混合畜禽粪便厌氧发酵特性试验研究
发布时间：2020-08-06 09:41
【摘要】： 随着畜牧业生产规模的不断扩大,未经处理的畜禽粪便对环境造成了严重的污染。采用厌氧发酵技术处理畜禽粪便,既可以获得生物质能源——沼气,又能将处理后残余的沼液、沼渣作为肥料。进而在解决畜禽粪便污染环境问题的同时又实现粪便的能源化利用。为了充分发挥沼气工业化生产在净化环境和能源生产方面的作用,解决单一粪便发酵产气率低的问题,有必要开展关于厌氧发酵处理多种类混合物料的研究。 本试验以鸡粪、猪粪和牛粪为原料进行了两方面的研究:在序批式厌氧发酵系统中进行鸡粪、猪粪、牛粪的产气特性对比试验,周期为21天,为混合物料试验打基础;将鸡粪和猪粪分别与牛粪混合进行连续性厌氧发酵产气试验,周期为96天,根据鸡粪、猪粪和牛粪的碳氮比(C/N)的不同,将牛粪与猪粪、鸡粪分别混合,改变混合物料中各组分的比例,获得更高的产气率。研究结论如下: 1.单一粪便发酵,原料的差异对pH值无显著影响。鸡粪和牛粪混合,鸡粪占混合液总固体的百分含量的变化对pH值影响较大;猪粪和牛粪混合,猪粪占混合液总固体的百分含量的变化对pH值影响不显著。 2.单一粪便发酵,原料的差异对挥发酸及其组份含量影响不大。鸡粪和牛粪混合,鸡粪占混合液总固体的百分含量的变化对挥发酸及其组份含量影响较大;猪粪和牛粪混合,猪粪占混合液总固体的百分含量的变化对挥发酸及其组份含量影响不显著。 3.序批式厌氧发酵试验的COD去除率最大值分别为46.9%、50.8%和39.8%,日均COD去除率不足2.5%;连续性厌氧发酵试验的日均COD去除率在5%~7%之间。连续性试验与序批式试验相比COD去除效率较好。 4.鸡粪、猪粪和牛粪在21天的厌氧发酵期间,平均池容产气率分别为1.26 L/(L·d)、1.01 L/(L·d)和0.93 L/(L·d),最大池容产气率1.78 L/(L·d)、1.46 L/(L·d)和1.35 L/(L·d);甲烷百分含量最大值分别为83.5%、76.5%和72.5%。在牛粪中添加鸡粪或猪粪均可以显著提高产气率,并且沼气中的甲烷含量也有所增加。鸡粪和牛粪混合,鸡粪占混合液总固体的50%时,池容产气率达到最大值,为2.23 L/(L·d),甲烷产率达到最大值,为1.89 L/(L·d),鸡粪占混合液总固体的30%时,甲烷百分含量达到最大值,为85.3%;猪粪和牛粪混合,猪粪占混合液总固体的70%时池容产气率达到最大值,为1.99 L/(L·d)),甲烷产率达到最大值,为1.55 L/(L·d),猪粪和牛粪混合,猪粪占混合液总固体的40%时,甲烷百分含量达到最大值,为83.4%。 粪便混合后,提高了单一粪便厌氧发酵产气率,大大提高了反应装置的效率,表明厌氧发酵系统更适于处理多种类混合发酵原料,从而高效率地处理环境污染与能源生产问题。
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：S216.4
【图文】：
pH 值是检测系统是否稳定运行的重要指标，产酸菌对酸碱度的适应范围较广，一般在4.5-8.0 之间，产甲烷菌对酸碱环境变化敏感，要求环境介质在中性附近，一般 pH 值为 6.4～7.8，最适 pH 值在 7.0～7.2，若 pH 值失常，会使产酸菌和产甲烷菌受到抑制，影响厌氧发酵的进行。pH 值用便携式酸度计（精度：0.01）测定，每天一次。2.4.2.5 气体成分及含量的测定沼气是一种可燃性气体混合物，它的主要成分是 CH4和 CO2，还有少量 H2S、CO、H2、和 NH3。本试验产生的沼气采用安捷伦的 6890 型气相色谱仪测量气体成分，利用已知纯 CH4、纯 CO2和未知样品进行对照分析，比较在相同条件下所获得的色谱图：CH4色谱图见图 2-3，CO2色谱图见图 2-4。并用归一法进行定量分析；选用 TCD 检测器，HP-PL0TU 型毛细管柱，色谱条件如下：色谱柱：19095P－U04（length：30meters、ID：0.53mm、Film：20μm）；柱温：程序升温法，70℃持续 2min，以 15 ℃ /min的速度增长 2min，时间共 4min；气化室温度：180℃，载气（H2）压力：4.91psi，流速：10mL/min；TCD 检测器：250℃，载气（H2）流速：7mL/min。
