牲畜粪便与秸秆混合的厌氧发酵特性及工艺优化

论文摘要

农业生态环境遭到破坏、农业污染日益严重和农民增收缓慢的现实,对有经济、环境双重效益的厌氧发酵技术提出了新的要求。厌氧发酵技术既能为农户生活提供沼气,有效解决农户生活所需能源问题,同时减少人畜粪便和农业废弃物造成的农村环境污染,又可以为以沼气生态技术为枢纽的农业生产提供有机肥料,降低农作物病虫害发生率,减少化肥和农药的施用量,从而推动农村种植业和养殖业的发展,促进农业增效和农民增收。因此从长远和根本上来讲大力发展厌氧发酵技术,具有显著的能源、经济、生态和环保效益。单一原料发酵已得到深入细致的研究,并形成了较成熟的技术体系而应用于实际生产生活中,而对于混合原料的研究还只局限于两种原料的混合研究上,对3种及其以上混合原料的发酵研究报道还比较少见。为了更好的提高户用沼气的产气量和解决农业废弃物利用效率低的问题,本实验采用可控恒温发酵装置,选用两种粪便牛粪、鸡粪和作物秸秆(稻秆、麦秆、玉米秆)三种原料混合,按干物质比例0:2:1、0.4:1.6:1、0.8:1.2:1、1.2:0.8:1、1.6:0.4:1、2:0:1混合,研究了各配比在15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃下的厌氧发酵情况。结果表明:(1)随温度升高,三个原料组各配比除在15℃下产气速率变化不明显外,其余温度下各组产气速率均经历先增大后减小的过程,产气峰值随温度升高均呈不同程度的升高趋势。随牛粪占干物质比例的增加,牛鸡稻原料组配比在同一温度下,产气高峰出现的时间越晚,但高峰值无明显规律;牛鸡麦原料组和牛鸡玉原料组配比在同一温度下,产气高峰出现的时间及高峰值均无明显规律。(2)温度对各原料组各配比发酵周期有显著影响。15℃下的发酵周期均大余其它温度下;牛鸡麦原料组配比对发酵周期均有显著影响,而牛鸡稻、牛鸡玉原料组配比对发酵周期无显著影响。(3)不同发酵温度、不同原料配比及发酵温度和原料配比的交互作用对累积产气量均有显著性影响。除牛鸡麦原料组R1和R6、牛鸡玉原料组R1和R4的累积产气量在40℃时低于35℃时外,牛鸡稻原料组、牛鸡麦原料组、牛鸡玉原料组其它配比的累积产气量均随着温度的升高而增大。除牛鸡稻原料组25℃下R4累积产气量低于R3、R5,35℃下R2累积产气量低于R1,牛鸡麦原料组15℃下各配比累积产气量无显著差异,牛鸡玉原料组15℃下R6与R3、R4、R5无显著差异,20℃下R4小于R3、R5外,随牛粪占干物质比例的增加,累积产气量均呈先增大后减小的趋势。(4)通过模型预测,得到最优工艺组合,牛鸡稻混合原料组发酵温度为40℃,配比为0.98:1.02:1时,可望获得最大累积产气量40627.8mL;牛鸡麦混合原料组发酵温度为40℃,配比为1.22:0.78:1时,可望获得最大累积产气量39715.8mL;牛鸡玉混合原料组发酵温度为40℃,配比为1.16:0.84:1时,可望获得最大累积产气量40730.4mL。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 农业废弃物的产生及危害
• 1.1.1 畜禽粪便的产生及危害
• 1.1.2 农作物秸秆的产生及危害
• 1.2 厌氧发酵技术概述
• 1.2.1 厌氧发酵的反应原理
• 1.2.2 影响厌氧发酵的因素
• 1.2.3 农业废弃物厌氧发酵产气技术
• 1.3 厌氧发酵技术处理农业废弃物的研究和应用现状
• 1.3.1 国外研究和应用现状
• 1.3.2 国内研究和应用现状
• 1.4 研究的目的及意义
• 1.5 研究的内容及创新点
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 研究的创新点
• 第二章 试验设计和研究方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 发酵原料和接种物
• 2.1.2 原料的预处理
• 2.2 实验装置
• 2.3 试验设计
• 第三章 试验结果与分析
• 3.1 牛粪、鸡粪与稻秆混合的厌氧发酵特性
• 3.1.1 不同温度下牛鸡粪和稻秆混合的厌氧发酵产气情况
• 3.1.2 发酵周期与发酵温度、原料配比的关系
• 3.1.3 累积产气量与发酵温度、原料配比的关系
• 3.2 牛粪、鸡粪与麦秆混合的厌氧发酵特性
• 3.2.1 不同温度下牛鸡粪和麦秆混合的厌氧发酵产气情况
• 3.2.2 发酵周期与发酵温度、原料配比的关系
• 3.2.3 累积产气量与发酵温度、原料配比的关系
• 3.3 牛粪、鸡粪与玉米秆混合的厌氧发酵特性
• 3.3.1 不同温度下牛鸡粪和玉米秆混合的厌氧发酵产气情况
• 3.3.2 发酵周期与发酵温度、原料配比的关系
• 3.3.3 累积产气量与发酵温度、原料配比的关系
• 3.4 不同原料组发酵效果比较及模型的建立
• 3.4.1 不同处理的发酵效果比较
• 3.4.2 模型建立
• 第四章 结论与讨论
• 4.1 结论
• 4.2 讨论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介