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粪便与玉米秸秆混合发酵产气效果研究

李伟  
【摘要】:我国农村人口众多,能源短缺,大力发展沼气不仅可以优先利用可再生能源,而且改善了农村的生态环境,具有显著的能源、经济、生态和环保效益。本研究通过对比不同温度条件下不同粪便与玉米秸秆混合物厌氧发酵的产气效果和整个反应过程中发酵料液pH值变化趋势,将温度、原料、配比与pH值结合起来进行系统的研究,以期得出不同温度条件下不同混合原料的最优配比,为农村户用沼气池厌氧发酵产生沼气的选料及配料比例提供理论依据。 本试验通过自行设计的可控性恒温发酵装置,以预处理后的玉米秸秆和畜禽粪便(鸡粪,猪粪,牛粪)为沼气发酵原料,鸡粪、猪粪和牛粪分别与玉米秸秆按干物质质量3:1、2:1、1:1、1:2比例进行配比,在10℃~40℃(每5℃为一温度梯度)条件下进行批量试验,研究3种粪秆混合原料不同配比在不同温度条件下产气效果及pH值的变化趋势,并通过SPSS对试验结果进行回归分析,建立最优回归方程,得出不同温度下不同混合原料的最优配比及预计最大累积产气量。本试验得出以下主要结论: (1)10℃~40℃条件下,从原料的配比看,鸡粪与玉米秸秆混合发酵,最大累积产气量在10℃、15℃和40℃时分别出现在粪秆比为3:1、1:2和3:1的试验组,在其他温度下均出现在粪秆比为2:1的试验组;猪粪与玉米秸秆混合发酵,最大累积产气量在15℃时出现在粪秆比为3:1的试验组,在其他温度下都出现在粪秆比2:1的试验组;牛粪与玉米秸秆混合发酵,按照温度顺序,最大累积产气量分别出现在粪秆比1:1、3:1、1:2、1:2、1:1、1:2、3:的试验组。 (2)从3种混合原料的累积产气量看,鸡粪与玉米秸秆混合物在35℃下粪秆比2:1时最优,为16865mL,在10℃粪秆比2:1和1:1时最小为310mL;猪粪与玉米秸秆混合物在35℃粪秆比2:1时最优,为15177mL,在10℃粪秆比3:1时最小为205mL;牛粪与玉米秸秆混合物在35℃粪秆比1:2时最优,为12973mL,在10℃粪秆比2:1最小为280mL。 (3)3种混合原料pH值在发酵初期普遍较低,随着反应的进行,pH基本呈现随着产气速率的增大而升高的趋势,在pH达到最大后开始下降,且在整个发酵过程中pH处于动态变化中。10℃~20℃条件下pH值在整个反应过程中变化幅度较小,20℃条件下3种混合原料呈现出随着反应的进行缓慢升高直至产气结束的趋势,25℃~40℃条件下,pH值的变化趋势与产气速率的变化趋势基本相似。 (4)用SPSS软件对10℃~40℃条件下不同配比鸡粪、猪粪和牛粪分别与玉米秸秆混合发酵累积产气量进行回归分析得出:10℃条件下,猪粪与玉米秸秆混合发酵最优配比为2.11:1,最大累积产气量为261mL;牛粪与玉米秸秆混合发酵最优配比为3.28:1,最大累积产气量为313mL。15℃条件下,猪粪与玉米秸秆混合发酵最优配比为1.35:1,最大累积产气量为1440mL。20℃条件下,鸡粪与玉米秸秆混合发酵最优配比为2.23:1,最大累积产气量为3277mL;猪粪与玉米秸秆混合发酵最优配比为1.79:1,最大累积产气量为6272mL。25℃条件下,鸡粪与玉米秸秆混合发酵最优配比为1.87:1,最大累积产气量为10254mL;猪粪与玉米秸秆混合发酵最优配比为1.68:1,最大累积产气量为11000mL。30℃条件下,鸡粪与玉米秸秆混合发酵最优配比为1.86:1,最大累积产气量为12084mL;猪粪与玉米秸秆混合发酵最优配比为1.89:1,最大累积产气量为11864mL;牛粪与玉米秸秆混合发酵最优配比为2.82:1,最大累积产气量为9895mL。35℃条件下,鸡粪与玉米秸秆混合发酵最优配比为1.81:1,最大累积产气量为17000mL;猪粪与玉米秸秆混合发酵最优配比为1.86:1,最大累积产气量为15246mL。40℃条件下,鸡粪与玉米秸秆混合发酵最优配比为1.46:1,最大累积产气量为15095mL;猪粪与玉米秸秆混合发酵最优配比为1.47:1,最大累积产气量为15513mL。


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