产甲烷菌群对鸡粪厌氧发酵的生物强化作用研究
发布时间：2021-10-29 15:37
厌氧发酵技术在禽畜粪便的处理中已得到广泛的应用。当鸡粪作为单一原料进行厌氧发酵时,其发酵液的氨氮浓度较高,抑制产甲烷菌群的活性,导致厌氧发酵产酸与产甲烷阶段失衡,出现挥发性脂肪酸累积,最终导致产气量下降甚至系统失败。本文采用外源添加产甲烷菌群对鸡粪批式厌氧发酵进行生物强化,考察不同菌群添加量对鸡粪厌氧发酵的促进作用,确定一定范围内的最优菌群添加量。再将该最优菌群添加量应用于鸡粪连续发酵实验中,探究生物强化对连续发酵中不同有机负荷下发酵性能的促进作用,以及生物强化系统停止添加产甲烷菌群前后自身发酵性能的变化。此外,从微生物群落组成及演替方面揭示了生物强化的作用机制。主要研究结果如下:（1）在鸡粪厌氧发酵的批式实验中,对比了投加不同产甲烷菌群剂量的生物强化系统的发酵性能、强化效果和微生物群落的变化规律。结果表明:不同菌群添加剂量下的生物强化系统,累积产甲烷量均得到提高,且添加剂量越大,累积甲烷产量越高;菌群添加量分别为0.07、0.14、0.21、0.27和0.34 g VSBS/g VSCM的生物强化组,累计产甲烷率分别为未生物强化系统的1.2...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
批式厌氧发酵系统图
产甲烷菌群对鸡粪厌氧发酵的生物强化作用研究34产气仍然高于对照组C。其中在180-240d稳定运行时，和前180天的池容产气率相比，仍然在稳步提升，这说明停止添加菌群对组B的池容产气率影响较校在整个实验过程中，组B的最大池容产气率出现在240d，为1.96LL-1d-1，组C的最大池容产气率出现在226d，为1.64LL-1d-1。当OLR为5.0gVSL-1d-1时，反应器超负荷运行，组B和组C的池容产气率都开始下降，但组B的下降速度明显比组C慢，这表明生物强化对于系统的池容产气率存在一定影响。图3.2菌群添加对池容产气率的影响Figure3.2Effectofbioaugmentationseedsonthevolumebiogasproduction有无生物强化对于甲烷含量的影响和日产甲烷率（DMY）的变化如图3.3所示。从图中可以看出，在第1-240d内，生物强化组B的甲烷含量相比于对照组C的甲烷含量并没有明显增加，两组的甲烷百分比均在47%-61%之间波动。在最后30d时，两者的产气都出现下降，并且未生物强化组C的甲烷含量出现明显下降，最后降至12%。而生物强化组B的甲烷含量无明显变化。观察两组日产甲烷率的变化，从实验启动时，两者的日产气率均显著增加。在第13d之后，日产甲烷率都在一定范围内波动。在第13d到第250d之间，未生物强化组C的日产甲烷率基本在160-210mLg-1VS之间。生物强化组B的日产甲烷率基本保持在190-260mLg-1VS之间。但从第251d开始，两组的日产气率均出现下降。其中在第270d实验结束时，对照组的日产气率已经降至6mLg-1VS，此时生物强化组的日产气率为82mLg-1VS，是未生物强化组的14倍。因此，对照组C和生物强化组B的最大承载的有机负荷均为4.5gVSL-1d-1。
硕士学位论文37过程中，HAc和HPr是主要的挥发性脂肪酸，测试结果显示其他的VFA浓度非常小，则可以忽略不计（图中未显示）。从图3.4a可以看出，在实验的前220d，组C的总VFA浓度在480-2700mgL-1范围内，而在第220-270d，TVFA累积浓度迅速升高，在第270d时VFA浓度已升至32000mgL-1以上。由图3.4b和图3.4c可以看出，和丙酸相比，乙酸的累计浓度更高。在前240d中，乙酸浓度均低于2600mgL-1，而最后一个HRT时，乙酸浓度出现快速增加，增加至第270d的28000mgL-1以上。在前60d时丙酸浓度在140-1350mgL-1的范围之内，从第60-227d，丙酸浓度均低于1000mgL-1。