鸡粪与果蔬废弃物混合厌氧制氢特性研究

发布时间：2020-10-14 13:34

　　 氢能由于其可再生、热值高、无污染、燃烧稳定等优势成为替代一次能源的不二选择。厌氧发酵制氢不仅不需要光源,还能以有机废弃物为发酵原料,只要在厌氧条件下就能实现连续稳定制氢,因此具有更高的研究价值和更贴近实际的研究意义。以鸡粪为代表的畜禽粪便类废弃物进行厌氧制氢存在C/N低的问题,碳水化合物含量高的果蔬类废弃物进行厌氧制氢存在容易酸化的问题,将碳水化合物含量高的果蔬废弃物与高氮废弃物鸡粪混合发酵可以调节合适的C/N,并且鸡粪中富含的微量以及矿物营养元素有利于促进发酵微生物的活性,二者可以实现较好的优势互补,是发酵产氢的理想底物。但是,截至目前,还未有关于二者混合发酵产氢的相关报道。本研究本着实现鸡粪和果蔬废弃物资源化利用的愿景,旨在改善这两种有机废弃物单独发酵的缺陷,采用Batch试验,研究鸡粪与果蔬废弃物混合厌氧制氢特性的影响,以期为该类废弃物的资源化利用的工程实践提供理论依据。得到的主要结论如下:(1)五种混合基质均能产氢,但鸡粪与土豆皮渣是最佳的混合基质组合,其发酵途径为丁酸型发酵。(2)鸡粪与土豆皮渣混合的最佳混合比是3:7,最佳挥发性固体(VS)浓度为40g/L。产氢的底物浓度上限为182.63g-VS/L,基质浓度对鸡粪与土豆皮渣混合厌氧制氢的抑制类型为反竞争抑制。(3)鸡粪与土豆皮渣混合物料厌氧发酵制氢的最佳初始pH值为5.5,主要通过羧菌属发酵途径产生氢气。中性的发酵环境对水解酸化细菌以及产氢细菌的活性都产生了抑制效应。(4)鸡粪与土豆皮渣按照3:7混合的混合物在初始pH值5.5,底物浓度40g/L的条件下进行氢、甲烷联产能够获得较高的能量回收,且最佳预处理方式是热预处理。
【学位单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X71;X705
【部分图文】：

鸡粪与果蔬废弃物混合厌氧制氢特性研究 箱待用。.2.3 接种污泥与驯化接种污泥取自实验室长期稳定运行的鸡粪厌氧发酵产甲烷反应器。为了富集产，接种前向 500 mL 血清瓶中加入 100 mL 接种污泥和 300 mL 20 g/L 的葡萄糖培养Xing et al. 2010)，在中温((35±1)℃)水浴振荡槽中培养，至显著产氢，当氢气含量达0%左右时，完成培养，静置后倒去上清液，浓缩沉淀物为本试验所用接种物，其 3.01%，悬浮挥发性固体（VSS）为 1.90%。.3 试验装置与方法本研究采用 Batch 试验方法，具体操作为基质与接种污泥按体积比 3:1 混合投加清瓶中，充氮 1min，排除瓶中残余空气，迅速塞上胶塞，用封口箝将铝盖扣紧， 35±1 ℃恒温振荡水浴槽中培养，定期测定产气量和气体成分，空白试验瓶中仅投种污泥。其试验装置如图 2-1 所示。

图 2-2. 鸡粪和果蔬废弃物混合产氢浓度变化（a）和累积产氢量变化（b）Fig.2-2 The variation of hydrogen proportion (a) and cumlative hydrogen production(b) of chicken manurewith fruit and vegetable wastesHan et al.（2015）认为，COD 浓度是影响生物制氢效果最重要的因素之一。为了比较不同类型混合基质之间的产氢能力是否存在差异，试验调节 5 组混合基质的初始 COD质量浓度统一为 40 g/L。以 COD 为基准的不同混合基质产氢率依次为：鸡粪+土豆皮渣(46.04 mL/g-COD)＞鸡粪+香蕉皮 (34.00 mL/g-COD)＞鸡粪+白菜废弃物 (22.24mL/g-COD)＞鸡粪+油麦菜废弃物 (18.64 mL/g-COD)＞鸡粪+笋叶 (18.57 mL/g-COD)。利用 SPSS 19.0 对不同类型混合基质的 COD 产氢率进行多重比较分析，结果表明除鸡粪+油麦菜废弃物组和鸡粪+笋叶组两组之间无显著差异（P=0.841>0.05）外，其余组别两两之间均呈现极显著差异(P=0.000<0.01)。表 2-2 鸡粪和果蔬废弃物混合 COD 产氢率的多重比较Table 2-2 Multiple comparison of hydrogen production rate based on COD of chicken manure withfruit and vegetable waste-1

图 2-3. 鸡粪和果蔬废弃物混合产氢 VFAs 生成oduction of VFAs during the co-fermentation of chicken manure with fruiwastes氢有机物降解率蔬废弃物混合产氢的 VS, 碳水化合物和蛋白质降解率如图土豆皮渣混合产氢的 VS, 碳水化合物和蛋白质降解率最高。解率分别为 16.2%-51.8%，结合图 2-2 发现，鸡粪+油麦菜和 VS 去除率却具有较低的产氢量，这可能是由于这两组产生的大量有机质。碳水化合物的降解率较高，为 36.11%～62仅为 12.92%～28.90%，这是由于蛋白质类有机物较难水解
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本文编号：2840730