溫度對(duì)雞糞與作物秸稈混合原料厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣特性影響研究

【摘要】： 我國農(nóng)村人口眾多、能源短缺,大力發(fā)展沼氣技術(shù),既為人們提供了生物質(zhì)能源,又利用了農(nóng)業(yè)(這里指大農(nóng)業(yè),包括畜牧業(yè))廢棄物,同時(shí)還為農(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,在農(nóng)作物和人畜糞便等廢棄物的無害化處理及資源化利用中已得到廣泛應(yīng)用。厭氧發(fā)酵是指各種有機(jī)物在厭氧條件下被各類發(fā)酵微生物分解轉(zhuǎn)化,最終生成沼氣的過程。由于厭氧消化過程受原料的組成、環(huán)境條件和大量的細(xì)菌、真菌等因素的調(diào)控,其反應(yīng)機(jī)理非常復(fù)雜。其中,溫度是影響厭氧消化的主要因素之一。溫度的適宜與否直接決定了厭氧消化的成敗。目前為止,溫度對(duì)厭氧消化產(chǎn)氣量和對(duì)原料發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)短的影響沒有確定的數(shù)據(jù)和記錄。理論上,10～60℃的范圍內(nèi),沼氣均能正常發(fā)酵產(chǎn)氣。在實(shí)際操作中,很多地區(qū)根據(jù)理論值指導(dǎo)生產(chǎn),卻沒有收到顯著的成效,結(jié)果造成人力、物力和財(cái)力的浪費(fèi)。因此,研究和探索厭氧消化過程中,不同發(fā)酵溫度對(duì)厭氧消化產(chǎn)氣量、產(chǎn)氣速率的變化規(guī)律,并尋求最優(yōu)的發(fā)酵溫度很有必要。本研究旨為實(shí)現(xiàn)沼氣發(fā)酵的可控化及我國沼氣發(fā)酵適宜區(qū)的評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù),同時(shí)也為解決農(nóng)業(yè)廢棄物不合理利用而造成的環(huán)境污染問題和農(nóng)業(yè)環(huán)境污染源頭治理對(duì)策制定提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。 本試驗(yàn)通過自行研究設(shè)計(jì)的可控性恒溫發(fā)酵裝置,以雞糞分別與水稻秸稈、小麥秸稈和玉米秸稈干物質(zhì)量比分別為1:1、2:1和3:1的混合原料為發(fā)酵原料,以常溫厭氧發(fā)酵池的底物為接種物,在總固體TS(Total Solid)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的條件下進(jìn)行批量試驗(yàn)。研究了它們?cè)?1個(gè)恒定發(fā)酵溫度10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃和60℃下的產(chǎn)氣情況,并用SAS軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多元回歸方程,建立最優(yōu)回歸方程,得出不同發(fā)酵原料的最優(yōu)發(fā)酵溫度、相應(yīng)的消化時(shí)間和最大干物質(zhì)累積產(chǎn)氣量。得出以下主要結(jié)論: (1)本試驗(yàn)所用的混合原料在11個(gè)恒定溫度組下均能正常產(chǎn)氣,但在10℃和15℃的溫度下,混合原料需要經(jīng)過一段停滯時(shí)期才能正常產(chǎn)氣,且產(chǎn)氣速率變化不大,沒有出現(xiàn)明顯的產(chǎn)氣高峰期。其它溫度組里,雞糞:稻稈1:1、雞糞:稻稈2:1、雞糞:稻稈3:1、雞糞:麥稈1:1、雞糞:麥稈2:1、雞糞:麥稈3:1、雞糞:玉米稈1:1、雞糞:玉米稈2:1和雞糞:玉米稈3:1分別在7～43d、7～42d、13～41d、7～39d、11～39d、10～41d、5～43d、9～43d和6～40d左右達(dá)到產(chǎn)氣高峰,并分別在厭氧發(fā)酵后的31～45d、35～46d、30～46d、34～48d、36～46d、36～45d、35～46d、35～46d和35～46d左右,累積產(chǎn)氣量達(dá)到總累積產(chǎn)氣量的90%,表明發(fā)酵完成。 (2)由相關(guān)性分析結(jié)果得出,本試驗(yàn)所用的混合原料的發(fā)酵溫度與最大產(chǎn)氣速率均呈正相關(guān),即厭氧發(fā)酵最大產(chǎn)氣速率在10～60℃范圍內(nèi),基本上隨著溫度的升高而升高;與累積產(chǎn)氣量均呈正相關(guān),即在10～60℃范圍內(nèi)隨著溫度的升高,反應(yīng)進(jìn)行的越徹底。發(fā)酵溫度與到達(dá)最大產(chǎn)氣速率的時(shí)間和厭氧發(fā)酵時(shí)間均呈負(fù)相關(guān),即在10～60℃范圍內(nèi),厭氧發(fā)酵最大產(chǎn)氣速率的最大峰值出現(xiàn)時(shí)間和厭氧發(fā)酵時(shí)間,基本上均隨著溫度的升高而縮短。 (3)用SAS軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸分析得出:雞糞:稻稈1:1的最佳溫度為48℃,最佳發(fā)酵時(shí)間為53d,對(duì)應(yīng)的最大干物質(zhì)累積產(chǎn)氣量為299.54mL/g;雞糞:稻稈2:1的最佳溫度為52℃,最佳發(fā)酵時(shí)間為50d,對(duì)應(yīng)的最大干物質(zhì)累積產(chǎn)氣量為296.02mL/g;雞糞:稻稈3:1的最佳溫度為42℃,最佳發(fā)酵時(shí)間為50d,對(duì)應(yīng)的最大干物質(zhì)累積產(chǎn)氣量為295.70mL/g;雞糞:麥稈1:1的最佳溫度為53℃,最佳發(fā)酵時(shí)間為47d,對(duì)應(yīng)的最大干物質(zhì)累積產(chǎn)氣量為271.78mL/g;雞糞:麥稈2:1的最佳溫度為47℃,最佳發(fā)酵時(shí)間為47d,對(duì)應(yīng)的最大干物質(zhì)累積產(chǎn)氣量為265.80mL/g;雞糞:麥稈3:1的最佳溫度為50℃,最佳發(fā)酵時(shí)間為56d,對(duì)應(yīng)的最大干物質(zhì)累積產(chǎn)氣量為306.59mL/g;雞糞:玉米稈1:1的最佳溫度為57℃,最佳發(fā)酵時(shí)間為45d,對(duì)應(yīng)的最大干物質(zhì)累積產(chǎn)氣量為274.66mL/g;雞糞:玉米稈2:1的最佳溫度為48℃,最佳發(fā)酵時(shí)間為49d,對(duì)應(yīng)的最大干物質(zhì)累積產(chǎn)氣量為296.18mL/g;雞糞:玉米稈3:1的最佳溫度為48℃,最佳發(fā)酵時(shí)間為53d,對(duì)應(yīng)的最大干物質(zhì)累積產(chǎn)氣量為299.54mL/g。 【關(guān)鍵詞】：雞糞 秸稈 溫度 厭氧發(fā)酵 數(shù)學(xué)模型 產(chǎn)氣特性
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：S216.4
【目錄】：

