温度和pH值调控对厌氧发酵产甲烷影响的研讨

【摘要】：动力是人类和经济社会开展的重要物质基础。传统石化动力的继续消费给环境带来很大的负面效应。面临储量有限的传统动力和日益严峻的环境问题,开发使用可再生动力,进步厌氧发酵功率已经成为了当时厌氧发酵的热点问题。跟着全球集约化畜牧业如火如荼的开展,以农业抛弃物为质料的动力开展潜力不行忽视。本研讨以常见农业固体抛弃物为首要研讨目标,首要,确认常见秸秆和家畜粪便在厌氧发酵中的最佳温度和初始pH值区间,根据各发酵质料的特性进行组合,对不同温度及初始pH值下混合厌氧消化进行优化,得到高效厌氧消化的最佳温度、初始pH值及混合配比;其次,经过混合发酵进程中降温文pH值调控对发酵进程中不同时段监测目标的主成分剖析,探求各目标对甲烷产值的影响;最终,为进一步进步混合发酵的功率,下降发酵投入,得到最佳发酵降温起伏和pH值调控条件。研讨定论如下:1.不同温度下各有机物厌氧发酵功率具有显着差异。进步发酵并不意味着缩短发酵时刻。惯例农业抛弃物中,牛粪的最适发酵温度区间偏高,更适合高温(55℃)发酵;猪粪的最适发酵温度区间适中,更适合中温(35℃)发酵;玉米秸秆的发酵发动速度较快,水稻秸秆的产甲烷潜力较大。同一温度下,在固定的发酵时刻内,物料的品种和配比影响发酵阻滞期长短,然后引起总产气量差异。在混合发酵进程中,猪粪/玉米秸秆混合发酵适合中温(35℃)厌氧发酵,而牛粪/玉米秸秆混合发酵适合高温(55℃)发酵。当发酵进入到产甲烷阶段时,两种混合质料各配比的产甲烷速率没有显着性差异。2.初始pH值会显着影响厌氧发酵的发动时刻和产气顶峰继续时刻及峰值,受影响的程度根据质料性质各异。实验标明牛粪厌氧发酵进程中pH值上升速度较快,VFA/碱度比值不高于0.4且保持安稳。这标明以牛粪为质料的发酵基质缓冲功能较好,发酵体系更为安稳。3.发酵前期与累积甲烷产值正相关性最高的是温度,负相关性最高的是C/N比。发酵中期粪便含量与pH值的上升才能呈正比。发酵后期粪便含量与氨态氮堆集量呈正相关。与高温(55℃)比较,中温(35℃)更适于产甲烷阶段的进行,且氨态氮累积量与发酵质料C/N有亲近的联系。根据主成分剖析归纳模型评分显现:55℃牛粪70:30-8.0、35℃牛粪70:30-8.0、55℃牛粪70:30-7.5;35℃猪粪70:30-8.0、35猪粪70:30-7.5、55℃猪粪70:30-8.0处理分别为各质料评分排名前三的处理。根据粪便/秸秆三要素相关性回归方程模型,得到猪粪/玉米秸秆在35℃,粪便含量为47.98%,初始pH值为8.0时,估计单位甲烷产值可抵达最大,最大值为193.74 m L/g VS;牛粪/玉米秸秆在55℃条件下,粪便含量为56.85%,初始pH值为7.5时,可得到最大单位甲烷产值205.11 mL/g VS。4.降温作用受到了发酵底物特性的影响。降温对发酵进程的促进/按捺作用并不是跟着粪便含量的添加而增强,在必定的粪便/秸秆规模内,降温的促进/按捺作用才会抵达最大。高温(55℃)厌氧发酵进程中在适宜的规模内进行降温处理,能够有用下降消化底物中氨态氮的浓度。实验标明,降温对猪粪/玉米秸秆厌氧发酵遍地理起到了促进作用。在必定规模内的降温能够有用进步猪粪/玉米秸秆发酵产气峰的数量和继续时刻,进步发酵进程中pH值的上升才能,进步累积甲烷产值;牛粪/玉米秸秆发酵则对降温体现较为灵敏,不利于pH值的安稳性。5.发酵基质的性质决议了基质对pH值调控的灵敏度。经过在合理规模内调理发酵基质的pH值,可有用缩短发酵阻滞期和发酵周期,进步甲烷产气功率,下降动力耗费,合理使用资源。当发酵基质的C/N比较高时,pH值调控有用按捺氨态氮浓度升高趋势;跟着C/N比的下降,pH值对氨态氮浓度的有用影响规模则显着缩小。偏碱性的发酵基质是进步甲烷产率、取得较高甲烷产值的调控办法之一。6.降温文pH值调控均会显着影响累积甲烷产值。在进步产甲烷功率、确保发酵顺利进行和下降发酵能耗耗费的前提下,偏碱性和小起伏降温调控是最佳的挑选。优化实验标明,调控pH值7.65,高温(55℃)厌氧发酵温度降幅为9℃条件下得到最大单位甲烷产值279.40 m L/g VS。而且拟定了牛粪/玉米秸秆混合发酵降温文pH值调控工艺操作标准,为实践化出产供给参阅根据。

【学位颁发单位】：西北农林科技大学
【学位等级】：博士
【学位颁发年份】：2017
【分类号】：S216.4