水泡粪物料特性及其对厌氧消化效果的影响研究

发布时间：2017-08-23 19:29

  本文关键词：水泡粪物料特性及其对厌氧消化效果的影响研究

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【摘要】：我国是畜牧业大国,随着集约化规模化养殖场的发展,畜禽废弃物的污染越来越严重,合理的畜禽粪便清粪工艺和粪污处理技术有助于畜禽养殖粪污环境污染有效防治。水泡粪清粪工艺作为主推的粪污收集工艺在猪场得到较为广泛的运用,而沼气工程常作为后续处理设施与其一并使用,用于降低粪污对环境的污染,但不同水泡粪贮存条件下的物料特性对其物料后续厌氧发酵的影响尚不清楚。本试验采用猪粪和尿液通过不同贮存温度(20℃,30℃)和时间(7d,14d,21d)的前处理方法模拟不同条件的水泡粪物料,研究水泡粪模拟期间物料变化及试验期内甲烷和二氧化碳等气体排放规律,同时研究水泡粪物料水质对厌氧消化产甲烷的影响,为规模化养猪场采用水泡粪清粪工艺及后续厌氧发酵沼气工程的运行提供基础数据。(1)本试验水泡粪工艺模拟试验表明,不论是在20℃或30℃贮存条件下,水泡粪贮存时间越长,其物料TS、VS、COD和氨氮浓度越高,但其增幅随贮存时间的延长呈逐渐降低的趋势;水泡粪贮存时间越长的物料其后续厌氧发酵的产气率越低;各处理组较低固体含量条件对应的化学需氧量以及氨氮浓度等也相对较低,但各处理组的C/N范围均保持在6~9之间。贮存温度对水泡粪物料特性影响不大,但水泡粪贮存过程中,污水表面的好氧作用比污水内部厌氧消化占优,二氧化碳的排放明显要大于甲烷的排放。较高贮存温度条件的二氧化碳排放通量明显要大于较低温度条件下的,贮存温度的提高加速了贮存桶内表面有机物分解碳化的过程。(2)在本试验范围内,随着水泡粪物料TS的增加,其厌氧消化累积产气量和日产气量基本呈逐渐降低的趋势,但累积产气量差异不显著,而日产气量差异显著(P0.05)。水泡粪TS越大,VS甲烷产率也越低。TS含量增加,厌氧消化过程中底物传质效率降低,厌氧消化过程中游离氨的增加抑制产甲烷菌活性。水泡粪物料VS以及COD对于厌氧消化影响的规律与其TS对厌氧消化产气特性的影响规律基本一致。氨氮浓度对于厌氧消化产气效果的影响主要表现为:随着氨氮浓度的升高厌氧消化产气率逐渐降低,氨氮浓度在2000mg/L左右时,甲烷产率平均值为691.7mL/gVS,氨氮浓度为3000~4300mg/L时,甲烷产率平均值仅为413.7mL/gVS,P0.01。水泡粪物料氨氮浓度大于3000mg/L对厌氧发酵的抑制作用显著增加。(3)本试验范围内,水泡粪物料厌氧消化试验开始后7天内沼气日产量一直处于较高的水平,厌氧消化进程在第10d之后趋于平稳,并且累积沼气产量基本达到总产气量的80%,因此建议在利用水泡粪污水作为发酵原料时可根据其污水TS等选择水力停留时间为7-10d,以保证资源的有效利用,提高沼气工程运行效率。(4)一级水解动力模型适用于本试验底物的厌氧消化过程,模型模拟结果与实验数据验证结果表明,能够较好的预测累积甲烷产气量。(5)采用水泡粪工艺的猪场厌氧发酵实际工程监测结果表明,VS在0.4%~3.7%时,猪场厌氧发酵进水物料的VS甲烷产率是随着进水中VS变化的;进水的VS增加,物料VS甲烷产率减小;进水VS减小,物料VS甲烷产率增加,与小试试验得出的规律相同。7月日平均进水VS为1.6±1.2%,日平均VS甲烷产率为920±720mL/g,甲烷浓度为62±2%,而12月日平均进水VS 2.8±0.9%,日平均VS甲烷产率仅为750±330mL/g,甲烷浓度为60±1%。
【关键词】：水泡粪 厌氧消化 沼气工程 甲烷产率 一级水解动力学模型
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X713
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-25
• 1.1 清粪工艺及其物料特性12-16
• 1.1.1 干清粪工艺13-14
• 1.1.2 水冲粪工艺14
