生物質組成成分對厭氧發(fā)酵產甲烷的影響.pdf

1、隨著社會的快速發(fā)展，人類生產活動的不斷加快，對資源的掠奪和環(huán)境的破壞也隨之加快。越來越多的污染物被排放到自然環(huán)境當中，大自然以特有的方式已經不斷在向人類發(fā)出警告信號。在眾多被排放的污染物對環(huán)境的影響中，由有機廢棄物引發(fā)的各類環(huán)境問題顯得尤為突顯。不經任何處理或不正當處理的有機廢棄物勢必會對環(huán)境產生影響和破壞，包括對水、空氣和土壤的污染，直接威脅人類的生存。如何采取有效措施對有機固液廢棄物進行無公害處理，逐漸成為社會關注的熱點。
　

2、　近些年來，采用厭氧發(fā)酵手段處理有機固體廢棄物得到了廣泛的研究。一方面，經過一定程度的厭氧發(fā)酵，可以大幅度去除廢棄物中的有機物質，達到處理有機廢棄物的目的;另一方面，在發(fā)酵過程中會產生大量的甲烷氣體，甲烷氣體經凈化提出后，可以直接注入天然氣管道或作為車用燃料，以此來緩解日益緊張的化石燃料。因此，無論是從處理有機廢棄物角度還是從發(fā)展可再生能源角度來看，厭氧發(fā)酵方式均具有一定的優(yōu)勢。
　　隨著厭氧發(fā)酵技術的不斷發(fā)展，從傳統(tǒng)單一底物發(fā)酵

3、逐漸轉向兩種或多種底物混合發(fā)酵?；旌习l(fā)酵可以起到均衡營養(yǎng)，提高產氣率和防止體系出現(xiàn)氨氮抑制或酸敗等風險。然而，在研究混合厭氧發(fā)酵的文獻報道中，大多是以試驗設計，譬如正交設計、混料模型等角度出發(fā)而開展的。很少以有機化合物成分比例對厭氧發(fā)酵產甲烷性能影響的研究，從這一點看，以往的混合物料發(fā)酵試驗存在一定的盲目性。針對這一問題，為了更好地開展多種底物混合發(fā)酵試驗，了解生物質內在有機化合物成分比例對厭氧發(fā)酵產甲烷性能的影響顯得尤為必要。

4、　　本論文選取了常見的九種生物質物料作為厭氧發(fā)酵的原料，采用濕法單相連續(xù)厭氧發(fā)酵工藝進行發(fā)酵，考察生物質組成成分對其在連續(xù)厭氧發(fā)酵過程中性能的影響。在試驗過程中，首先對九種生物質物料的理化性質和有機營養(yǎng)組成進行了化驗與分析。然后，通過110天的連續(xù)厭氧發(fā)酵，觀察并記錄各反應器運行過程中的日產氣情況、pH、NH4+-N以及料液物質濃度的變化情況。試驗結束后，利用SPSS數(shù)據(jù)處理軟件對試驗結果進行分析。本試驗獲得主要研究結果如下:
　

5、　(1)在生物質自身營養(yǎng)組成的相關性分析試驗中，其結果顯示，生物質中粗蛋白與粗脂肪的含量與其他組份之間均不存在顯著相關性;總糖含量與半纖維素和木質素含量呈顯著負相關關系，表明生物質中總糖含量隨半纖維素和木質素含量的增加而減少;粗纖維含量與纖維素和木質素含量呈極顯著正相關關系，回歸分析表明，生物質中纖維素和木質素的含量可以有效解釋95.59％的粗纖維含量。
　　(2)在對發(fā)酵液堿度的檢測中，首次提出甲烷菌堿度這一概念，即在傳統(tǒng)堿度測

6、定過程中，當pH下降到6.5時計算出的堿度值。甲烷菌堿度較傳統(tǒng)總堿度（甲基橙堿度）可以有效反映出料液能將pH穩(wěn)定在6.5（甲烷菌耐受pH的最低線）以上的能力，可以更好的服務于厭氧發(fā)酵試驗與生產。在對生物質組成成分與甲烷菌堿度的相關性分析中，其結果表明發(fā)酵料液中的甲烷菌堿度值僅與粗蛋白含量呈顯著正相關。
　　(3)在對發(fā)酵液中NH4+-N濃度的分析中，首次提出了TS產氨率這一概念，即進料中每克干物質經過厭氧發(fā)酵后產生銨態(tài)氮的毫克數(shù)。

7、TS產氨率可通過實際試驗結果計算得出，它可以預測生物質在厭氧發(fā)酵過程中產NH4+-N的能力，對避免產生氨氮抑制有著重要實用意義。在本試驗的九種物料中，TS產氨率最強的物料為雞糞，其值達到了86.87 mg/g-TS。在對生物質組成成分與TS產氨率的相關性分析中，其結果表明生物質的TS產氨率僅與生物質中粗蛋白含量呈顯著正相關。
　　(4)在對VS去除率的考察中，發(fā)現(xiàn)生物質通過連續(xù)厭氧發(fā)酵后，其VS去除率僅與原料中總糖含量呈極顯著正相

8、關。其線性回歸模型方差檢驗結果極顯著，決定系數(shù)R2=0.7911，表明生物質中總糖含量可以有效解釋79.11％的去除率。
　　(5)本論文首次提出有效碳氮比概念，即在傳統(tǒng)碳氮比的計算中，其總有機碳部分減除粗纖維或酸性洗滌纖維中的碳量，利用剩余碳量與總氮量進行比較。有效碳氮比可以真實反應出厭氧發(fā)酵產甲烷的最適碳氮比，為兩種或多種物料混合發(fā)酵的配比提供依據(jù)。通過對本試驗九種物料在連續(xù)厭氧發(fā)酵過程中各方面穩(wěn)定性的比較，得出以牛糞和豬糞作

9、為底物的反應器穩(wěn)定性最強，二者有效碳氮比范圍在10-16之間。
　　(6)根據(jù)有效碳氮比的概念，引出有效有機負荷率的概念，即在傳統(tǒng)有機負荷率的計算中，其分子部分的揮發(fā)性固體需減除粗纖維或酸性洗滌纖維的質量，利用剩余揮發(fā)性固體質量進行計算得出。最后，假定在同等有效有機負荷下，對本試驗中有效碳氮比在16以上的物料進行連續(xù)厭氧發(fā)酵時引起酸敗的可能性進行了比較，其比較結果為木薯渣＞玉米秸稈≈玉米粉＞餐廚垃圾＞大豆秸稈，即有效碳氮比越高，引