零价铁与四氧化三铁促进农业废弃物厌氧发酵产气的研究

发布时间：2020-11-11 08:49

　　近年来,厌氧生物处理技术在农业领域得到了广泛的应用,这主要是因为厌氧生物处理技术在降解农业废弃物的同时能够产生可利用的能源——沼气,而且厌氧发酵后的沼液及沼渣可以作为农作物肥料,这样既实现了农业废弃物的能源化利用又解决了农业废弃物的环境污染问题。但是,在实际生产生活应用中传统的厌氧发酵技术,也面临着处理效果差、厌氧发酵产气效率低等难题。而铁以及其氧化物作为一种较好的还原剂,可以通过强化厌氧氛围来提高产气速率,增大产气量,以此来强化厌氧消化的处理效果。为此,本论文主要研究ZVI(零价铁)对蔬菜厌氧发酵产气效率的影响、ZVI(零价铁)和Fe_3O_4对猪粪废水厌氧发酵产气及铜锌砷生物有效性的影响、ZVI(零价铁)和Fe_3O_4对猪粪废水连续发酵产气效率的影响。得到以下结论:1.ZVI(零价铁)对蔬菜厌氧发酵产气效率的影响。通过设置R1(0g·L~(-1)ZVI)、R2(5g·L~(-1)ZVI)、R3(20g·L~(-1)ZVI)、R4(40g·L~(-1)ZVI)实验组,研究各组产气效率。结果表明:经过30天的厌氧发酵四组比产气量分别为74.7±0.6(R1)、255.3±36.1(R2)、194.6±119.9(R3)、236.7±20.9(R4)m L·g~(-1)TS;比产甲烷量分别为47.8±0.5(R1)、169.3±23.9(R2)、128.7±79.4(R3)、128.3±18.3(R4)m L·g~(-1)TS。与R1相比,ZVI组的比产气量分别提高了241.8%(R2)、160.5%(R3)、216.9%(R4);ZVI组的比产甲烷产量分别提高了254.2%(R2)、169.2%(R3)、168.4%(R4)。同时ZVI组厌氧发酵技术时间由21天缩短到18天。因此,零价铁提高了蔬菜厌氧发酵的产气效率和缩短了发酵技术时间,本实验最佳的零价铁投加量5g·L~(-1)。2.ZVI(零价铁)和Fe_3O_4对猪粪废水厌氧发酵产气效率的影响。通过设置R1(0g·L~(-1) ZVI)、R2(20g·L~(-1) ZVI)、R3(10g·L~(-1)Fe_3O_4)、R4(20g·L~(-1)ZVI和10g·L~(-1)Fe_3O_4)实验组,研究各组产气效率。结果表明:经过30天的厌氧发酵四组比产气量分别为397.7±15.1(R1)、427.3±16.1(R2)、433.2±41.4(R3)、444.3±10.0(R4)m L·g~(-1)TS;比产甲烷量分别为236.1±8.8(R1)、282.7±11.1(R2)、287.7±27.2(R3)、298.0±7.0(R2)m L·g~(-1)TS。与R1相比,其他三组的比产气量分别提高了7.4%(R2)、8.9%(R3)、11.7%(R4);比产甲烷产量分别提高了19.7%(R2)、21.9%(R3)、26.2%(R4)。结果表明通过投加零价铁和四氧化三铁可以不同程度的提高猪粪废水厌氧发酵的产气效率,当零价铁和四氧化三铁同时投加于猪粪厌氧发酵系统时效果最佳。3.ZVI(零价铁)和Fe_3O_4对猪粪废水厌氧发酵过程中铜锌砷生物有效性的影响。通过设置R1(0g·L~(-1)ZVI)、R2(20g·L~(-1)ZVI)、R3(10g·L~(-1)Fe_3O_4)、R4(20g·L~(-1)ZVI和10g·L~(-1)Fe_3O_4)实验组,研究各组铜锌砷的生物有效性。结果表明:经过30天的厌氧发酵,在实验结束时各组铜的三种形态(可交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态)浓度之和分别为58.1(R1)mg·kg~(-1)、10.9(R2)mg·kg~(-1)、28.1(R3)mg·kg~(-1)、14.0(R4)mg·kg~(-1);锌的三种形态(可交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态)浓度之和分别为705.8(R1)mg·kg~(-1)、468.7(R2)mg·kg~(-1)、541.8(R3)mg·kg~(-1)、418.1(R4)mg·kg~(-1);砷的三种形态(可交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态)浓度之和分别为17.7(R1)mg·kg~(-1)、12.3(R2)mg·kg~(-1)、14.7(R3)mg·kg~(-1)、10.75(R4)mg·kg~(-1)。