牛粪和鸭粪厌氧消化产气的影响因素研究

论文摘要

厌氧消化技术具有显著的社会、经济和环境效益,在畜禽粪便等废弃物的无害化处理和资源化利用中得到了广泛应用。厌氧消化过程受原料的组成、反应温度、酸碱度、厌氧微生物活性等诸多因素的影响,反应机理非常复杂。本论文针对牛粪和鸭粪两种畜禽粪便,通过实验研究,寻求厌氧消化最佳的反应条件和工艺参数,并分析厌氧消化反应过程中COD、pH值、VFA的变化规律,建立厌氧消化产气的数学模型,为畜禽粪便的资源高效化利用提供一些科学依据和参考。进料TS是影响牛粪和鸭粪厌氧消化产气效果的重要因素,适当降低进料TS,有利于减轻系统负荷,使厌氧消化微生物菌群活性得到充分发挥,但当进料TS过低时,会抑制厌氧发酵微生物菌群的活性,导致反应不完全。实验研究表明,调节牛粪进料TS至10%,可以使其厌氧消化获得最佳的产气效果,COD去除率为24.60%,产气甲烷含量为56.1%。调节鸭粪进料TS为6%时其厌氧消化产气效果最佳,COD去除率为30.45%,产气甲烷含量为69.3%。氮元素是厌氧消化微生物活动所需的重要营养元素,氮元素缺乏会影响微生物菌群的生长,反之又对厌氧消化微生物菌群的生长代谢有抑制作用,因此调节适当的C/N是畜禽粪便厌氧消化的重要影响因素。实验结果表明,牛粪厌氧消化时调节进料C/N为30时,厌氧消化的产气效果最佳,COD去除率为35.21%,产气中甲烷含量为72.8%。鸭粪厌氧消化时调节进料C/N为25时有最佳的产气效果,COD去除率为24.06%,产气甲烷含量为71.5%。对各组实验不同条件下厌氧消化产气和时间关系进行数学回归分析,建立一元非线性回归方程,得出牛粪和鸭粪厌氧消化产气的动力学特征均遵从一元四次方程的经验模型。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 选题背景与研究意义
• 1.2 厌氧消化的基本原理
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 在微生物接种研究方面
• 1.3.2 在添加营养元素研究方面
• 1.3.3 畜禽粪便厌氧消化产气的研究
• 1.3.4 影响厌氧消化的主要因素
• 1.3.5 厌氧消化动力学研究
• 1.4 本文主要的研究内容
• 2 实验测定方法
• 2.1 TS 的测定
• 2.1.1 步骤
• 2.1.2 计算TS 值
• 2.1.3 进料TS 计算
• 2.2 VS 的测定
• 2.2.1 步骤
• 2.2.2 计算VS 值
• 2.3 TN 的测定
• 2.3.1 样品处理
• 2.3.2 消化
• 2.3.3 蒸馏
• 2.3.4 滴定
• 2.3.5 盐酸的标定
• 2.3.6 计算TN 值
• 2.3.7 C/N 调节
• 2.4 TC 的测定
• 2.5 pH 的测定
• 2.6 VFA 的测定
• 2.6.1 校正因子
• 2.6.2 蒸馏
• 2.6.3 计算VFA
• 2.7 COD 的测定
• 2.7.1 稀释
• 2.7.2 回流
• 2.7.3 空白试验
• 2.7.4 计算COD
• 2.8 气体成分的测定
• 2.8.1 洗气
• 4 含量'>2.8.2 计算CH₄含量
• 3 TS 和C/N 对牛粪厌氧消化的影响
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 材料
• 3.1.2 试验装置
• 3.1.3 试验方法
• 3.2 不同TS 对牛粪厌氧消化的影响
• 3.2.1 COD 值随时间的变化
• 3.2.2 pH 随时间的变化
• 3.2.3 VFA 随时间的变化
• 3.2.4 厌氧消化产气及动力学分析
• 3.3 不同C/N 对牛粪厌氧消化的影响
• 3.3.1 COD 值随时间的变化
• 3.3.2 pH 值随时间的变化
• 3.3.3 VFA 值随时间的变化
• 3.3.4 产气量变化及动力学分析
• 3.4 本章小结
• 4 TS 和C/N 对鸭粪厌氧消化的影响
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 材料
• 4.1.2 试验装置
• 4.1.3 试验方法
• 4.2 不同TS 对鸭粪厌氧消化的影响
• 4.2.1 COD 的变化规律
• 4.2.2 pH 的变化规律
• 4.2.3 VFA 的变化规律
• 4.2.4 产气规律及动力学分析
• 4.3 不同 C/N 对鸭粪厌氧消化的影响
• 4.3.1 COD 的变化规律
• 4.3.2 pH 的变化规律
• 4.3.3 VFA 的变化规律
• 4.3.4 产气量变化及动力学分析
• 4.4 本章小结
• 5 结论与建议
• 5.1 主要结论
• 5.2 后续研究工作建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录