沼液堆漚玉米秸稈厭氧干發(fā)酵試驗(yàn)與機(jī)理研究.pdf

1、厭氧干發(fā)酵具有底物來源廣泛、單位容積產(chǎn)能能力高、節(jié)約水源、廢渣含水量低等優(yōu)勢(shì)，但較低含水量會(huì)導(dǎo)致攪拌困難、傳質(zhì)過程緩慢，從而導(dǎo)致發(fā)酵過程不穩(wěn)定。針對(duì)以上問題，本文研究了沼液堆慪預(yù)處理和發(fā)酵條件對(duì)玉米秸桿厭氧干發(fā)酵效果的影響，研究了沼液堆慪玉米秸桿厭氧干發(fā)酵過程中基質(zhì)特性的變化規(guī)律；設(shè)計(jì)搭建了可用于厭氧干發(fā)酵機(jī)制研究的試驗(yàn)平臺(tái)。主要的研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下：
　　1.以沼液堆慪預(yù)處理的玉米秸桿為原料進(jìn)行厭氧干發(fā)酵試驗(yàn)，結(jié)果表明：雖然沼液

2、堆慪預(yù)處理并不能顯著的增加沼氣中的CH4含量，但預(yù)處理秸桿的發(fā)酵啟動(dòng)速度快，日產(chǎn)氣量大，30天內(nèi)的累計(jì)產(chǎn)氣量比未處理秸桿提高42.22％，明顯縮短了水力滯留時(shí)間，提高了發(fā)酵效率。
　　2.以底物初始pH、物料填充密度、發(fā)酵罐高徑比、接種方式為試驗(yàn)因素進(jìn)行正交試驗(yàn)，對(duì)沼液堆慪玉米秸桿厭氧干發(fā)酵工藝進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明：初始pH與填充密度對(duì)發(fā)酵過程的影響較大，而高徑比和接種方式的影響相對(duì)較弱，最優(yōu)發(fā)酵工藝條件為：基質(zhì)初始pH8.0、填

3、充密度0.55-0.60 kg/L、高徑比1:1、接種方式為將底物和接種物均分成五份。所有參數(shù)對(duì)堿度的影響都是顯著的，對(duì)pH的影響都是不顯著的。初始pH、填充密度、高徑比對(duì)總固體（TS)、揮發(fā)性固體（VS)消耗利用的影響是顯著的；接種方式對(duì)TS、VS的影響不顯著。初始pH、填充密度和接種方式對(duì)CH4含量、日產(chǎn)氣量和累計(jì)產(chǎn)氣量變化的影響較為明顯，而高徑比的影響不明顯；初始pH、填充密度和接種方式對(duì)CO2含量變化的影響不明顯，而高徑比的影響

4、較為明顯。
　　3.以底物和接種物分層放置的接種方式進(jìn)行厭氧干發(fā)酵試驗(yàn)，研究沼液堆慪玉米秸桿厭氧干發(fā)酵基質(zhì)特性的變化規(guī)律，結(jié)果表明：底物層與種子層的物料特性具有不同的變化趨勢(shì)。上部底物與下部底物TS、VS的變化也有十分明顯的差異，兩者的pH和堿度的變化趨勢(shì)相似，但是變化程度不同。日產(chǎn)氣量在第3天達(dá)到第一次峰值，其中成分以C02為主;之后再次迅速增長(zhǎng)達(dá)到峰值并稍有回落進(jìn)入穩(wěn)定期，期間CH4含量逐漸升高至50%左右，并保持穩(wěn)定直至試驗(yàn)

5、結(jié)束。各層底物中的乙酸含量的變化趨勢(shì)相似，迅速增長(zhǎng)然后迅速降低，產(chǎn)氣進(jìn)入穩(wěn)定期時(shí)由于乙酸被及時(shí)轉(zhuǎn)化而造成濃度降低至接近于0。接種物層檢測(cè)不到乙酸和丙酸的存在。底物層中的丙酸含量也是先以較快速度上升然后逐漸下降，但其完全被消耗的時(shí)間與日產(chǎn)氣量開始下降的時(shí)間一致。說明在產(chǎn)氣穩(wěn)定期，乙酸化速度是限制日產(chǎn)氣量的主要因素，而底物的水解和酸化速度則是衰竭期日產(chǎn)氣量的限制因素。
　　4.設(shè)計(jì)搭建了能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)酵基質(zhì)溫度與pH實(shí)時(shí)在線檢測(cè)和隨時(shí)取樣