第227d之后，丙酸的累积浓度也开始迅速增加，最终累积的浓度在3300mgL-1左右。图3.4未生物强化系统中总挥发酸浓度及乙酸和丙酸浓度Figure3.4VFAs,aceticacidandpropionicacidconcentrationofun-bioaugmentedgroup图3.5a为生物强化组B的总VFA浓度，在前220d中，生物强化组B的TVFA浓度在0-2300mgL-1范围内，低于组C（480-2700mgL-1）。在第220d以后，总VFA浓度也在呈总体增长的趋势。在实验结束时（第270d），总VFA浓度为11000mgL-1左右，低于组C（32000mgL-1），两者相差21000mgL-1。图3.5b显示在前240d中，组B的乙酸浓度在0-1600mgL-1之间波动，和组C（200-2600mgL-1）相比，累积乙酸浓度较低。图3.5c中可以看出生物强化组B从第36d开始到第210d之内丙酸几乎没有出现累积现象。之前有研究表明，当丙酸盐的浓度超过1000mgL-1时，就会抑制沼气产量的产生。组C和组B的丙酸盐浓度分别在第227d和第254d后超过了1000mgL-1。
【参考文献】：
期刊论文
[1]餐厨垃圾资源化利用技术研究现状及展望[J]. 周俊,王梦瑶,王改红,马利钦,罗丽雯,黄焕忠. 生物资源. 2020(01)
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[5]蛋鸡粪污处理与资源化利用技术模式[J]. 杨国强. 云南畜牧兽医. 2018(04)
[6]梯度提高进料浓度对鸡粪连续中温发酵产甲烷的影响[J]. 乔玮,熊林鹏,毕少杰,任征然,尹冬敏,董仁杰. 农业工程学报. 2018(09)
[7]试析鸡粪资源化处理与利用技术[J]. 朱宁欣,龙东海,张英. 农业与技术. 2017(21)
[8]产氢菌对沼气发酵的生物强化作用[J]. 王芳,刘晓飞,刘晓风,袁月祥,闫志英,贺蓉娜,廖银章. 应用与环境生物学报. 2013(02)
[9]厌氧消化过程氨抑制研究进展[J]. 杜连柱,杨继东,张克强,梁军锋,崔文文. 可再生能源. 2012(04)
[10]热电肥联产大型鸡场废弃物沼气工程技术[J]. 李倩,蓝天,寿亦丰,蔡磊,蔡昌达. 中国工程科学. 2011(02)
博士论文
[1]丙酸产甲烷菌系的驯化过程及生物强化作用研究[D]. 李颖.中国农业大学 2017
硕士论文
[1]构树叶与有机废弃物共发酵产甲烷特性研究[D]. 何宇.兰州理工大学 2019
[2]产氢产乙酸优势菌群构建及其对厌氧消化系统的强化效应[D]. 王硕.哈尔滨工业大学 2009
[3]沼气系统生物强化及相关研究[D]. 程林.安徽农业大学 2008
本文编号：3464928
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
批式厌氧发酵系统图
产甲烷菌群对鸡粪厌氧发酵的生物强化作用研究34产气仍然高于对照组C。其中在180-240d稳定运行时，和前180天的池容产气率相比，仍然在稳步提升，这说明停止添加菌群对组B的池容产气率影响较校在整个实验过程中，组B的最大池容产气率出现在240d，为1.96LL-1d-1，组C的最大池容产气率出现在226d，为1.64LL-1d-1。当OLR为5.0gVSL-1d-1时，反应器超负荷运行，组B和组C的池容产气率都开始下降，但组B的下降速度明显比组C慢，这表明生物强化对于系统的池容产气率存在一定影响。图3.2菌群添加对池容产气率的影响Figure3.2Effectofbioaugmentationseedsonthevolumebiogasproduction有无生物强化对于甲烷含量的影响和日产甲烷率（DMY）的变化如图3.3所示。从图中可以看出，在第1-240d内，生物强化组B的甲烷含量相比于对照组C的甲烷含量并没有明显增加，两组的甲烷百分比均在47%-61%之间波动。