牛粪与芦荟皮废弃物厌氧共发酵的实验研究

发布时间：2020-09-17 17:46

　　能源短缺与环境污染是当今世界面临的两大难题。厌氧发酵作为一种能够有效解决上述问题的技术,已经受到了研究人员的广泛关注。通过厌氧发酵技术,既能有效地消除废弃物对环境的污染,又能将产生的沼气提纯后作为清洁能源加以利用,产生了环境保护和资源循环利用的双重效益。然而,目前的厌氧发酵仍存在许多问题,例如:沼气产气量低下、发酵周期较长、运行稳定性较差、发酵底物消化率低、沼渣沼液二次污染等。基于上述问题,本文采用共发酵技术与生物炭添加剂来改善厌氧发酵的环境,考察其对发酵整体性能的影响,旨在为促进废弃物资源化综合利用提供理论基础和技术支撑。以城市污水处理厂的厌氧污泥作为接种物,并对其接种效果进行了系统的评估。结果表明:以厌氧污泥作为接种物时,发酵系统的菌群结构丰富,细菌活性较高,对发酵具有明显的促进作用。当厌氧污泥的添加量为发酵料液总量的30%时,效果最佳,其累积沼气产量达到了265mL/g VS,VS去除率达到了55.8%,COD降解率达到了48.2%。以接种物的最佳添加量为基础,进一步设计了芦荟皮废弃物和牛粪厌氧共发酵的实验研究。两种废弃物以五组不同的添加比例进行发酵,其湿重比分别为1:0、3:1、1:1、1:3和0:1。当芦荟皮废弃物与牛粪的混合比为3:1时,获得了最佳的实验结果。发酵系统的累积沼气产量达到了303m L/g VS,累积甲烷产量达到了195mL/g VS,沼气中的甲烷含量高达64.4%。VS去除率达到了59.9%,COD降解率达到了39.4%。此外,相比于单一原料发酵,三组共发酵实验组发酵系统运行更加稳定,发酵底物利用率明显较高,日产气高峰提前,发酵周期缩短。以芦荟皮废弃物为原材料,对其进行了水热炭化和微波裂解炭化,并将炭化产物作为无机功能添加剂加入到沼气发酵系统中,进一步考察生物炭材料作为添加剂对厌氧发酵性能的影响。结果表明:向发酵系统添加生物质炭材料能够在一定程度上改善发酵环境。当炭材料的添加量为系统质量的0.8%时,发酵呈现出最佳的结果,其沼气产量高达310mL/g VS,VS去除率达到了61.3%,COD降解率达到了56.0%。总之,本实验所得实验结果均能有效处理芦荟皮废弃物和牛粪,通过厌氧发酵技术实现了废弃物的资源化利用。通过本实验研究可以看出,共发酵和无机添加剂不但能够有效提高发酵底物的利用率和沼气产量,同时能够明显缩短发酵时间,增加发酵系统的COD降解率,提高发酵效率。
【学位单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：S216.4
【部分图文】：

沼气发酵,基本原理,发酵技术

图 1.1 沼气发酵基本原理图发酵技术在兼具环境保护和资源循环双重效益而受到广泛推广的是这项技术仍存在着一些缺陷，主要包括以下三点：发酵系统运行稳定性较差，产气效率较低。发酵周期较长，产气高峰持续时间较短。酵底物利用率较低，未被充分消化的沼渣沼液容易对环境造成二解决上述问题，相关科研工作者对此进行了积极的探索。就目领域的研究成果来看，共发酵技术和外源添加剂取得了十分具展。所谓共发酵技术是指对两种或两种以上的发酵底物进行共酵。此技术相较传统单一原料发酵的优点在于，其能够充分保更加合理，更加适合微生物的成长和繁殖，提高微生物对发酵一方面，共发酵技术中发酵底物的组成大多是由畜禽粪便和农垃圾共混合而成，这样的底物搭配能够提供优良的缓冲能力，

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图 2.1 批式发酵装置简图（1 温控设置；2 传感器；3 电热丝；4 恒温水浴箱；5 发酵瓶；6 橡胶管；7 橡胶管；8 集气瓶；9 集水瓶；10 自来水）表 2.2 实验仪器设备名称规格生产厂家pH 计 PHS-3C 上海理达仪器厂电热恒温干燥箱 202-2AB 天津市泰斯特仪器有限公司电子天平 ME104/02 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司数显恒温水箱 HH-600 金坛市大地自动化仪器厂破碎机 XG300-1 中山金正生活电器有限公司格兰仕微波炉 WD700A 顺德市格兰仕电器实业有限公司多头磁力加热搅拌器 HJ-4A 常州国华电器有限公司

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西安建筑科技大学硕士学位论文荟皮经过烘箱烘干后，在粉碎机中粉碎 3 分钟，过 50 目筛，得到芦。称取 10g 芦荟皮干粉原料，将其溶解在 80mL 的去离子水后置于反应釜中，在 200℃条件下反应 20h。冷却至室温后取出固相产物，至中性，在 105℃下干燥 12h 得到生物炭颗粒。最后经过研钵研磨，末。水热合成过程如图 2.2 所示。

【参考文献】