瘤胃微生物干式厌氧发酵农业有机固体废弃物研究

发布时间：2017-09-14 13:26

  本文关键词：瘤胃微生物干式厌氧发酵农业有机固体废弃物研究

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【摘要】：目前我国每年新增秸秆、禽畜养殖粪污等农业有机固体废弃物几十亿吨,不合理的处理方式容易对周围生态环境造成污染。干式厌氧发酵技术作为一种新兴工艺,具有需水量少、体积小、投资成本与运行能耗低等优点；同时发酵后的剩余物经过简单处理可作为有机肥料或土壤调节剂,几乎无沼液产生,因此有广阔的应用前景。但传统干式厌氧发酵由于含固率过高,传质效果差、中间代谢产物易积累,容易造成发酵效率低,秸秆降解效果较差。本研究针对干式厌氧发酵效率低、启动慢等问题,利用具有高效水解和产甲烷性能的瘤胃微生物,经体外驯化培养后,接种在干式厌氧发酵系统中。利用正交实验设计,探究在不同TS (Total Solid)、C/N和IR (Inoculation Rate)条件下干式厌氧发酵系统的发酵效果,优化系统参数,并对发酵后的沼渣的肥效特性进行评价分析,研究成果如下：(1)以氨化秸秆为底物,经过体外驯化培养,瘤胃微生物CMC酶活性稳定在8-12U/mL, FPA酶活性稳定在4-5 U/mL,产生的沼气中甲烷含量约50%,瘤胃微生物体现了较好的酶活性和产甲烷性能,可以快速水解秸秆等底物以及转化挥发性脂肪酸等中间代谢产物。(2)以氨化秸秆和鸡粪为底物,在TS为20%、C/N为30、IR为20%的条件下,干式厌氧发酵获得了较好的产气效率和干物质降解率,单位克重产气量为263.5 mL/g TS,甲烷含量可达54.21%,干物质降解率为53.2%。(3)提高瘤胃微生物接种率,可加快系统中挥发性脂肪酸的转化效率,提高甲烷含量,同时避免了挥发性脂肪酸的积累,缩短启动时间。(4)干式厌氧发酵后的沼渣有着丰富的有机质以及氮、磷、钾等植物生长所需的营养元素,有机质含量在75%以上,总养分含量可达6.7%。沼渣有着理想的电导率,pH在8.0左右,符合有机肥料标准,但含水率高于有机肥料标准,用作肥料前可通过好氧堆肥降低含水率。
【关键词】：农业有机固体废弃物 干式厌氧发酵 瘤胃微生物 体外驯化培养 沼渣
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X71
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-26
• 1.1 农业有机固体废弃物概述10-14
• 1.1.1 农业有机固体废弃物污染现状10-11
• 1.1.2 农业有机固体废弃物的理化性质11-13
• 1.1.3 农业有机固体废弃物的利用模式与技术13-14
• 1.2 厌氧发酵工艺14-16
• 1.2.1 厌氧发酵的反应机理14-15
• 1.2.2 厌氧发酵的分类15-16
• 1.3 干式厌氧发酵工艺16-22
• 1.3.1 干式厌氧发酵的特点16
• 1.3.2 干式厌氧发酵工艺控制16-20
• 1.3.3 干式厌氧发酵沼渣的综合利用20-21
• 1.3.4 干式厌氧发酵工艺应用21-22
• 1.4 瘤胃微生物22-24
• 1.4.1 瘤胃微生物的组成以及降解特征22-23
• 1.4.2 瘤胃微生物在厌氧发酵中的应用23-24
• 1.5 研究目的、意义及研究内容24-26
• 1.5.1 研究目的及意义24-25
• 1.5.2 研究内容25-26
• 2 实验材料及分析方法26-33
• 2.1 实验材料26-28
• 2.1.1 发酵原料26-27
• 2.1.2 实验试剂27-28
• 2.2 实验分析方法28-33
• 2.2.1 基础指标及分析方法28-29
• 2.2.2 常规指标及分析方法29-31
• 2.2.3 瘤胃微生物微观形态观察31-33
• 3 瘤胃微生物体外培养驯化实验33-41
• 3.1 引言33
• 3.2 实验装置33-34
• 3.3 实验方案34-35
• 3.3.1 原生瘤胃微生物的获取34
• 3.3.2 缓冲溶液的配置34
• 3.3.3 实验条件34-35
• 3.4 实验结果与讨论35-40
• 3.4.1 CMC、FPA酶活性分析35-36
• 3.4.2 还原糖分析36-37
• 3.4.3 挥发性脂肪酸分析37-38
• 3.4.4 产气量分析38-39
• 3.4.5 产气成分分析39-40
• 3.5 本章小结40-41
• 4 干式厌氧发酵工艺参数优化实验41-55
• 4.1 引言41
• 4.2 实验装置41-42
• 4.3 实验方案42-44
• 4.3.1 接种物的获取42
• 4.3.2 正交实验设计42-43
• 4.3.3 实验步骤43-44
• 4.4 实验结果与讨论44-54
• 4.4.1 产气量分析44-46
• 4.4.2 干物质降解率分析46-48
• 4.4.3 挥发性脂肪酸分析48-50
• 4.4.4 pH变化分析50-51
• 4.4.5 甲烷含量分析51-53
• 4.4.6 扫描电镜分析53-54
• 4.5 本章小结54-55
• 5 干式厌氧发酵沼渣肥料潜力分析55-58
• 5.1 引言55
• 5.2 实验方案55
• 5.3 实验结果与讨论55-57
• 5.3.1 理化指标分析55-56
• 5.3.2 营养指标分析56-57
• 5.4 本章小结57-58
• 6 结论与建议58-60
• 6.1 结论58
• 6.2 建议58-60
• 参考文献60-65
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况65-66
• 致谢66-67

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