与R1比,其他三组铜的生物有效性分别降低73.45%(R2)、-33.9%(R3)、60.45%(R4);锌的生物有效性分别降低了8.9%(R2)、15.9%(R3)、17.7%(R4);砷的生物有效性分别降低了24.9%(R2)、-62.2%(R3)、2.7%(R4);这说明零价铁可以降低猪粪厌氧发酵沼渣中铜锌砷的生物有效性,但是四氧化三铁对猪粪厌氧发酵液中铜砷的生物有效性有提高作用。4.ZVI(零价铁)和Fe_3O_4对猪粪废水连续发酵产气效率的影响的初步研究。实验结果表明:在高负荷和中负荷条件下零价铁对厌氧发酵产气有抑制作用,而且抑制作用大小与零价铁的投加量成正比。但是在高负荷和中负荷条件下四氧化三铁对厌氧发酵产气都有促进作用。在低负荷条件下零价铁和四氧化三铁对厌氧发酵产气效果无显著影响。并且每组中低负荷下单位COD产气量都是最高,其次是中负荷,高负荷下每组的单位COD产气量最低。
【学位单位】：安徽农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：S216.4
【文章目录】：
摘要
Abstract
符号说明
1.绪论
    1.1 蔬菜废弃物特性及其厌氧发酵概述
    1.2 猪粪废水特性及其厌氧发酵概述
    1.3 厌氧发酵概述
        1.3.1 厌氧发酵的基本原理
        1.3.2 厌氧发酵的影响因素
    1.4 零价铁强化厌氧技术产气概述
        1.4.1 零价铁技术的概述
        1.4.2 零价铁技术的研究进展
    1.5 研究的目的、意义和内容
        1.5.1 课题研究的目的及意义
        1.5.2 课题研究的内容
2.实验材料、方法与内容
    2.1 实验材料
        2.1.1 实验原料及污泥
        2.1.2 实验装置
        2.1.3 主要实验仪器
        2.1.4 主要实验试剂
    2.2 实验方案
        2.2.1 ZVI对蔬菜厌氧发酵产气效率的影响
3O₄对猪粪厌氧发酵产气及铜锌砷生物有效性的影响'>        2.2.2 ZVI和Fe₃O₄对猪粪厌氧发酵产气及铜锌砷生物有效性的影响
3O₄对猪粪废水连续发酵产气效率的影响'>        2.2.3 ZVI和Fe₃O₄对猪粪废水连续发酵产气效率的影响
    2.3 分析项目及检测方法
    2.4 数据统计
3. 实验结果与数据分析
    3.1 零价铁对蔬菜厌氧发酵产气效率的影响
        3.1.1 产气效率的影响
        3.1.2 产气动力学的影响
        3.1.3 厌氧发酵工艺稳定性的影响
3O₄对猪粪厌氧发酵产气及铜锌砷生物有效性的影响'>    3.2 ZVI和Fe₃O₄对猪粪厌氧发酵产气及铜锌砷生物有效性的影响
        3.2.1 产气效率的影响
        3.2.2 产气动力学的影响
        3.2.3 厌氧发酵工艺稳定性的影响
        3.2.4 铜锌砷生物有效性的影响
3O₄对猪粪废水连续发酵产气效率的影响'>    3.3 ZVI和Fe₃O₄对猪粪废水连续发酵产气效率的影响
        3.3.1 产气效率的影响
        3.3.2 厌氧发酵工艺稳定性的影响
4.讨论
5.结论
参考文献
致谢
作者简介

【参考文献】

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