添加吸附剂对鸡粪厌氧发酵产沼气特性的影响

发布时间：2020-06-16 16:36

【摘要】：厌氧消化技术日趋成熟、推广潜力巨大,但在工业化运行的沼气工程中使用禽畜粪便等高氮原料时,依然时常存在氨氮抑制致使有机酸积累最终导致运行失败的情况。因此,提高沼气工程的甲烷产率和运行稳定性是实现沼气技术产业化亟待解决的关键问题。本课题结合国家自然基金项目(51376121)“畜禽粪便厌氧消化制取沼气致毒及脱毒机理研究”,通过添加沸石和生物炭的方法,缓解鸡粪厌氧发酵过程中的氨抑制问题,提升高氮原料厌氧发酵过程的稳定性,为农业有机废弃物在沼气工程中的应用提供理论支持和数据参考。采用生化产甲烷潜力(BMP)装置在中温(35±1)℃条件下进行了以鸡粪为底物,沸石为添加物的厌氧消化试验,探究了添加不同体积分数的沸石(2.5%、5%、10%和0%,基于工作体积比)对鸡粪厌氧发酵产沼气特性的影响。结果表明:当沸石添加量为10%时,总产气量最大,达到3340 mL。沸石添加量5%的试验组在发酵第21天时甲烷含量达到最大值73.06%,比对照组提高了4.86%。采用一级动力学模型、Transfer模型和Cone模型进行了累积产气率的动力学分析,其中Cone模型与实际累积产气率拟合度最高(R~2为0.9837~0.9964)。采用生化产甲烷潜力(BMP)装置在中温(35±1)℃条件下进行了以鸡粪为底物,生物炭为添加物的厌氧发酵试验,探究了生物炭添加量(2.5%、5%、10%和0%,基于发酵液总质量百分比)对鸡粪厌氧发酵产沼气特性的影响。结果表明:当生物炭添加量为10%时,总产气量最大,达到3133 mL。发酵结束时生物炭添加量2.5%、5%和10%的试验组的氨氮浓度分别为1822、1707、和1672 mg·L~(-1),与对照组相比,氨氮浓度分别下降了8.99%、14.73%和16.48%。采用一级动力学模型、Transfer模型和Cone模型进行了累积沼气产率的动力学分析,其中Cone模型与实际累积产气率拟合度最高(R~2为0.9837-0.9964)。在添加沸石的鸡粪和苹果渣共发酵产沼气的试验中,以总有机负荷32gVS/L为基准,探究添加不同体积分数(5%、10%和20%)的沸石对鸡粪和苹果渣共发酵产沼气特性的影响。鸡粪和苹果原料配比1:0时,沸石量20%的试验组的最终累积产气量最高,为9463 mL;发酵结束时对照组的氨氮浓度为3321 mg·L~(-1),沸石添加量20%试验组的氨氮浓度为2011 mg·L~(-1),氨氮去除率为39.45%。鸡粪和苹果原料配比2:1,沸石添加量5%的试验组最终累积产气量为11099 mL;发酵结束时对照组的氨氮浓度为2371 mg·L~(-1),添加沸石试验组的(5%、10%和20%)氨氮浓度分别为2093、1708和1881 mg·L~(-1),氨氮浓度分别下降了11.72%、27.96%和20.76%。鸡粪和苹果原料配比1:1时沸石添加量20%的试验组的最终累积产气量为15068 mL;发酵结束时对照组的氨氮浓度为1660 mg·L~(-1),沸石添加量20%的试验组的氨氮浓度分别为1261 mg·L~(-1),氨氮浓度下降了24.04%。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S216.4
【图文】：

技术路线图,技术路线,总氨氮浓度,气量

废弃物挥发性固体比为 1:0，2:1，1:1 ，3 种配比，按 5%、10%、20%（V/个梯度加入沸石（基于工作体积比），同时每组配比以不加沸石的处理作为对，记为 0%。用去离子水将购置的沸石冲洗三次，之后在 105 ℃干燥箱中干燥 24 h 备用。每个处理设 2 个重复，将只添加接种物的处理作为空白组，测试物日产气量，以计算其他各处理每日净产气量。采用 BMP 试验装置进行批次（35±1）℃发酵实验，每天 9 时和 17 时，调整振速为 100 r/min，振荡 25 m天 19 时记录产气刻度，以计算产气体积。分别在发酵的第 0、10、20、30、时取发酵液样品，测定各组的日产气量、pH 值，总氨氮浓度指标。探究添加质量分数（0%、5%、10%、20%）的沸石对鸡粪和苹果渣共发酵的日产气量烷含量、pH 值，总氨氮浓度和累积产气量的影响，并采用一级动力学模型ansfer 模型和 Cone 模型对鸡粪和苹果渣共发酵的累积产气率进行了动力学。3.3 技术路线本研究的技术路线图如图 1-1 所示。

集气管,刻度,导气管,恒温水浴

表 2-2 沸石理化特性Table 2-2 Chemical composition and physical characteristics of natural zeol主要化学成分(%)比表Al2O3Fe2O3CaO MgO K2O 10.26 2.03 3.57 0.97 1.94 506.10验装置装置为上海交通大学农业与生物学院生物质能工程研究中心自置（图 1-1），主要由恒温水浴摇床、发酵瓶、取样管、导气管、口、排水管、集水槽组成。其工作流程为：将发酵原料与接种 pH 值，注入发酵瓶密封，然后置于恒温水浴摇床中。消化过导气管进入装有饱和食盐水的密闭刻度集气管中，以排水法收测定集气管上的刻度，刻度集气管内沼气产生的压力通过大气和饱和蒸汽压来计算，将每日产气量转化为标准状态下（27 KPa）的体积。

【参考文献】