與小麥秸稈混合發(fā)酵,產(chǎn)氣時間約50d。產(chǎn)氣速率高溫條件下的高于低溫。整個發(fā)酵過程中,35℃雞麥3:1產(chǎn)氣速率最大,峰值為467 mL/d ,20℃雞麥1:2產(chǎn)氣速率最小,峰值為188 mL/d;40℃雞麥3:1累積產(chǎn)氣量最高,達(dá)11492mL,20℃雞麥3:1累積產(chǎn)氣量最低,為3082mL。 2、牛糞與小麥秸稈混合發(fā)酵,產(chǎn)氣時間約39d。產(chǎn)氣速率高溫條件下的高于低溫。整個發(fā)酵過程中,40℃牛麥2:1產(chǎn)氣速率最大,峰值為815mL/d,20℃牛麥1:1產(chǎn)氣速率最小,峰值為147 mL/d;40℃牛麥2:1累積產(chǎn)氣量最高,達(dá)12315mL,20℃牛麥1:2累積產(chǎn)氣量最低,為4468mL。 3、豬糞與小麥秸稈混合發(fā)酵,產(chǎn)氣時間約56d。產(chǎn)氣速率高溫條件下的高于低溫。整個發(fā)酵過程中,40℃豬麥3:1產(chǎn)氣速率最大,峰值為320mL/d,25℃豬麥2:1產(chǎn)氣速率最小,峰值為147 mL/d;40℃牛麥3:1累積產(chǎn)氣量最高,達(dá)7998mL,25℃豬麥3:1累積產(chǎn)氣量最低,為3957mL。 4、在相同溫度下,各配比之間的產(chǎn)氣量存在一定差異。雞糞與小麥秸稈混合發(fā)酵,在25℃、30℃發(fā)酵條件下,隨著麥稈比例的增加,產(chǎn)氣量逐漸遞增;在35℃、40℃發(fā)酵條件下,隨著麥稈比例的減少,產(chǎn)氣量逐漸遞增。牛糞與小麥秸稈混合發(fā)酵,四個溫度下,均隨著麥稈比例的增加,產(chǎn)氣量逐漸減少。豬糞與小麥秸稈混合發(fā)酵,在25℃、30℃發(fā)酵條件下,隨著麥稈比例的增加,產(chǎn)氣量逐漸遞增;在35℃、40℃發(fā)酵條件下,隨著麥稈比例的增加,產(chǎn)氣量逐漸遞減。 5、日產(chǎn)氣量同pH、VFA三者之間有著密切的關(guān)系。pH與日產(chǎn)氣量成正比,pH值低于6.9,甲烷菌活性受到抑制,產(chǎn)氣量低;日產(chǎn)氣量達(dá)到高峰時pH值為7.0～7.4。溫度波動過大,亦可降低甲烷菌分解VFA的速度,導(dǎo)致VFA積累,使VFA升高,VFA與日產(chǎn)氣量及pH成反比,VFA越高,產(chǎn)氣量越低。 【關(guān)鍵詞】：小麥秸稈 畜禽糞便 厭氧發(fā)酵 pH值 揮發(fā)性脂肪酸
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：S216.4
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 文獻(xiàn)綜述12-20
• 1.1 研究背景12-14
• 1.2 秸稈與畜禽糞便對環(huán)境的危害14-15
• 1.3 秸稈與糞便利用的途徑及存在的問題15-16
• 1.4 厭氧發(fā)酵研究進(jìn)展16-18
• 1.4.1 國外厭氧發(fā)酵技術(shù)研究進(jìn)展16-18
• 1.4.2 國內(nèi)厭氧發(fā)酵技術(shù)研究進(jìn)展18
• 1.5 研究的目的及意義18-20
• 第二章 試驗設(shè)計與研究方法20-22
• 2.1 試驗材料20
• 2.2 試驗裝置20
• 2.3 試驗方法20-21
• 2.3.1 預(yù)處理20-21
• 2.3.2 試驗設(shè)計21
• 2.4 測定項目和方法21-22
• 2.4.1 產(chǎn)氣量21
• 2.4.2 總固體濃度21
• 2.4.3 揮發(fā)性脂肪酸21
• 2.4.4 pH 值21-22
• 第三章 結(jié)果與分析22-43
• 3.1 雞糞、牛糞、豬糞與小麥秸稈在不同溫度下的混合發(fā)酵22
• 3.2 小麥秸稈與雞糞不同處理的產(chǎn)氣速率及累積產(chǎn)氣量22-28
• 3.3 小麥秸稈與牛糞不同處理的產(chǎn)氣速率及累積產(chǎn)氣量28-34
• 3.4 小麥秸稈與豬糞不同處理的產(chǎn)氣速率及累積產(chǎn)氣量34-40
• 3.5 pH 值、VFA 對雞糞麥秸混合配比產(chǎn)氣速率的研究40
• 3.6 pH 值、VFA 對牛糞麥秸混合配比產(chǎn)氣速率的研究40-41
• 3.7 pH 值、VFA 對豬糞麥秸混合配比產(chǎn)氣速率的研究41-43
• 第四章 結(jié)論與討論43-46
• 4.1 結(jié)論43-44
• 4.2 討論44-46
• 4.2.1 原材料44
• 4.2.2 產(chǎn)氣量44
• 4.2.3 pH44-45
• 4.2.4 VFA45-46
• 參考文獻(xiàn)46-50
• 致謝50-51
• 作者簡介51

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