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，生物質能源由于其生產周期短、可循環(huán)利用、環(huán)境問題少等優(yōu)點而備受關注。中國每年產生大量的秸稈等農作物的廢棄物，若得不到妥善及時有效地處理而采取就地焚燒，既是對資源的浪費，也將會對環(huán)境造成比較嚴重的污染。此外，隨著畜牧業(yè)的持續(xù)發(fā)展，我國畜禽糞便的產量也在不斷上升，如何安全的處理此類廢棄物也是個難題。混合厭氧發(fā)酵技術能夠在高效產生清潔能源的同時，降低農牧業(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，如何調控和協(xié)調各影響因素之間的關系，是保證混合厭氧發(fā)酵效果的關鍵。本研究通過對比不同預處理之后，發(fā)酵原料組分的含量變化，明確最優(yōu)的預處理方式?；趩我蛩卦囼炦x取最優(yōu)預處理后的玉米秸稈與牛糞進行混合厭氧發(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）和微量元素Fe2+離子的添加量對厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的影響;并結合Box-Behnken中心組合設計，對影響因素進行建模回歸分析，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。
　　本研究主要內容包括：⑴以不同預處理后的玉米秸稈為底物，進行厭氧發(fā)酵預試驗，分析處理前后玉米秸稈各組分，發(fā)現(xiàn)經堿水解處理之后，玉米秸稈的總固體含量去除率達到了63.25％，纖維素、半纖維素與木質素的去除率分別達到了15.69％、39.62％和29.88％，酶解試驗得到的還原糖含量為47.26％，明顯高于機械粉碎與酸水解處理。在該試驗中，堿水解試驗組的累積產氣量最高，達到了

4、935mL。⑵對厭氧發(fā)酵各影響因素進行單因素試驗，結果表明: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）為2∶1、微量元素Fe2+離子的添加量為1.0mg·L-1時，日產氣量、累積產氣量、產氣中甲烷含量均為同組試驗中最高。⑶基于響應面法，進行Box-Behnken中心組合的試驗設計，采用Design-Express8.0.6軟件建立二次模型，并分析其回歸

5、預測，結果表明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，理論累積產氣量為7732.4mL，通過實際驗證得到累積產氣量為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，采用動態(tài)試驗裝置，進行中低溫動態(tài)厭氧發(fā)酵試驗，研究不同溫度對厭氧