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《河南农业大学》 2016年
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牛粪为主多元物料混合厌氧发酵特性实验研究

苏煌  
【摘要】:随着人们生活水平的提高,农村的农业废弃物和农村居民生活垃圾的产生量也与日俱增。大量农村废弃物的不当处理不仅造成大量生物质能源的浪费对农村的环境造成很大的破坏,而且对农村的环境造成很大的破坏,厌氧发酵技术可以有效处理分散的农村废弃物。农村产生的废弃物主要有禽畜粪便、餐厨垃圾和生活污水,本文以上述三种废弃物作为厌氧发酵的原料进行三种物料混合发酵的工艺研究。首先研究纯牛粪在不同温度、不同浓度条件下的发酵性质以及牛粪分离液的发酵性质,然后研究牛粪和餐厨垃圾的混合发酵工艺参数、牛粪和生活污水混合发酵工艺参数的实验研究,最后通过正交实验的方法获取牛粪、餐厨垃圾和生活污水三者混合发酵的最优工艺参数。实验结果表明:(1)牛粪分离液的发酵过程启动相对较快,日产气量相对稳定,较纯牛粪组日产气量偏低,总产气持续时间短,最高累计TS产甲烷量为242ml/g,累计VS产甲烷量为282ml/g,均高于纯牛粪组。纯牛粪的厌氧发酵启动较慢,一般有两个明显的产气高峰,且发酵液浓度越低,发酵启动越快,产气高峰出现的越早。TS=4%组累计TS产甲烷量最高为223ml/g,TS=6%组累计TS产甲烷量最高为184ml/g,TS=8%组累计TS产甲烷量最高为204ml/g;TS=4%组累计VS产甲烷量最高为260ml/g,TS=6%组累计VS产甲烷量最高为216ml/g,TS=8%组累计VS产甲烷量最高为238ml/g。牛粪发酵的发酵温度与物料浓度之间有匹配的关系,低浓度的物料采用室温发酵就可以达到理想的效果,而高浓度的物料采用中温或高温发酵能够使甲烷转化率更高,牛粪分离液因其TS浓度过低,适宜选择室温或者中温发酵。不同条件下的牛粪发酵实验实际产甲烷潜力最高的是在TS=4%,中温发酵条件下,产甲烷潜力为260mL·g~(-1)VS,达到理论产气潜力的46.5%。(2)牛粪中温厌氧发酵过程中,发酵液的TS和比热容具有显著的相关性,TS和密度之间的相关性一般,密度和比热容之间的相关性较差,决定牛粪发酵液比热容的主要因素是发酵液的含水量。(3)餐厨垃圾和牛粪以合适的配比混合发酵可以有效避免餐厨垃圾的过度酸化。餐厨垃圾和牛粪混合发酵与牛粪单一发酵相比会提高产气量。同等实验条件下纯牛粪35℃中温发酵的VS甲烷最高产量是260ml/g,而混合发酵的VS产甲烷量最高是第2组(牛粪与餐厨垃圾比例3:1,TS是6%,接种率为20%)达到293ml/g。在餐厨垃圾与牛粪比例在1:3~1:7之间,餐厨垃圾所占比例越大,单位TS累积产甲烷量越大,餐厨垃圾的产气潜力比牛粪的产气潜力高。各因素对餐厨垃圾和牛粪混合发酵产气特性影响从大到小依次为:发酵液TS、物料配比、接种率。正交实验得出的产气最佳组合是牛粪与餐厨垃圾比例3:1,TS是8%,接种率为20%。(4)牛粪和生活污水混合发酵可是实现牛粪的高TS与低生活污水的高含水量进行互补,牛粪和生活污水不同比例混合的3组实验累计产气量分别是12505mL、13203mL和18395mL,单位质量VS产气率为208mL/g、182mL/g和178ml/g。(5)牛粪、餐厨垃圾和生活污水的混合发酵过程中,牛粪、餐厨垃圾和生活污水质量比3:1:20组单位VS产气率最高,达到251mL/g;牛粪、餐厨垃圾与生活污水质量比3:1:12时累计产气量最高,达到22017mL。
【学位授予单位】:河南农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:S216.4

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