图 2-4 CO2气相色谱图Fig.2-4 Gas chromatogram of CO2定性分析：用已知纯物质的混合物和未知样品进行对照分析，比较在相同条件下所的色谱图。定量分析：利用归一法，把样品中所有组分的含量之和按 100%计算，以它应的色谱峰面积或峰高为定量参数，通用下列公式计算各组分含量：式中：iA－ 表示峰面积2.3.2.6 料液浓度的测定式中：M— 料液浓度∑∑+=XWXmMiii0%100%1=×∑=niiiiAAm
离心 20～30min，取上层透明清液 3mL，加入 0.15mL 浓甲酸，最终 pH 值为 2 左右(控制在 3 以下)。用已知样校正进行定量，其方法是配制已知浓度的标准样（与样品组分一致），进行色谱试验，测量标准样各组份的峰高（或峰面积），求出组分 i 的单位峰高（或峰面积）的组分含量校正值或作出峰高和浓度的标准曲线。当样品组分的浓度变化不大时，可采用单点校正法。当样品组分浓度变化很大时，则须预先用标准样作出浓度和峰高或峰面积的标准曲线，观察其标准曲线是不是通过原点的直线，即是否呈线性。若呈线性，就可用单点校正法，按下面的公式计算式中：ci—为待测样品浓度（μg/g）Hi—待测样品峰高（mm）cs—标准样品浓度（μg/g）Hs—标准样品峰高（mm）V总—待测样品体积+甲酸体积V样—待测样品体积（mL）图 2-5 是一组代表性的挥发性脂肪酸的色谱图。7.783min、8.963min、9.935min 和11.183min 出现的峰分别表示乙酸、丙酸、丁酸和戊酸。样总VV=××issiHHcc
本文编号：2782191
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：S216.4
【图文】：
pH 值是检测系统是否稳定运行的重要指标，产酸菌对酸碱度的适应范围较广，一般在4.5-8.0 之间，产甲烷菌对酸碱环境变化敏感，要求环境介质在中性附近，一般 pH 值为 6.4～7.8，最适 pH 值在 7.0～7.2，若 pH 值失常，会使产酸菌和产甲烷菌受到抑制，影响厌氧发酵的进行。pH 值用便携式酸度计（精度：0.01）测定，每天一次。2.4.2.5 气体成分及含量的测定沼气是一种可燃性气体混合物，它的主要成分是 CH4和 CO2，还有少量 H2S、CO、H2、和 NH3。本试验产生的沼气采用安捷伦的 6890 型气相色谱仪测量气体成分，利用已知纯 CH4、纯 CO2和未知样品进行对照分析，比较在相同条件下所获得的色谱图：CH4色谱图见图 2-3，CO2色谱图见图 2-4。并用归一法进行定量分析；选用 TCD 检测器，HP-PL0TU 型毛细管柱，色谱条件如下：色谱柱：19095P－U04（length：30meters、ID：0.53mm、Film：20μm）；柱温：程序升温法，70℃持续 2min，以 15 ℃ /min的速度增长 2min，时间共 4min；气化室温度：180℃，载气（H2）压力：4.91psi，流速：10mL/min；TCD 检测器：250℃，载气（H2）流速：7mL/min。
图 2-4 CO2气相色谱图Fig.2-4 Gas chromatogram of CO2定性分析：用已知纯物质的混合物和未知样品进行对照分析，比较在相同条件下所的色谱图。定量分析：利用归一法，把样品中所有组分的含量之和按 100%计算，以它应的色谱峰面积或峰高为定量参数，通用下列公式计算各组分含量：式中：iA－ 表示峰面积2.3.2.6 料液浓度的测定式中：M— 料液浓度∑∑+=XWXmMiii0%100%1=×∑=niiiiAAm
离心 20～30min，取上层透明清液 3mL，加入 0.15mL 浓甲酸，最终 pH 值为 2 左右(控制在 3 以下)。用已知样校正进行定量，其方法是配制已知浓度的标准样（与样品组分一致），进行色谱试验，测量标准样各组份的峰高（或峰面积），求出组分 i 的单位峰高（或峰面积）的组分含量校正值或作出峰高和浓度的标准曲线。当样品组分的浓度变化不大时，可采用单点校正法。当样品组分浓度变化很大时，则须预先用标准样作出浓度和峰高或峰面积的标准曲线，观察其标准曲线是不是通过原点的直线，即是否呈线性。若呈线性，就可用单点校正法，按下面的公式计算式中：ci—为待测样品浓度（μg/g）Hi—待测样品峰高（mm）cs—标准样品浓度（μg/g）Hs—标准样品峰高（mm）V总—待测样品体积+甲酸体积V样—待测样品体积（mL）图 2-5 是一组代表性的挥发性脂肪酸的色谱图。7.783min、8.963min、9.935min 和11.183min 出现的峰分别表示乙酸、丙酸、丁酸和戊酸。样总VV=××issiHHcc
【引证文献】
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