牛糞與玉米秸稈混合厭氧發(fā)酵工藝優(yōu)化.pdf

1、化石能源的過度開采與利用問題日益突出，生物質(zhì)能源由于其生產(chǎn)周期短、可循環(huán)利用、環(huán)境問題少等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。中國每年產(chǎn)生大量的秸稈等農(nóng)作物的廢棄物，若得不到妥善及時(shí)有效地處理而采取就地焚燒，既是對資源的浪費(fèi)，也將會對環(huán)境造成比較嚴(yán)重的污染。此外，隨著畜牧業(yè)的持續(xù)發(fā)展，我國畜禽糞便的產(chǎn)量也在不斷上升，如何安全的處理此類廢棄物也是個(gè)難題?；旌蠀捬醢l(fā)酵技術(shù)能夠在高效產(chǎn)生清潔能源的同時(shí)，降低農(nóng)牧業(yè)廢棄物對環(huán)境的影響。由于有很多影響混合厭氧發(fā)酵的因

2、素。因此，如何調(diào)控和協(xié)調(diào)各影響因素之間的關(guān)系，是保證混合厭氧發(fā)酵效果的關(guān)鍵。本研究通過對比不同預(yù)處理之后，發(fā)酵原料組分的含量變化，明確最優(yōu)的預(yù)處理方式。基于單因素試驗(yàn)選取最優(yōu)預(yù)處理后的玉米秸稈與牛糞進(jìn)行混合厭氧發(fā)酵，探究不同的總固體含量(TS％)、牛糞(CM)與玉米秸稈(CS)混合比（以TS計(jì)）和微量元素Fe2+離子的添加量對厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的影響;并結(jié)合Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)，對影響因素進(jìn)行建?；貧w分析，優(yōu)化的厭氧發(fā)酵的工藝條

3、件，研究不同溫度下動態(tài)發(fā)酵裝置對厭氧發(fā)酵系統(tǒng)特性的影響。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴以不同預(yù)處理后的玉米秸稈為底物，進(jìn)行厭氧發(fā)酵預(yù)試驗(yàn)，分析處理前后玉米秸稈各組分，發(fā)現(xiàn)經(jīng)堿水解處理之后，玉米秸稈的總固體含量去除率達(dá)到了63.25％，纖維素、半纖維素與木質(zhì)素的去除率分別達(dá)到了15.69％、39.62％和29.88％，酶解試驗(yàn)得到的還原糖含量為47.26％，明顯高于機(jī)械粉碎與酸水解處理。在該試驗(yàn)中，堿水解試驗(yàn)組的累積產(chǎn)氣量最高，達(dá)到了

4、935mL。⑵對厭氧發(fā)酵各影響因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)，結(jié)果表明:在總固體含量(TS％)為8％、牛糞(Cattle Manure，CM)與玉米秸稈(Corn Straw，CS)混合比（以TS計(jì)）為2∶1、微量元素Fe2+離子的添加量為1.0mg·L-1時(shí)，日產(chǎn)氣量、累積產(chǎn)氣量、產(chǎn)氣中甲烷含量均為同組試驗(yàn)中最高。⑶基于響應(yīng)面法，進(jìn)行Box-Behnken中心組合的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，采用Design-Express8.0.6軟件建立二次模型，并分析其回歸

5、預(yù)測，結(jié)果表明TS％、CM/CS和微量元素Fe2+離子的添加量三種影響因素對于厭氧發(fā)酵累積產(chǎn)氣量的影響表現(xiàn)為極顯著，得到最優(yōu)工藝參數(shù)，即TS％為8.52％，CM/CS為1.63∶1，微量元素Fe2+投加量為1.225 mg·L-1時(shí)，理論累積產(chǎn)氣量為7732.4mL，通過實(shí)際驗(yàn)證得到累積產(chǎn)氣量為7694mL，表明該模型能夠較好的優(yōu)化厭氧發(fā)酵工藝參數(shù)。⑷以最優(yōu)工藝參數(shù)為基礎(chǔ)，采用動態(tài)試驗(yàn)裝置，進(jìn)行中低溫動態(tài)厭氧發(fā)酵試驗(yàn)，研究不同溫度對厭氧