高固浓度玉米秸秆厌氧发酵产酸特性及其对产沼气的影响

发布时间：2018-02-02 18:11

本文关键词： 玉米秸秆高固体厌氧发酵挥发酸沼气　出处：《沈阳农业大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：我国农作物秸秆资源丰富,通过厌氧发酵技术有效利用秸秆等生物质能源,将其转化为沼气及有机副产物是秸秆能源化利用中的一项重要途径。挥发性脂肪酸(VFAs)是厌氧发酵产甲烷过程中重要的中间产物,是发酵能否顺利进行的关键因素。本研究以玉米秸秆为发酵底物,在中温条件下对其高固体浓度厌氧发酵过程中的挥发酸产生特征及酸累积对产沼气的影响进行研究,同时通过外源添加调节剂来防止酸抑制,促进产沼气的进行。以期为提高玉米秸秆高固体厌氧发酵效率,合理调控厌氧发酵工艺,提高秸秆沼气工程产气量,提供理论依据和参考。所取得的主要结论如下:(1)玉米秸秆不同TS浓度处理组(15%、20%、25%、30%)中温厌氧发酵过程中日产气量均为先增加后减少,35d发酵周期内累计产量分别为12070mL、15150mL、12970mL、7850mL。其中TS浓度为20%处理组累计产气量最高,30%处理组累计产气量最低,各处理组TS去除率分别为47.72%、55.03%、50.32%、42.12%,TS产气率分别为 0.235m3/kg、0.298m3/kg、0.221m3/kg、0.189m3/kg。TS 浓度为 30%处理组 pH 值波动较大,出现了酸抑制现象。(2)各处理组厌氧发酵过程中产生的挥发酸主要是乙酸和丙酸,其中乙酸占主导地位,在14d时乙酸产量最大。各处理组挥发酸总量最高分别达到7200mg/L、7460mg/L、8210 mg/L 和 8300 mg/L,乙酸最大值分别为 2900mg/L、3900 mg/L、3200 mg/L 和 2400 mg/L,丙酸最大值分别为 2120mg/L、1630 mg/L、2010 mg/L、2470 mg/L,丁酸最大值分别为550 mg/L、630 mg/L、550mg/L和200 mg/L;乙酸转化产甲烷的速率较快,随着产甲烷菌的作用,挥发酸浓度逐渐降低并维持稳定。(3)在TS浓度为15%的条件下,添加不同浓度的乙酸、丙酸、丁酸进行各分酸耐受浓度厌氧发酵试验,探讨不同挥发酸累积对玉米秸秆高固体厌氧发酵的影响。结果表明其厌氧发酵系统对乙酸的耐受浓度小于6g/L,在2g/L和4g/L的乙酸质量浓度条件下,能够连续产气,日最高产气量分别为630mL和660mL,累计产气量分别为15700mL、17180mL,启动后pH值可以在厌氧发酵正常范围内变化;发酵系统对丙酸的耐受浓度小于4g/L,当丙酸浓度为2g/L时日最高产气量和累计产气量分别为650mL和14060mL,启动后pH值在6.5和7.5之间变化;发酵系统对丁酸的耐受浓度小于8g/L。在2g/L、4 g/L和6g/L的丁酸质量浓度条件下,能够连续产气,且浓度为6g/L的丁酸组厌氧发酵状态最好,累计产气量分别为12980mL、13290mL、16260mL,初始pH值较低,发酵启动后pH值逐渐上升,最终稳定在6.5和7.5之间。(4)外源添加不同浓度Fe2+的厌氧发酵试验中,结果表明:添加适量浓度Fe2+的试验组其产气量要高于未添加组,加入微量金属Fe2+在浓度为2.0mg/L时发酵效果最好,产气量最大,日产气量达到790mL,发酵周期内累计产气量为17760mL,TS和VS去除率分别为55.03%、53.26%。总挥发酸产量中,乙酸占主导地位,乙酸产量丙酸产量,乙酸产量高的产气量大,产气效果好,丙酸产量越高,产气抑制越明显。(5)生物炭+Fe2+的共同添加试验中,挥发酸总量的最大值分别为5550mg/L,5780mg/L,6030mg/L,6680mg/L,5010 mg/L,4620mg/L。各处理组产乙酸的最大值分别为 4240mg/L、2880mg/L、2830mg/L,产丙酸最大值分别为 1640mg/L,1820mg/L,1930mg/L,2030mg/L,1540mg/L,1620mg/L;对比不加生物炭的处理组,结果表明,生物炭+ Fe2+协同作用对厌氧发酵的产酸产气有促进作用。
[Abstract]:The results are as follows : ( 1 ) The results are as follows : ( 1 ) The yield of volatile acids in the process of anaerobic fermentation is 12070mL , 15150mL , 12970mL and 7850 mL respectively . The results are as follows : ( 1 ) The concentration of TS is the highest in the process of anaerobic fermentation . The removal rates of TS in each treatment group are 47.72 % , 55.03 % , 50.32 % , 42.12 % , 0.189m3 / kg , 0.221m3 / kg , 0.189m3 / kg . The concentration of TS is 30 % . ( 2 ) The volatile acids produced during anaerobic fermentation in each treatment group were mainly acetic acid and propionic acid , wherein acetic acid predominates , the yield of acetic acid was the highest at 14 d . The maximum amount of volatile acids in each treatment group reached 7200 mg / L , 7460 mg / L , 8210 mg / L and 8300 mg / L respectively . The maximum value of acetic acid was 2,120 mg / L , 30 mg / L , 200 mg / L and 200 mg / L respectively . The maximum value of acetic acid was 550 mg / L , 630 mg / L , 550 mg / L and 200 mg / L , respectively . ( 3 ) Under the condition of TS concentration of 15 % , different concentrations of acetic acid , propionic acid and butyric acid were added to carry out anaerobic fermentation test on high solid anaerobic fermentation of corn stover . ( 5 ) The maximum value of total volatile acid was 5550mg / L , 5780 mg / L , 6030mg / L , 6680 mg / L , 30mg / L and 4620mg / L respectively . The maximum value of acetic acid in each treatment group was 4240mg / L , 2880 mg / L , 1930mg / L , 2030mg / L , 1540mg / L and 1620mg / L , respectively .

【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S216.4

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