基于能源化和資源化利用的太湖藍(lán)藻厭氧發(fā)酵的研究.pdf

1、本研究以太湖藍(lán)藻為材料,進(jìn)行厭氧發(fā)酵環(huán)境和工藝流程的探討,并對(duì)太湖藍(lán)藻厭氧發(fā)酵工程化運(yùn)行和發(fā)酵產(chǎn)物的資源化利用進(jìn)行了初步研究,為進(jìn)一步研究太湖藍(lán)藻厭氧發(fā)酵工藝及其工程應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。結(jié)果如下： 1.藍(lán)藻厭氧發(fā)酵預(yù)處理的方法與藍(lán)藻和小麥秸桿的特征是密切相關(guān)的。發(fā)酵材料的預(yù)處理提高了日產(chǎn)氣量,縮短了發(fā)酵周期,發(fā)酵過(guò)程中最大容積產(chǎn)氣率達(dá)到0.680L/(L·d),平均容積產(chǎn)氣率為0.160L(L·d)。調(diào)節(jié)發(fā)酵罐啟動(dòng)pH值為7.5有利

2、于厭氧發(fā)酵的進(jìn)行,最大容積產(chǎn)氣率0.325L(L·d),平均容積產(chǎn)氣率0.158L(L·d)。55℃條件下進(jìn)行發(fā)酵效果最優(yōu),最大容積產(chǎn)氣率1.620L(L·d),平均容積產(chǎn)氣率0.480L(L·d)。接種劑量占發(fā)酵液50％時(shí)可以提高產(chǎn)氣率和提前產(chǎn)氣高峰的時(shí)間,最大容積產(chǎn)氣率0.310L(L·d),平均容積產(chǎn)氣率0.145L(L·d)。40min的攪拌和回流時(shí)間有利于發(fā)酵過(guò)程的產(chǎn)氣,最大容積產(chǎn)氣率0.522L(L·d)。 2.米氏

3、方程可以用來(lái)描述厭氧消化過(guò)程中甲烷發(fā)酵階段的動(dòng)力學(xué)行為。由米氏方程可以求得厭氧消化過(guò)程中不同配比投料情況下的動(dòng)力學(xué)常數(shù)Vmax和Ks。將藍(lán)藻水華和秸桿以一定比例直接投加到厭氧反應(yīng)器后,可以提高厭氧消化過(guò)程的動(dòng)力學(xué)常數(shù)Vmax,提高反應(yīng)器的基質(zhì)降解速率,同時(shí)也降低了半飽和常數(shù)Ks?；旌贤读蠈?duì)厭氧消化過(guò)程中的產(chǎn)甲烷階段有激活作用。藍(lán)藻和秸桿以一定比例投料,可以縮短甲烷菌對(duì)底物的適應(yīng)期,有效提高底物降解速率和產(chǎn)甲烷速率。C/N對(duì)厭氧消化作用的

4、影響受培養(yǎng)方式、溫度、所用碳源等多種因素的影響,需要通過(guò)多因子試驗(yàn)加以進(jìn)一步驗(yàn)證。 3.比較藍(lán)藻單獨(dú)發(fā)酵和藍(lán)藻秸桿混合發(fā)酵,平均容積產(chǎn)氣率分別為0.150L(L·d)和0.285 L/(L·d),pH值變化范圍分別在7.44～8.31之間和7.37～8.22之間,堿度變化范圍都在210mmol/L～770mmol/L之間,COD削減率分別為69.34％和78.62％,VFA變化范圍分別在235mg/L～4353mg/L之間和23

5、5mg/L～4582mg/L之間,實(shí)驗(yàn)說(shuō)明藍(lán)藻是理想的發(fā)酵原料,而且在厭氧發(fā)酵罐中加入一定量的水稻秸桿可以明顯增加產(chǎn)氣量,提高容積產(chǎn)氣速率,為實(shí)際工程化運(yùn)行提供了依據(jù)。 4.用果膠酶、纖維素酶、木瓜蛋白酶和木聚糖酶進(jìn)行組合,在發(fā)酵罐啟動(dòng)時(shí)加入,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)四種酶的活力在發(fā)酵結(jié)束后都發(fā)生下降,果膠酶活降低86.32％,纖維素酶活降低65.66％,木瓜蛋白酶活力降低72.83％,木聚糖酶活降低81.30％,說(shuō)明復(fù)合酶制劑的加入雖然增加了

6、藍(lán)藻發(fā)酵高峰時(shí)的產(chǎn)氣量和總產(chǎn)氣量,但在發(fā)酵裝罐時(shí)加入是不合適的。 5.在藍(lán)藻發(fā)酵工程化運(yùn)行中,對(duì)厭氧接觸工藝采用序批式發(fā)酵方式,對(duì)厭氧折流板工藝采用連續(xù)發(fā)酵方式,COD負(fù)荷率分別為0.81Kg/(m3·d)和1.67Kg(m3·d),實(shí)驗(yàn)過(guò)程中COD去除率分別為71.83％和77.11％,平均原料產(chǎn)氣率0.35m3/KgTS和0.41m3/KgTS。 6.比較了沼液和復(fù)合肥對(duì)新幾內(nèi)亞風(fēng)仙花朵數(shù)、花期和葉片葉綠素含量的影響,沼渣作