• 1.1.3 水泡粪工艺14-15
• 1.1.4 不同清粪工艺比较15-16
• 1.2 畜禽养殖粪污处理技术16-20
• 1.2.1 常见处理技术16-18
• 1.2.2 厌氧消化概述18-20
• 1.2.2.1 水解阶段19
• 1.2.2.1 酸化阶段19
• 1.2.2.3 产氢产乙酸阶段19-20
• 1.2.2.4 产CH4阶段20
• 1.3 物料特性对厌氧消化的影响20-23
• 1.3.1 pH值20-21
• 1.3.2 总固体含量（TS）21
• 1.3.3 碳氮比（C/N）21-22
• 1.3.4 化学需氧量（COD）浓度22-23
• 1.3.5 氨氮（NH4+-N）浓度23
• 1.4 研究目的和意义23
• 1.5 研究内容与技术路线23-25
• 1.5.1 研究内容23-24
• 1.5.2 技术路线24-25
• 第二章 水泡粪物料特性研究25-33
• 2.1 材料与方法25-29
• 2.1.1 材料25
• 2.1.2 试验装置25-27
• 2.1.3 采样与分析方法27-28
• 2.1.4 数据处理28-29
• 2.2 水泡粪工艺模拟29
• 2.3 水泡粪物料特性分析29-30
• 2.4 水泡粪过程气体排放情况30-32
• 2.4.1 二氧化碳排放情况30-31
• 2.4.2 甲烷排放情况31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 水泡粪物料厌氧消化特性研究33-45
• 3.1 材料与方法33-35
• 3.1.1 材料33
• 3.1.2 厌氧消化试验装置33-34
• 3.1.3 厌氧消化试验设计34
• 3.1.4 采样与分析方法34
• 3.1.5 数据处理34-35
• 3.2 水泡粪物料TS含量对厌氧消化效果的影响35-38
• 3.2.1 水泡粪物料TS含量对厌氧消化累积产气量的影响35-36
• 3.2.2 水泡粪物料TS含量对厌氧消化日产气量的影响36-37
• 3.2.3 水泡粪物料TS含量对厌氧消化甲烷产率的影响37-38
• 3.3 水泡粪物料VS含量对其厌氧消化产气效果的影响38-40
• 3.3.1 水泡粪物料VS含量对其厌氧消化累积产气量影响38-39
• 3.3.2 水泡粪物料VS含量对其厌氧消化产甲烷效率影响39-40
• 3.4 水泡粪物料氨氮浓度对厌氧消化效果的影响40-42
• 3.4.1 水泡粪物料氨氮浓度对厌氧消化累积产气量影响40
• 3.4.2 水泡粪物料氨氮浓度对厌氧消化日产气量影响40
• 3.4.3 水泡粪物料氨氮浓度对厌氧消化甲烷产率的影响40-42
• 3.5 水泡粪物料COD浓度对厌氧消化甲烷产率的影响42
• 3.6 水泡粪物料特性对厌氧消化甲烷浓度的影响42-43
• 3.7 本章小结43-45
• 第四章 水泡粪物料厌氧消化动力学模型研究45-52
• 4.1 关于模型的概述45-46
• 4.2 模型推导46-47
• 4.3 实验材料与方法47
• 4.4 动力学模型的拟合结果与讨论47-51
• 4.4.1 动力学模型的拟合结果47-50
• 4.4.2 讨论50-51
• 4.5 本章小结51-52
• 第五章 水泡粪物料特性对厌氧消化影响的实际工程现场监测52-58
• 5.1 沼气工程基本情况52-53
• 5.2 采样与分析方法53-54
• 5.2.1 采样工具53
• 5.2.2 样品采集53-54
• 5.2.3 分析方法54
• 5.3 数据处理54-55
• 5.4 厌氧消化现场监测结果分析55-57
• 5.4.1 挥发性固体与甲烷产率规律55-57
• 5.4.2 甲烷浓度变化57
• 5.5 本章小结57-58
• 第六章 结论与展望58-60
• 6.1 结论58-59
• 6.2 展望59-60
• 参考文献60-68
• 攻读硕士学位期间发表的论文和研究成果68-69
• 致谢69

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