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动植物生产废弃物厌氧消化工艺研究

卢旭珍  
【摘要】:集约化动植物生产在为人类提供丰富的肉、蛋、奶和农副产品的同时,将产生大量的有机废弃物,如果不对其加以转化处理,直接排放或大量堆积,不仅浪费资源,还将污染水体和空气,并对人和周围环境造成严重危害。 厌氧消化技术具有显著的能源、经济、生态和环保效益,在动植物生产废弃物的处理中得到了广泛应用。因为厌氧消化过程受大量的细菌、原生动物以及真菌的调控,反应机理非常复杂,如果不对反应过程各参数进行严格控制,就存在转化率低、甲烷含量不高等问题,所以研究和探索厌氧消化过程中,各种因素对原料转化率和甲烷含量的影响,寻求最佳的发酵工艺及其参数,必将对动植物生产废弃物的资源化利用提供科学依据和参考。 通过对采集来的接种物在30±1℃的恒温条件下驯化培养和研究观察,发现用反应物料驯化后的污泥质地蓬松,呈絮状,颜色为灰黑色。电镜观察,污泥表面有许多空隙和洞穴,形态为杆状或椭圆状,数量增多,与反应物料适应性增强。这种驯化培养后的厌氧污泥习性与物料的性质相一致,成为动植物生产废弃物厌氧消化的优势菌种。 为了研究和比较动植物生产废弃物的厌氧消化特性,利用自行设计的厌氧发酵实验装置,对奶牛粪便、黄瓜茎叶和番茄茎叶,在30±1℃恒温条件下,进行了单相批量厌氧消化比较试验,结果表明,番茄茎叶和奶牛粪便混合原料在厌氧消化过程中,H2S含量特别高,产气时间短,反应过程不稳定。 为了研究和探索预处理工艺对动植物生产废弃物厌氧消化过程和效率的影响,利用清水浸泡作为对照,对纯奶牛粪便、黄瓜茎叶和奶牛粪便混合原料进行了不同浓度碱溶液浸泡预处理的厌氧消化试验,结果显示,经过碱溶液预处理后的有机废弃物具有降解快、启动时间短、反应稳定、原料利用率高等优点。 为了研究和探索多因素对动植物生产废弃物厌氧消化效率的影响,在发酵浓度4%~12%、pH值5~9、奶牛粪便∶黄瓜茎叶为1∶5~5∶1(重量比)的范围内,采用二次正交旋转组合优化试验设计,在23种工况下,研究了发酵浓度、pH值和原料配比三因素对厌氧消化过程中产气量和甲烷含量的影响,得出定量描述三因素与产气量和甲烷含量的数学模型。通过对各因素对指标的影响效应分析,得出影响产气量的主因素排序为发酵浓度>原料配比>pH值;影响甲烷含量的主因素为原料配比,其次为发酵浓度,pH的影响程度较小。


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