几种典型农业废弃物高含固率厌氧共发酵产气性能与协同机理研究

来源 :中国农业大学 | 被引量 : 7次 | 上传用户:ponsan
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
针对我国农业废弃物种类多、产生量大、利用率低以及单一物料厌氧湿法发酵产气效率不高且不稳定等问题,本研究以三种典型的农业废弃物为原料,即分别为占畜禽粪便总量比重较大的猪粪、作物秸秆中玉米秸秆以及蔬菜废弃物中的黄瓜秧,探究以三者为混合原料厌氧共发酵适宜比例及对甲烷产量的影响机理,以此为基础,分析高含固率厌氧发酵不同过程参数对体系产气效果的影响。基于以上得出的结论,在间歇低搅拌强度前提下,研究3种搅拌方式下发酵体系内分区对体系稳定性的影响以及明确各体系内微生物分布特征,综合得出的结论,建立了适用于多种农业废弃物混合的高效稳定连续高含固率厌氧发酵工艺,以期为实际沼气生产中解决同一地区多种农业废弃物提供一定理论依据。研究结果表明:(1)猪粪、玉米秸秆、黄瓜秧最佳湿重比为5:2:3,较单物料发酵甲烷产量显著提高。当猪粪比例为40%和30%时,改变其余两种原料比例,累积甲烷产量与黄瓜秧比例呈线性负相关;当猪粪比例为50%时,则呈线性正相关。黄瓜秧比例的改变通过影响细菌与古菌组成,尤其是甲烷鬃毛菌属(Methanosaeta),从而使得甲烷产量产生差异。环境因素分析表明体系中VFAs与纤维素含量分别对细菌及古菌菌群组成影响最大,即表明混合物料性质不同导致体系内初始理化性质发生改变,从而微生物群落受到影响,进而发酵过程中体系理化性质出现差异,发酵过程中微生物菌群与体系理化性质相互影响,进而最终导致甲烷产量出现差异。(2)在最佳比例下,含固率(TS)与累积甲烷产量呈线性负相关(除料泥比(F/I)为2时,TS为10%外)。同时,最大产甲烷速率(Rmax)以及水解速率(Kh)随TS的增加而降低,且相同TS下,F/I为1时的RmaxKh值大于F/I为2时的值,即降低F/I有助于加快体系反应进程。F/I增大对TS为10%的体系影响最大主要通过降低体系pH、Rmax、Kh等。各体系内理化性质的改变与产气量基本相一致。因此,建议较大F/I用于TS大于10%的发酵体系。(3)玉米秸秆经过H202与Ca(OH)2溶液预处理后,与猪粪、黄瓜秧以最佳比例混合进行厌氧发酵,与未经预处理的体系相比,能显著缩短体系延滞期(λ)以及提高体系Kh。同时,预处理能够减少丙酸积累,对平衡体系内环境起着一定积极作用。产气量为经过H202预处理体系最大,其次为未经预处理组与经Ca(OH)2溶液预处理组。因此,在发酵前期可采用预处理体系以达到缩短体系开始产气的时间并加快反应器启动的目的。(4)在间歇低搅拌强度下,上、中、下搅拌反应器均能正常运行,最终累积甲烷产量相似,且上搅拌能加快体系反应进程,不搅拌体系失败。上搅拌体系主要细菌组成为梭菌属(Clostridiumsensustricto1),而中、下搅拌体系中嗜蛋白乙酸菌(Caldicoprobacter)大量存在,与中、下部搅拌开始产气较晚相一致。上搅拌体系中主要存在嗜乙酸型甲烷菌,中、下搅拌则上部区域主要为嗜氢型甲烷菌,下部区域为嗜乙酸型甲烷菌,与中、下搅拌在前期产气低相一致。相比之下,上搅拌能够更大程度改变体系内环境,对甲烷鬃毛菌属(Methanosaeta)影响最大。各体系中理化性质与微生物群落相结合得出反应器上部均主要为“产酸区”,下部为“产甲烷区”。整体上,上搅拌更适于三物料高含固率厌氧发酵过程。(5)连续实验中,上搅拌较下搅拌反应器启动快,中搅拌则在第30天停止产气,体系失败。同时,在连续实验中,上、下搅拌反应器出料微生物群落结构与(4)中批次实验具有一致性,上搅拌主要为梭菌属(Ruminiclostridium),下搅拌主要为蛋白质分解菌(Proteiniphilum),与下搅拌较上搅拌反应器启动慢相一致。中搅拌体系内的细菌菌群组成较批次实验发生较大的变化且主要细菌总相对丰度很低。上、下搅拌出料中嗜氢甲烷囊菌属(Methanoculleus)相对丰度较批次实验增加,连续实验中有利于Methanoculleus的生长,并且中搅拌不利于Methanoculleus的生存。整体上,微生物多样性较批次实验低,群落结构简单化,体系内分区更加明确。上、下搅拌反应器均保持较好的稳定性,且上搅拌能够缩短体系的启动时间,更适于高含固率连续厌氧共发酵过程。
其他文献
本文是在笔者个人工作经验的基础上,结合相关理论研究写就的。首先,本文介绍了一些接诊案例与相应的诊断、治疗方法与治疗效果。随即,本文对治疗慢性肾功能衰竭的原发病的重
【正】赣府厅发〔2014〕69号2014年12月31日各市、县(区)政府,省政府各部门:省国土资源厅《关于进一步规范征地管理工作的指导意见》已经省政府同意,现转发给你们,请结合实际
介绍了汾阳市国槐行道树的主要虫害,包括国槐尺蠖、国槐红蜘蛛、国槐小卷蛾、小木蠹蛾。提出通过树立园林虫害防治的生态观念,加强土肥水管理、修剪树形、生物控制等方法防治
1996年-1998年的5月-10月,在山西蟒河国家级自然保护区对冠鱼狗的繁殖生态进行了初步观察,其内容包括季节迁徙、栖息环境、种群数量、繁殖生物学、食 物组成等.
笔者阐述了森林认证国内、国外的发展历程及现状,分析了山西省开展森林认证的意义。分析林业发展趋势,针对山西省林业发展提出的要求和问题,提出了山西省开展森林认证要采取的相
二手书店,在大陆地区习惯被称为旧书店。如今二手书店早已不只是银货两讫的买卖空间,而是在信息更新换代快速的现代社会,跨越了时间限制,保留时代印记的场域。随着时代的改变
作为注重纪实性和非虚构叙事的一种影片形式,纪录片总是以真诚的镜头语言去呈现真实世界。“青春纪录片”是新时期国产纪录片中充满活力、积极向上的一支,以其真实、客观的视
对香椿温室栽培技术进行了试验研究.主要包括①品种对比,山东曹县红香椿最佳,采芽量超过其它品种34%;②栽植密度,以40株/m2为最好,但有待进一步研究;③截干高度,以1.5 cm为最
瘤坚大球蚧[Eulecanium gigantea(Shinji)]是为害国槐的主要害虫之一.在太原1年1代,以2龄若虫在国槐1年生至3年生枝条上越冬.树冠喷洒40%氧化乐果500倍~800倍液、2.5%敌杀死1
心血管疾病是危害人体健康尤其是老年人的常见病,而高血压已经成为心血管性疾病发生的重要危险因素.有调查数据显示,高血压患病率在≥60岁人群中达到49.1%,多数高血压患者尤其