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厌氧消化产沼气是实现农业废弃物资源化有效利用和解决环境污染与能源危机问题的重要途径。规模化沼气工程需要稳定的原料供应和高效稳定的产气,但单一原料厌氧发酵存在营养不均衡、供给量难于满足大型沼气工程需求等问题。混合物料协同厌氧消化有助于实现发酵底物营养均衡,并提高产甲烷性能。为确定混合物料对厌氧消化产甲烷性能的协同作用,本文在中温(37±1)℃、固体质量分数为12%时,实验分别研究了不同比例牛粪和番茄茎叶混合厌氧消化过程,不同比例牛粪、蔬菜废弃物和玉米秸秆混合后的厌氧消化过程,分析了原料配比对厌氧消化产甲烷性能和系统稳定性能的影响,确定了物料最佳混合比例和协同效应,最后应用修正的Gompertz方程分析了甲烷生产的动力学过程。本文的主要研究结论如下:(1)原料混合比例显著影响了厌氧发酵产甲烷速率和系统稳定性。当底物中牛粪含量占较高比例时,系统缓冲能力强,产甲烷速率迅速上升;当番茄茎叶含量较高时,系统缓冲能力下降,产甲烷速率明显降低,延迟了甲烷生产的高峰期。牛粪与番茄茎叶VS比例为3:1时甲烷产量和累计甲烷产量最高,分别为224.23m L/g VS和14352m L。牛粪和番茄茎叶混合厌氧消化甲烷产量协同效应范围为-9.97%~34.19%,牛粪与番茄茎叶VS比例为1:3时,产甲烷过程出现了拮抗现象,甲烷产量降低了9.97%。修正的Gompertz模型能够较好的模拟牛粪与番茄茎叶厌氧消化累计产甲烷过程,拟合系数R2在0.9855~0.9989之间。牛粪与番茄茎叶VS配比为3:1时,延滞时间λ最短,最大产甲烷速率Rm最高,分别为4.51 d和9.26 m L/(d·g)。(2)一定比例的牛粪、蔬菜废弃物和玉米秸秆混合厌氧发酵产甲烷效果优于单一原料以及两种原料混合的发酵效果。三种物料混合发酵均衡了营养成分,促进了产甲烷过程,混合厌氧消化性能指数范围为1.33~1.92,贡献效果显著(P<0.05)。当牛粪、蔬菜废弃物和玉米秸秆VS比例为1:0.4:0.6时,产甲烷性能最佳,具有最高的累计甲烷产量20470 m L,比单一牛粪、蔬菜废弃物及玉米秸秆累计甲烷产量分别提高了47.83%、180.03%和67.79%;比牛粪和玉米秸秆VS配比1:1混合发酵累计甲烷产量提高了12.81%。三种物料混合发酵的协同效应提高了原料生物降解性能,促进了有机物转化为甲烷。当牛粪、蔬菜废弃物和玉米秸秆VS配比为1:0.4:0.6时,VS去除率和甲烷产量达到最大值,分别为65.63%和282.62m L/g VS,比牛粪、蔬菜废弃物和玉米秸秆单一原料厌氧消化VS去除率分别提高了26.11%、23.97%和42.62%。(3)修正的Gompertz方程能够较好的模拟物料厌氧消化产甲烷过程,拟合系数R2在0.9838~0.9976之间。物料混合厌氧发酵提高了产甲烷潜力,牛粪、蔬菜废弃物和玉米秸秆单独发酵最大产甲烷速率Rm分别为11.32、7.20和7.71m L/(d·g);牛粪和玉米秸秆VS混合比例为1:1时Rm最高,为14.52m L/(d·g),比牛粪单独发酵增加了28.27%;三种物料混合发酵时,牛粪、蔬菜废弃物和玉米秸秆VS比例为1:0.4:0.6时具有最大产甲烷速率17.29m L/(d·g),比牛粪单独厌氧消化、牛粪与玉米秸秆VS配比1:1混合发酵Rm值分别提高了52.74%和19.08%。本课题的创新点:揭示了混合物料对厌氧发酵产甲烷性能和有机物降解效率的协同效应,获得了原料最佳混合比例。