猪粪两相厌氧发酵产氢——甲烷技术和试验得研究.pdf

猪粪两相厌氧发酵产氢．产甲烷研究 6．3本研究存在的问题及进一步研究的思路……………………………………．140 6．3．1存在的问题…………………………………………………………………140 6．3．2进一步研究的思路………………………………………………………．．141 参考文献………………………………………………………………………………………．142 博士就读期间发表论文情况………………………………………………………………．160 j《5【谢………………………………………………………………………………………………………………．161 猪粪两相厌氧发酵产氢．产甲烷研究 摘要 厌氧发酵产氢的研究日渐被重视，工艺应用可行性及发酵后处理仍然是研究重 点。本文以两相厌氧发酵机理为理论基础，创新性的提出以猪粪为底物的两相厌氧 发酵产氢气一产甲烷工艺，以产氢后的上清液作为发酵底物进行厌氧发酵产甲烷， 既以产甲烷相发酵作为产氢相残留物的后处理工艺，又以产氢相发酵作为产甲烷的 预处理工艺，共同组成厌氧发酵产氢气一产甲烷系统，获得氢气和甲烷两种生物气。 在研究过程中采用两相厌氧发酵系统，以猪粪为发酵底物，研究了不同产氢污泥预 处理方法、不同中间产物和不同工艺参数对氢气和甲烷的产出率、有机质的降解率、 发酵途径的影响，并建立了底物降解动力学模型。主要研究成果包括： 1．产氢相发酵残留物乙醇、乙酸、丙酸和丁酸对发酵产甲烷的影响的研究表明， 丁酸型发酵是最佳的产酸阶段发酵类型，丙酸的初始浓度是影响四种组分降解速率 和甲烷产量的最主要因素。当底物中丙酸的浓度为900 mg／L时，发酵瓶中的乙醇、 乙酸、丙酸和丁酸出现严重积累，产甲烷菌的活性受到严重抑制而使得产气量很低。i 产甲烷菌繁殖速率与底物中丙酸初始浓度呈极显著的负相关性，与丁酸的初始浓度 呈现显著正相关性，而与乙醇、乙酸的初始浓度相关性不大。根据一级降解模型建 性脂肪酸降解得到的累积甲烷产量。 2．采用葡萄糖溶液为发酵底物，进行两相厌氧发酵工艺研究，结果表明第一相j 氢气产气率随热处理温度和时间、碱处理和酸处理pH值的增大先升高后降低，第 二相甲烷产气率受热处理和碱处理影响与其类似，但随酸处理pH值的增大先降低 COD、659．3mL COD，改良的 的产甲烷效果，产气率分别达到448．3mLH2／g CH4／g Gompertz动力学模型能很好的预测试验的最大产氢率。 接种污泥预处理方法对发酵物降解途径及挥发性脂肪酸生成量影响较大，从而 影响到氢气和甲烷的产量。除了未处理组和90℃及100℃热处理组外，其他组第一 随着发酵类型由乙醇型和丁酸型向丙酸型转变，氢气及甲烷产气率有降低的趋势。 3．采用猪粪为发酵底物，进行两相厌氧发酵工艺研究，结果表明热、碱、酸预 处理对第一相产氢和第二相产甲烷能力均有影响，处理效果依次为热处理碱处理 酸处理。经过80℃加热30min处理后具有最大氢气产气率44．5mlTS，比污泥 H[2／g TS，比未 未处理组高77．36％；该组发酵液残留物具有最大的甲烷产气率163．3ml／g 处理组高18．06％。第一相在发酵前72h乙醇、丁酸生成速度较快，氢气产量较高， 华中农业大学专业学位博士学位论文 达到总产量的70％以上；随后乙醇、丁酸生成速度变慢，丙酸浓度迅速增大，同时 氢气产量降低。第二相中，当总酸浓度在10000．0mg／L以上时产甲烷菌活性受到抑 制，平均甲烷产生速率为2．56mL CH4／gTS·d；但总酸降至6000．0．7000．0mg／L时抑 制性大大降低，至发酵结束时平均甲烷产生速率为15．48 TS·d。采用Quadratic