马铃薯渣沼气发酵体系的建立及固定床发酵工艺

发布时间：2020-04-03 21:45

【摘要】：为了建立稳定的以马铃薯渣为原料的沼气发酵体系，在发酵容积为20L的牛粪沼气发酵体系的基础上，通过用马铃薯渣逐步替换牛粪的方式，以7d为一个驯化周期，驯化原有沼气发酵体系。驯化到第6代以后，沼气发酵体系逐渐稳定。在驯化过程中，pH从原来的7.5-7.7变化至稳定后的6.4-6.9；产气高峰期逐渐提前，至第6代后产气高峰期为添加薯渣后1d。发酵体系稳定后，各代平均日产气量为10.39L，平均最高日产气量为10.55L，最高日产气体积比达到1.261；COD去除率维持在50%-55%之间；稳定后木质纤维素分解率为18.9%。采用16S rDNA克隆文库技术对以马铃薯渣为原料的沼气发酵体系的不同发酵时期进行微生物多样性分析。在细菌16S rDNA克隆文库分析中发现，各时期均有拟杆菌（Bacteroidetes bacterium），菌群中其它微生物组成变化无规律；在古菌16S rDNA克隆文库分析中发现，从稳定期开始菌群组成趋于稳定，为甲烷囊菌属（Methanoculleus）、甲烷鬃菌属（Methanosaeta）和甲烷粒菌属（Methanocorpusculum），这三种菌属均以氢气和二氧化碳为最适底物。原料的预处理对于沼气发酵有至关重要的作用，为明确马铃薯渣的预处理工艺，首先确定最佳碳氮比，其次选取对预处理有影响的因素进行单因素分析，最后根据单因素结果进行正交试验，确定最佳预处理工艺。结果表明，最佳的预处理条件为：接种5%中温木质纤维素分解复合菌系、酸化2d和添加40%的鸡粪作为发酵辅料。采用优化后的最佳预处理工艺对马铃薯渣进行预处理后，选取对沼气发酵有影响的因素进行分析，根据单因素结果进行正交试验，优化沼气发酵工艺，进而明确其产气潜力。最佳发酵工艺为初始底物浓度为3%、初始pH为7.0，接种量为10%，此其总产气量为3889mL，日平均产气量为555.6mL，COD去除率达到49.2%。为研究固定床发酵条件对马铃薯渣沼气发酵产气的影响，以碳纤维作为固定床材料，采用10L发酵罐，发酵时间为13d，，研究水力停留时间、物料浓度和间隔搅拌时间对沼气固定床发酵的影响，获得沼气固定床发酵最佳工艺为水力停留时间为8d、物料浓度为3%、间隔搅拌时间为8h，搅拌时间为2min。此时总产气量为107.769L，日平均产气量为8.290L，COD去除率一直维持在40.9%。
【图文】：

试验装置图,沼气发酵,试验装置,牛粪

大荒薯业集团，牛粪为奶牛场的新鲜牛粪，鸡粪取自大表 4-1 鸡粪性质Table 4-1 The character of fowl manure成分 CompositionpHCODmg/LTS%VS%7.7 88324 27.3 21.8 酵装置如图 4-1 所示。
【学位授予单位】：黑龙江八一农垦大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：S216.4

【参考文献】