在最后30d时，两者的产气都出现下降，并且未生物强化组C的甲烷含量出现明显下降，最后降至12%。而生物强化组B的甲烷含量无明显变化。观察两组日产甲烷率的变化，从实验启动时，两者的日产气率均显著增加。在第13d之后，日产甲烷率都在一定范围内波动。在第13d到第250d之间，未生物强化组C的日产甲烷率基本在160-210mLg-1VS之间。生物强化组B的日产甲烷率基本保持在190-260mLg-1VS之间。但从第251d开始，两组的日产气率均出现下降。其中在第270d实验结束时，对照组的日产气率已经降至6mLg-1VS，此时生物强化组的日产气率为82mLg-1VS，是未生物强化组的14倍。因此，对照组C和生物强化组B的最大承载的有机负荷均为4.5gVSL-1d-1。
硕士学位论文37过程中，HAc和HPr是主要的挥发性脂肪酸，测试结果显示其他的VFA浓度非常小，则可以忽略不计（图中未显示）。从图3.4a可以看出，在实验的前220d，组C的总VFA浓度在480-2700mgL-1范围内，而在第220-270d，TVFA累积浓度迅速升高，在第270d时VFA浓度已升至32000mgL-1以上。由图3.4b和图3.4c可以看出，和丙酸相比，乙酸的累计浓度更高。在前240d中，乙酸浓度均低于2600mgL-1，而最后一个HRT时，乙酸浓度出现快速增加，增加至第270d的28000mgL-1以上。在前60d时丙酸浓度在140-1350mgL-1的范围之内，从第60-227d，丙酸浓度均低于1000mgL-1。第227d之后，丙酸的累积浓度也开始迅速增加，最终累积的浓度在3300mgL-1左右。图3.4未生物强化系统中总挥发酸浓度及乙酸和丙酸浓度Figure3.4VFAs,aceticacidandpropionicacidconcentrationofun-bioaugmentedgroup图3.5a为生物强化组B的总VFA浓度，在前220d中，生物强化组B的TVFA浓度在0-2300mgL-1范围内，低于组C（480-2700mgL-1）。在第220d以后，总VFA浓度也在呈总体增长的趋势。在实验结束时（第270d），总VFA浓度为11000mgL-1左右，低于组C（32000mgL-1），两者相差21000mgL-1。图3.5b显示在前240d中，组B的乙酸浓度在0-1600mgL-1之间波动，和组C（200-2600mgL-1）相比，累积乙酸浓度较低。图3.5c中可以看出生物强化组B从第36d开始到第210d之内丙酸几乎没有出现累积现象。之前有研究表明，当丙酸盐的浓度超过1000mgL-1时，就会抑制沼气产量的产生。组C和组B的丙酸盐浓度分别在第227d和第254d后超过了1000mgL-1。
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[7]试析鸡粪资源化处理与利用技术[J]. 朱宁欣,龙东海,张英. 农业与技术. 2017(21)
[8]产氢菌对沼气发酵的生物强化作用[J]. 王芳,刘晓飞,刘晓风,袁月祥,闫志英,贺蓉娜,廖银章. 应用与环境生物学报. 2013(02)
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博士论文
[1]丙酸产甲烷菌系的驯化过程及生物强化作用研究[D]. 李颖.中国农业大学 2017
硕士论文
[1]构树叶与有机废弃物共发酵产甲烷特性研究[D]. 何宇.兰州理工大学 2019
[2]产氢产乙酸优势菌群构建及其对厌氧消化系统的强化效应[D]. 王硕.哈尔滨工业大学 2009
[3]沼气系统生物强化及相关研究[D]. 程林.安徽农业大学 2008
本文编号：3464928
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