生物炭原位控制猪粪废水厌氧消化过程中氨氮抑制效果研究

发布时间：2020-10-10 16:39

　　 随着工业高速发展和大量化石燃料的消耗,气候变化和能源短缺的问题逐渐严峻,因此人类开始寻求可再生能源减少温室气体排放。人类对化石能源的强烈依赖性引起燃料成本的增加,进而可能导致经济和政治问题。所以,发展清净能源如生物能源解决当前能源危机的重要途径之一。动物粪便中的有机氮含量较高,这往往会引起厌氧发酵过程氨氮抑制。因此,本论文将猪粪废水作为研究对象,研究了氨氮浓度对于厌氧消化性能的影响;并通过外加生物炭来缓解厌氧消化氨抑制,考察了生物炭添加量对于厌氧消化的影响,分析比较了存在氨氮抑制与无氨氮抑制条件下生物炭对厌氧消化性能的影响。本研究的主要结果如下:研究了 900 mg/L、1500mg/L、2500mg/L,3500 mg/L 四种氨氮浓度对于厌氧消化性能的影响。结果表明,随着氨氮浓度的增加,厌氧消化性能开始受到以下影响。随着氨氮浓度的上升,甲烷含量与甲烷产量越低,甲烷的平均浓度从对照组的52.22%下降到3500 mg/L的39.93%,甲烷累计产量从1213mL下降到622mL。随着氨氮浓度的上升,COD去除率逐渐下降,1500mg/L,2500mg/L组与900mg/L COD去除率相差不大,分别为75.31%和73.31%,而3500mg/L组的COD去除率只有47%。随着氨氮浓度的上升,挥发性脂肪酸积累的速度逐渐增加,平均浓度为 3561mg/L、4115mg/L、4890mg/L、6260mg/L。在氨氮浓度900 mg/L的条件下探讨生物炭对厌氧消化的促进作用,结果表明添加2g、5g、10g、15g生物炭条件下的甲烷含量均高于不加生物炭的对照组,甲烷的平均浓度与对照组相比分别上升了 6.03%、7.88%、9.91%、10.48%,甲烷累计产量从1213mL上升到了 1504mL、1612mL、1815mL、1922mL。随着生物炭添加量的增加,COD去除率逐渐上升,2g、5g、10g、15g的COD去除率提升到了 79.69%、85.61%、89.98%、91.80%。随着生物炭添加量的增加,挥发性脂肪酸的降解速率变快,平均浓度从3571mg/L下降到3525mg/L、2893mg/L、2595mg/L、2370mg/L。实验表明生物炭能够促进厌氧消化产甲烷的进行。在氨氮浓度3500 mg/L的条件下,分析了生物炭对厌氧消化产气特性以及性能的影响。在试验中,生物炭添加量与上述相同。实验结果表明,在高浓度氨氮条件下,生物炭对缩短产气延滞期有较好的效果,使得厌氧发酵能稳定运行。所以生物炭有助于解除氨抑制,提高厌氧消化系统的稳定性。研究了生物炭在3500 mg/L猪粪废水中对氨氮、pH、COD的影响,通过比较厌氧消化实验与吸附实验中氨氮的去除初步探讨了生物炭解除氨抑制的原因。
【学位单位】：武汉轻工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X713
【部分图文】：

３．１．２实验装置??厌氧发酵实验在自制的１Ｌ玻璃反应器中进行，在顶部设有出气孔口和气体采样??口，在反应器中间设有水样采集口，示意图见图３．１。??＼?＊?Ａ??圓＿?Ｕ??图３．１反应装置示意图??３．２结果与讨论??３．２．１氨氮浓度对甲烷含量的影响??图３－２为不同发酵瓶中甲烷的每日变化情况。可以看出，在不同氨氮浓度处理的??情况下，甲烷含量随时间均呈上升趋势，特别是在前７天，上升趋势明显。３５００?ｍｇ／Ｌ??这组的甲烷含量增长较其他组缓慢，其甲烷含量一直处在４５％以下，而２５００ｍｇ／Ｌ??１２??

图３．３甲烷含量变化??３．２．２氨氮浓度对甲烷日产量的影响??图３－２为每日的甲烷产量的变化。可以看出，在不同氨氮浓度处理的情况下，甲??烷产量的峰值随着氨氮浓度的上升，９００?ｍｇ／Ｌ、１５００?ｍｇ／Ｌ、２５００?ｍｇ／Ｌ、３５００?ｍｇ／Ｌ??的第一个甲烷产甲烷峰值分别为１０４?ｍＬ、９３?ｍＬ、８７?ｍＬ、４１?ｍＬ。前三组的甲烷日??产量随着第一个产甲烷峰后逐渐下降，而３５００ｍｇ／Ｌ组在１５天后甲烷产量有一个回??升，比第一甲烷高峰还要高。许之扬等研究氨氮质量浓度对餐厨垃圾厌氧消化产沼气??的影响，当初始氨氮浓度为６０００ｍｇ／Ｌ时，第一个产甲烷高峰直到１３天才到来，这??也与我们的实验结果相似［７４］。??１３??

始氨氮浓度对甲烷累计产量的影响??为沼气的主要成分是厌氧消化性能的重要指标［７５］。如图３．３所示，ｇ／Ｌ的对照组的累积甲烷产量高于添加另外３组实验组，发酵２０天为１２１３?ｍＬ，表明初始氨氮浓度提升会抑制甲烷的产生，这是符合加氯化铵的实验组中，累积的沼气产量随着初始氨氮浓度的ＴＡＮ氨氮浓度为１５００ｍｇ／Ｌ时，此时的沼气产量可能是因为在并氨氮浓甲烷活性并没有受到很大的影响，甲烷累计产量为１０５９?ｍＬ。初始ｍｇ／Ｌ时，沼气产量比初始氨氮浓度为１５００ｍｇ／Ｌ的实验组又低了接近为３５００ｍｇ／Ｌ时，甲烷累计量为６１２ｍＬ。与对照组相比，甲烷总５０％。本次实验与反〇８〖６１１＾？：丨１＾３研究发现的在氧氮浓度３００〇１１１§／１１５７％［７６］不大。??
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本文编号：2835321