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《中国农业大学》 2016年
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微量元素添加对餐厨垃圾和鸡粪厌氧消化性能的调控研究

张万钦  
【摘要】:厌氧发酵是一项由多种微生物参与的处理有机废弃物的技术,在此过程中微生物生长不仅需要碳、氢、氧、氮、磷、硫等大量元素,而且需要多种微量元素。微量元素铁、钴、镍、硒等能够促进产甲烷菌的生长和激活酶的活性,进而加快甲烷的生物合成。本文针对典型的有机废弃物餐厨垃圾和鸡粪单独厌氧消化过程中的关键技术难点,结合微量元素在调控产甲烷过程高效稳定运行中的独特作用,主要研究了微量元素添加对餐厨垃圾和鸡粪厌氧消化特性及其动力学特性的影响,并在此基础上探究了微量元素添加对初步酸化的厌氧消化系统的修复性研究,以期为沼气工程的高效稳定运行提供一定的数据和理论支持。所得主要结论如下:微量元素添加可有效提高系统的承载有机负荷(OLR)的能力。对于餐厨垃圾中温单相厌氧发酵系统,未添加微量元素的对照组的最高承受负荷能力为3.0 gVS/L/d,添加Fe、Co、Ni可使系统的最大承受负荷提升到5.0 gVS/L/d,当补加元素Se后,反应器的最大承受有机负荷可进一步达到5.5 gVS/L/d。在OLR为5.5 gVS/L/d时,只添加Fe、Co、Ni不能维持系统的高效产气,继续补加Se元素后产气性能逐渐恢复。对于初步酸化的餐厨垃圾中温厌氧消化系统,补加微量元素Fe、Co、Ni后,系统发酵中挥发性有机酸含量快速下降到2260 mg/L,这表明微量元素有效促进了有机酸的转化。在OLR恢复到4.5 gVS/L/d且敲除Fe元素只添加Co和Ni元素时,系统的运行稳定性下降;失稳条件下停止添加Co和Ni只添加Fe元素恢复了系统的产甲烷性能和运行稳定性,这表明Fe元素是维持系统在4.5 gVS/L/d条件下高效稳定运行的关键因子。针对鸡粪厌氧消化过程中氨氮浓度高和硫化物含量高的特性,探讨了Fe元素对鸡粪批式厌氧消化产气特性的影响。结果表明在适量的Fe元素添加条件下,鸡粪的沼气累积产量随着Fe元素浓度的提高不断增加,且适宜添加浓度为300和750 mg/L。在批式实验的基础上,进一步通过半连续厌氧消化实验可得出添加Fe和Ni元素提高了鸡粪在高负荷条件下的运行稳定性,且系统的最大运行负荷由5.0 gVS/L/d提升到了6.0 gVS/L/d;微生物衡算模型的预测结果表明微量元素促进了系统中厌氧微生物的合成代谢,微生物浓度比对照组提高了25.5%。
【学位授予单位】:中国农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:S216.4

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