聚合草厌氧发酵特性和产气潜力的研究

发布时间：2020-05-24 04:45

【摘要】： 聚合草又名紫根草、爱国草,在生产上被称为俄罗斯饲料菜,为紫草科聚合草属牧草。一次种植可连续利用20多年,产草量高,再生能力强。春、夏、秋三季可随割随长,一个生长季北方可刈割4～6次。一般每茬亩鲜草产量0.4～0.5万公斤。经测定聚合草开花期鲜草干物质中含粗蛋白质24.3%、粗脂肪5.9%、粗纤维10.1%,营养价值很高(姜东燕等2007)。作为绿化和优质饲草双重作用的聚合草,在广大农村和校园中有大量种植,为综合利用这种生物质资源,改善粪污及农林废弃物对环境的污染,开发对聚合草的进一步应用,本试验在试验室现有的条件下对向聚合草进行了混合配料厌氧发酵。通过分析各因素在试验过程中对指标的影响,探求聚合草厌氧发酵的变化规律,以便能够为今后的进一步研究提供有力的参考依据。研究内容及成果主要包括以下几个方面: 1.本试验为比较鲜青类生物质废弃物的产沼气潜力和确定聚合草的厌氧消化特性,利用自行设计的厌氧发酵试验装置,分别以白三叶、聚合草、白萝卜叶和胡萝卜叶作为发酵原料,在中温30±1℃条件下进行单相批量厌氧发酵比较试验,通过测定四种物料的产气量、甲烷含量和pH值,总结了聚合草在中温下的产气潜力及其产气特性,为聚合草大规模发酵产沼气提供了设计参数以及研究方向。结果表明:在这四种鲜青类生物质废弃物当中聚合草的累计产气量最高达到了22655mL,产沼气潜力为252 mL/g·TS,虽然发酵启动速度不快,但产气周期长,甲烷含量高且稳定,具有较好的发酵潜力; 2.为了进一步研究不同因素对聚合草厌氧发酵特性的影响,通过不同粉碎程度、物料浓度及接种物比例对聚合草进行厌氧发酵,通过测定产气量、甲烷含量和pH值等指标,分析各因素对聚合草厌氧发酵试验的影响,从而探索使聚合草厌氧发酵达到最大转化率的处理方法。结果表明:最佳接种量为20%,最佳粉碎程度为浆状,最佳物料浓度为8%。 3.为了研究和探索多因素对聚合草厌氧消化效率的影响,将碳氮比、物料浓度和接种物比例作为影响产气量和甲烷含量的三个因素,变化范围分别为18:1～32:1,4%～12%和10%～30%。通过二次正交旋转组合试验,得出三因素对各指标的影响方程和变化曲面,并进行方程的检验、优化、单因素和交互因素分析等。结果表明:单因素对产气量和甲烷含量的影响程度不同,其中物料浓度影响程度最明显,接种物比例次之,碳氮比与前两者相比不是很明显,而各因素之间具有一定的交互作用,不同的两个因素相互影响对产气量和甲烷含量的影响也就不同。30±1℃条件下聚合草花生壳混合厌氧发酵,产气量和甲烷含量最优值分别为25870mL和50.12%,此时所对应的碳氮比、物料浓度和接种物比例分别为25:1,8%和20%。产气量的最大预测值是24166mL,所对应的碳氮比、物料浓度和接种物比例为:25.58:1,8.22%和20.01%;CH4含量的最高预测值为49.81%,对应的碳氮比、物料浓度和接种物比例分别为:24.52:1,8.17%和22.65%。
【图文】：

示意图,沼气发酵,试验装置,示意图

2.1.2 试验装置发酵试验装置为农业部沼气西北分中心自主研发，由发酵瓶、集气瓶、集水瓶、地热线、温控仪、传感器、恒温水箱等部分组成（如图 2-1）。发酵瓶为 2.5L 的塑料壶，用橡皮塞封口，橡皮塞上钻有取样孔和输气孔。集气瓶为 1000mL 的三角瓶，，用橡皮塞封口，集气瓶的橡皮塞上分别钻有三个孔，分别为输气孔、取气孔和导水孔。集水瓶为500mL 的矿泉水瓶，在这些孔上插入玻璃管作为输水导气管道，管道之间用φ8mm 的硅胶管连接。加热与控制系统由 WMZK-01 型温控仪（控制范围在 10～100℃，控温精度为±1℃）、800W 电热丝、感温传感器和恒温水槽构成，用于控制和保持沼气发酵温度。

沼气,分析仪,红外,采样分析

CH4和 CO2的浓度。 CH4和 CO2德浓度气泵进行采样分析（320*240）屏幕显示、键盘输入串行通信接口100% CO20～50% O20～25±2% O2／H2S：±4%2：0.01% O20.01% H2S 1ppm 秒电源
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：S216.4

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