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互花米草沼渣二次发酵特性研究

罗艳  
【摘要】:互花米草(Spartina alteriflora)是分布在沿海潮间带的耐盐耐淹的多年生多碳草本植物,每年干物质产率高达3154.8g/m2,是一个丰富的资源库。通过厌氧发酵产沼气,将其转化为清洁能源对我国生物质能源的发展具有重大的现实意义。前期的研究表明,互花米草通过一次发酵后仍然有大量的有机物残留在沼渣中,未被微生物所降解。针对以上问题,本文对互花米草一次发酵后沼渣二次发酵特性进行了探讨。 本文将取回的互花米草鲜样直接进行厌氧发酵,发现单位VS产气量285.27 mL/g,仅为理论产气量的40%,CH4含量在65%左右波动,沼渣中仍含有较高的纤维素和半纤维素,两者之和为59.56%,表明厌氧发酵后的互花米草沼渣仍具有较大的产气潜力。对沼渣用不同浓度的NaOH溶液碱处理后进行二次发酵,结果表明,4%、6%、8%的NaOH溶液处理后,均能很好的产气,单位TS产气量分别为:262、276、282mL/gTS,甲烷总含量相差不大,分别为72%、72%、69%,随着NaOH浓度的增加,产气速率有不同程度的提高。pH值均在微生物适应生长范围内波动,VFAs也保持在较低水平,未出现酸抑制现象。综合经济方面因素考虑,选取6%的NaOH溶液为沼渣处理的合适浓度。 在6%的NaOH溶液处理后,考察不同TS浓度的互花米草沼渣二次发酵特性。在TS浓度为8%、10%、12%的条件下,单位TS产气量分别为217、227、228 mL/g,甲烷含量均在65%以上,最高达79%。随着TS浓度的增大,产气率呈增大趋势。系统的pH值相对稳定,丙酸、丁酸浓度较低,未出现酸积累现象。由此可知,沼渣二次发酵不易出现酸化,可适当的提高TS负荷。 比较了NaOH碱处理、添加土豆以及二者联合作用对沼渣二次发酵特性的影响。结果表明,不同处理下均能产生沼气,其中累积产气量为:联合处理NaOH碱处理添加土豆处理,最大值为287mL/g,最小值仅为91mL/g。其中联合处理造成一定程度的酸抑制。接着比较了沼渣经6%的NaOH处理后,土豆添加比例对其二次发酵特性的影响。当混合比例为3:1,4:1,6:1时,产气量分别为:278,287,175mL/g。随土豆添加比例的提高,酸化现象越明显,混合比例为4:1时单位TS产气量最大。 一次发酵利用的是互花米草中易生物降解的有机物,而二次发酵原料为互花米草一次发酵沼渣,利用的是互花米草中难生物降解的有机物。两次发酵过程中,单位TS产气量相当,CH4含量二次发酵略高于一次发酵。经过一次发酵和二次发酵,互花米草生物转化率大大提高,沼渣产生量减少,降低了后续处理的难度,对工程化应用具有重大意义。


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