牛粪厌氧消化产沼气工艺研究

【摘要】：20世纪90年代后期,随着我国农业结构的有效调整以及农业产业化的快速推进,兽禽养殖业逐渐趋于规模化、集约化,同时也从而导致兽禽粪便量远远超过其周围环境所能消纳的容量。由于管理的相对滞后,以及自然分解能力水平的有限,严重的影响了生态环境及景观、居民的身体健康。 利用厌氧消化产沼气技术处理兽禽粪便不仅处理成本较低,即能减轻环境污染问题,又能获得沼气能源,保护环境和废弃物资源化的相互协调,具有环保、经济、能源、生态等诸多效益,在兽禽粪便的处理中得到了广泛的应用。本文围绕牛粪厌氧消化产沼气工艺,探讨影响牛粪厌氧消化产沼气工艺的关键因素。主要的研究结果如下： 不同温度对牛粪厌氧消化产沼气的影响：设定高温(50±1℃),中温(35±1℃)和常温三个消化温度,消化时间为30天。结果发现高温条件下牛粪厌氧消化启动最快,中温次之,常温最慢。由于高温厌氧消化过程中产气量的不稳定性,高温消化、中温消化及常温消化的累积产气量分别为99669mL、99640mL和19690mL,同时纤维素的降解率随消化温度增高而增大,但考虑到沼气产气潜力及加热的需求,选择最佳的消化温度对于经济节约是至关重要的因素之一,并且高温厌氧消化更易受到毒性物质及温度波动的影响,温度的波动会对厌氧消化工艺造成严重的影响。因此,相比高温厌氧消化来讲,中温厌氧消化更加稳定经济。 高固体浓度厌氧消化工艺在中温(35±1℃)条件下,考察了进料总固体含量分别为15%,20%,25%,30%的新鲜牛粪在5L反应器中厌氧消化产沼气的消化过程,四组厌氧消化期间都经历了产气高峰,相对稳定和结束三个阶段。结果表明,随着固含量的增大,累积产气量也在增大,其值从小到大依次为60887ml,84670ml,89977ml,122975ml。VS去除率分别为32.9%,25.3%,21.9%,16.45%,进出料pH值均在6.8-7.4之间,实现厌氧消化的顺利启动,但纤维素的降解率并没有随固含量的增加而增大,纤维素降解率最高的为固含量为20%实验组；中温(35±1℃)的条件下,考察了接种量分别为25%、30%、35%和40%的新鲜牛粪在5L反应体系中厌氧消化产沼气的消化过程,结果表明：累积产气量随接种量的增加而增大,40%接种量比35%接种量的累积产气量只增加了12%,因此并不是接种量越大越好,同时纤维素降解率最高值为30%接种量的实验组,综合评价最佳的“供求关系”为30%接种量实验组。采用500mL的消化体系,添加了营养液、活性炭及FeS04.7H20,三种添加剂均有利于累计产气量,与对照组相比,产气量分别提高了：8%、22%和11%。 采用正交实验确定TS、温度、接种量和添加剂对厌氧消化的影响程度大小为：温度TS接种量添加剂。最优试验方案为：温度(35℃)；TS(30%)；接种量(40%)；添加剂使用活性炭。 对接种物活性污泥进行总基因组的提取,比较五种提取方法,发现提取效果最好的为液氮研磨法和TENP法,这两种方法所提取的活性污泥的总DNA产量高、纯度大,不需进一步纯化即进行PCR扩增,得到特异性条带。 【关键词】：厌氧消化 牛粪 沼气产气量 纤维素降解率 DNA提取
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X713
【目录】：

• 目录4-7
• 中文摘要7-9
• ABSTRACT9-11
• 第一章 绪论11-28
• 1.1 概述11-14
• 1.1.1 厌氧消化产沼气事业发展概况11
• 1.1.2 农业废弃物现状11-13
• 1.1.3 畜禽粪便处理方式比较13-14
• 1.2 厌氧消化技术简介14-17
• 1.2.1 厌氧消化原理14-16
• 1.2.2 厌氧消化工艺16-17
• 1.3 厌氧消化的条件17-28
• 1.3.1 厌氧消化的原料17-19
• 1.3.2 厌氧消化原料的浓度19
• 1.3.3 厌氧消化温度19-21
• 1.3.4 pH21
• 1.3.5 碳氮比21-22
• 1.3.6 厌氧消化原料的混合22
• 1.3.7 负荷22-23
• 1.3.8 毒性物质23-26
• 1.3.9 厌氧消化接种物--活性污泥26-28
• 第二章 消化温度及混匀对牛粪厌氧消化产沼气工艺的影响28-42
• 2.1 实验材料与方法28-29
• 2.1.1 实验试剂28
• 2.1.2 主要设备与仪器28
• 2.1.3 厌氧消化底物及接种污泥28
• 2.1.4 实验装置28-29
• 2.2 主要测定项目及方法29-30
• 2.2.1 产气量29
• 2.2.2 固含量(TS)29
• 2.2.3 挥发性固体(VS)29
• 2.2.4 pH值29
• 2.2.5 纤维素、半纤维素、木质素含量29-30
• 2.3 接种活性污泥的驯化30
• 2.4 实验设计30-31
• 2.4.1 温度对厌氧消化的影响30-31
• 2.4.2 温度骤变对牛粪厌氧消化产沼气的影响31
• 2.4.3 混匀对牛粪厌氧消化产沼气的影响31
• 2.5 结果与分析31-41
• 2.5.1 厌氧消化底物主要性质31-32
• 2.5.2 温度对牛粪厌氧消化日产气量的影响32-33
• 2.5.3 温度对牛粪厌氧消化累积产气量的影响33-35
• 2.5.4 温度对VS去除率的影响35-36
• 2.5.5 消化过程pH变化36-37
• 2.5.6 不同厌氧消化温度对纤维素降解率的影响37-39
• 2.5.7 温度骤变对牛粪厌氧消化产沼气的影响39-40
• 2.5.8 混匀对牛粪厌氧消化产沼气的影响40-41
• 2.6 本章小结41-42
• 第三章 中温厌氧消化条件下的优化42-59
• 3.1 实验设计42-44
• 3.1.1 接种量对厌氧消化的影响42
• 3.1.2 固含量对厌氧消化的影响42
• 3.1.3 添加剂对厌氧消化的影响42-43
• 3.1.4 温度、接种量、TS和添加剂对牛粪厌氧发酵的影响大小43-44
• 3.2 实验结果44-57
• 3.2.1 接种量对厌氧消化的影响44-48
• 3.2.2 不同固含量对厌氧消化产沼气的影响48-52
• 3.2.3 不同添加剂对厌氧消化产沼气的影响52-56
• 3.2.4 温度、接种量、TS和添加剂对牛粪厌氧发酵的影响大小56-57
• 3.3 本章小节57-59
• 第四章 活性污泥DNA提取方法的比较59-67
• 4.1 实验材料与方法59-65
• 4.1.1 实验试剂59
• 4.1.2 主要仪器59
• 4.1.3 材料59
• 4.1.4 样品预处理59
• 4.1.5 试验方法59-63
• 4.1.6 PCR扩增,鉴定产物中是否存在酶抑制剂63-65
• 4.2 本章小结65-67
• 全文总结67-69
• 展望69-70
• 参考文献70-78
• 致谢78-79
• 研究生期间成果79

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