• 摘要7-9
• ABSTRACT9-12
• 第一章 前言12-20
• 1.1 引言12-13
• 1.2 主要農(nóng)業(yè)廢棄物對(duì)環(huán)境的影響13-14
• 1.2.1 農(nóng)作物秸稈對(duì)環(huán)境的影響13
• 1.2.2 禽畜糞便對(duì)環(huán)境的影響13-14
• 1.3 厭氧發(fā)酵技術(shù)的研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3.1 我國厭氧發(fā)酵技術(shù)研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3.2 國外厭氧發(fā)酵技術(shù)研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 研究的目的及意義17-18
• 1.5 研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)18-20
• 1.5.1 研究?jī)?nèi)容18
• 1.5.2 研究的創(chuàng)新點(diǎn)18-19
• 1.5.3 技術(shù)路線19-20
• 第二章 厭氧發(fā)酵基本原理及工藝條件20-22
• 2.1 厭氧發(fā)酵的基本原理20
• 2.2 厭氧發(fā)酵的工藝條件20-22
• 第三章 材料與方法22-25
• 3.1 試驗(yàn)材料22
• 3.1.1 發(fā)酵原料和接種物22
• 3.1.2 原料的預(yù)處理22
• 3.2 發(fā)酵裝置22-23
• 3.3 試驗(yàn)方案23-24
• 3.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法24-25
• 第四章 試驗(yàn)結(jié)果與分析25-60
• 4.1 溫度對(duì)雞糞與稻稈混合厭氧消化試驗(yàn)25-35
• 4.1.1 溫度對(duì)雞糞:稻稈1:1 產(chǎn)氣速率與產(chǎn)氣量的影響25-27
• 4.1.2 溫度對(duì)雞糞:稻稈2:1 產(chǎn)氣速率與產(chǎn)氣量的影響27-30
• 4.1.3 溫度對(duì)雞糞:稻稈3:1 產(chǎn)氣速率與產(chǎn)氣量的影響30-33
• 4.1.4 溫度對(duì)雞糞:稻稈反應(yīng)時(shí)間的影響33-35
• 4.2 溫度對(duì)雞糞與麥稈混合厭氧消化試驗(yàn)35-46
• 4.2.1 溫度對(duì)雞糞:麥稈1:1 產(chǎn)氣速率與產(chǎn)氣量的影響35-38
• 4.2.2 溫度對(duì)雞糞:麥稈2:1 產(chǎn)氣速率與產(chǎn)氣量的影響38-41
• 4.2.3 溫度對(duì)雞糞:麥稈3:1 產(chǎn)氣速率與產(chǎn)氣量的影響41-44
• 4.2.4 溫度對(duì)雞糞:麥稈的反應(yīng)時(shí)間的影響44-46
• 4.3 溫度對(duì)雞糞與玉米稈混合厭氧消化試驗(yàn)46-57
• 4.3.1 溫度對(duì)雞糞:玉米稈1:1 產(chǎn)氣速率與產(chǎn)氣量的影響46-49
• 4.3.2 溫度對(duì)雞糞:玉米稈2:1 產(chǎn)氣速率與產(chǎn)氣量的影響49-52
• 4.3.3 溫度對(duì)雞糞:玉米稈3:1 產(chǎn)氣速率與產(chǎn)氣量的影響52-55
• 4.3.4 溫度對(duì)雞糞:玉米稈的反應(yīng)時(shí)間的影響55-57
• 4.4 數(shù)學(xué)模型的建立與分析57-60
• 第五章 結(jié)論與討論60-62
• 5.1 結(jié)論60
• 5.2 討論60-62
• 參考文獻(xiàn)62-67
• 致謝67-68
• 作者簡(jiǎn)介68

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