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《我国石油大学(北京)》 2016年
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高浓度鸡粪厌氧发酵产甲烷的氨按捺研讨

聂红  
【摘要】:伴跟着现代畜禽标准化规划饲养的推行与遍及,粪污的规范化处理已成为畜禽饲养场可持续开展所无法逃避的问题之一。近年来,厌氧发酵产沼气技能因既能降解有机抛弃物,又能出产可再生沼气缓解动力需求压力,在世界规模内遭到遍及重视。但鸡粪厌氧发酵中易呈现氨按捺从而引起沼气产率下降,导致该技能在鸡粪中的推行遭到限制。氨按捺现象在富含有机氮的底物的厌氧发酵中遍及存在。因而,本论文仅以鸡粪作为研讨目标,选用批式和接连中温厌氧发酵的方法,对不同进料总固体(Total Solids,TS)浓度和有机负荷的厌氧发酵展开实验,研讨鸡粪厌氧发酵进程中游离氨的生成和累积规则以及其对产甲烷进程的影响,探究以鸡粪作为单一底物进行高浓度厌氧发酵的可行性,并选用批改的Gompertz方程和Cone方程对底物降解动力学进行剖析。最终将减压汽提除氨后的沼液回流至发酵罐用以调理发酵液的总氨氮(Total Ammonia Nitrogen,TAN)浓度,削减体系耗水量及完成沼液零排放,一起对有机负荷率(Organic Loading Rate,OLR)介于5.3~6.0 gVS/(L d)、TAN浓度介于4.00~8.00 g/L的鸡粪接连厌氧发酵实验展开长周期安稳性监测。以上研讨获得的作用首要包含:(1)15 L发酵罐中,当进料TS浓度为15%、OLR为4.0 gVS/(L d)时,鸡粪发酵仍然可以在不呈现氨按捺的情况下安稳运转,此刻发酵液的游离氨氮(Free Ammonia Nitrogen,FAN)均匀浓度为0.17 g/L,甲烷产率为经生化产甲烷才能测定实验得到的理论甲烷产率的82%,体系的水解酸化才能优于进料TS浓度为10%的发酵体系。(2)发酵罐容积为1 L的批式鸡粪干发酵实验中,根据批改的Gompertz方程和Cone方程剖析,跟着进料TS浓度(别离为20%、25%、30%和35%)的增加,底物的降解速率逐步下降。累积甲烷产率随进料TS浓度的增加而逐步下降。进料TS浓度为20%的干发酵已呈现氨按捺,40天的厌氧发酵完毕后,累积甲烷产率为理论产率的54%,发酵液的FAN浓度为0.66 g/L,挥发性脂肪酸(Volatile Fatty Acid,VFA)浓度为5.85 g/L。为区别游离氨和传质对鸡粪厌氧干发酵产甲烷的按捺,本研讨在15 L发酵罐中对初始TS浓度为20%的鸡粪厌氧发酵实验别离施行了不一起间的拌和操作。研讨发现,自第8天起发动拌和操作的厌氧发酵,自拌和操作后沼气产值增加显着,但2天后呈现严峻发泡现象,29天后的累积甲烷产率为理论甲烷产率的65%,发酵液的FAN浓度为0.76 g/L,VFA浓度为7.94 g/L;自第24天起发动拌和操作的厌氧发酵,累积甲烷产率为理论产率的70%,发酵液的FAN浓度为0.60 g/L,VFA浓度为4.93 g/L。研讨发现,跟着进料TS浓度的增加,按捺产甲烷的要素从氨按捺逐步向传质按捺过渡,二者的临界点可认为是TS=30%。(3)搜集发酵罐每日排出的沼液沼渣,对其上清液进行减压汽提除氨处理,经过调理汽提操作参数可有操控地调理进入发酵罐的回流液的TAN浓度,从而将发酵液的TAN浓度在不增加化学试剂的前提下安稳地操控在必定规模。15 L发酵罐、进料TS浓度为15%的鸡粪厌氧发酵体系中,当OLR为5.3 gVS/(L d)、发酵液的FAN均匀浓度为0.77 g/L时,甲烷产率安稳在0.39 L/gVS。当OLR增加到6.0 gVS/(L d)、发酵液的FAN均匀浓度为0.86 g/L时,甲烷产率可安稳在0.27 L/gVS。研讨得出,以鸡粪为单一底物的高浓度厌氧发酵,可在细微氨按捺条件下安稳运转,并且有操控地将沼液循环至发酵罐,在沼气工程中,既能缓解氨按捺,又能完成沼液零排放。本研讨得出的氨按捺阈值浓度与部分文献报导类似,约0.60 g/L(FAN浓度)。
【学位颁发单位】:我国石油大学(北京)
【学位等级】:博士
【学位颁发年份】:2016
【分类号】:S216.4

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