玉米秸稈與巢湖藍(lán)藻混合厭氧發(fā)酵的產(chǎn)沼氣性能

《玉米秸稈與巢湖藍(lán)藻混合厭氧發(fā)酵的產(chǎn)沼氣性能》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、玉米秸稈與巢湖藍(lán)藻混合厭氧發(fā)酵的產(chǎn)沼氣性能一、研究背景近年來巢湖水質(zhì)富營養(yǎng)化嚴(yán)重，每年的8、9月份經(jīng)常會爆發(fā)藍(lán)藻。據(jù)測定，巢湖年平均藍(lán)藻質(zhì)量濃度為6～8mg/L，總藍(lán)藻量可達(dá)50～70萬t（干生物量）。目前應(yīng)對藍(lán)藻爆發(fā)的有效手段仍然是組織人力打撈。由于藍(lán)藻含有藻毒素，氮磷含量高，如不能有效處理，仍有可能造成二次污染。另一方面，藍(lán)藻富含多糖和蛋白，是一種生物質(zhì)資源。厭氧消化是目前有機(jī)廢棄物的有效處理方式之一。該處理過程條件溫和，運(yùn)行成本低而且可以有效地分解藻毒素。然而，由于藍(lán)藻氮含量較高，碳氮比較低，不適宜直接用于厭氧消化過程。為了提高厭氧發(fā)酵的轉(zhuǎn)化效

2、率，近年來不同底物混合厭氧發(fā)酵成為研究的熱點(diǎn)之一。混合厭氧發(fā)酵是指發(fā)酵特性存在互補(bǔ)性的2種或2種以上原料作為厭氧發(fā)酵基質(zhì)進(jìn)行的生物降解過程。我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國,農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量約為7億噸左右,列世界之首。但目前我國農(nóng)作物秸稈的利用率不高,相當(dāng)數(shù)量被自然腐敗或燃棄,其中被焚燒。由于沒有得到很好的利用。近年來各地大面積焚燒秸稈的現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生,秸稈燃燒熱值低,不僅造成資源浪費(fèi),而且污染環(huán)境,毀壞樹木和耕地,影響交通安全,甚至引發(fā)火災(zāi)、交通事故等重大安全事故。一般認(rèn)為混合厭氧發(fā)酵能起到稀釋有毒化合物、提高營養(yǎng)物的平衡、增強(qiáng)微生物的協(xié)同效應(yīng)并進(jìn)而提高有機(jī)質(zhì)厭氧

3、轉(zhuǎn)化效率的作用。在中國農(nóng)村秸稈沼氣化工程發(fā)展過程中，面臨的一大難題是如何提高秸稈類原料厭氧消化的轉(zhuǎn)化效率。鑒于此，進(jìn)行了玉米秸稈和巢湖藍(lán)藻混合厭氧發(fā)酵試驗(yàn)，考察了不同秸稈和藍(lán)藻混合比例對沼氣產(chǎn)率及產(chǎn)氣速率的影響，并分析了沼液及沼渣的主要組分，以期為資源化利用藍(lán)藻和秸稈探索一條新的技術(shù)途徑。二、國內(nèi)外研究動態(tài)混合厭氧發(fā)酵概念的提出可以追溯到20世紀(jì)80年代初。Hills首次嘗試將牛糞和大麥秸稈混合發(fā)酵產(chǎn)沼氣，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)牛糞能提高大麥秸稈的發(fā)酵效率。此后，混合發(fā)酵技術(shù)被逐漸引入到沼氣發(fā)酵產(chǎn)業(yè)中:動物糞便與農(nóng)作物秸稈的混合發(fā)酵被應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和畜牧養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的廢

4、棄物處理過程中；城市污水污泥(sewagesludge，SS)和OFMSW的混合發(fā)酵被運(yùn)用到城市垃圾的處理過程中；此外，在工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種廢棄物與動物糞便、污水污泥的混合發(fā)酵也陸續(xù)報(bào)道。發(fā)酵底物混合厭氧發(fā)酵不是簡單地把兩種或兩種以上的底物混合后厭氧發(fā)酵，而要求混合的底物(如一種主要的底物和一種次要的添加物)能夠在營養(yǎng)元素、pH、緩沖能力等方面相互調(diào)節(jié)，產(chǎn)生積極的相互作用，并且不會導(dǎo)致抑制現(xiàn)象，提高發(fā)酵效率，混合發(fā)酵能夠充分利用原來難以發(fā)酵的秸稈、城市固體有機(jī)垃圾和工業(yè)廢棄物等，變廢為寶，為垃圾處理及利用提供了一條更好的途徑．自2007年以來，

5、隨著沼氣研究的不斷升溫，混合發(fā)酵的研究出現(xiàn)驟增趨勢，得到了全世界不同學(xué)科和領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。董詩旭等人通過對滇池藍(lán)藻接種污泥，研究了在發(fā)酵前后藍(lán)藻總固體（totalsolids，TS）、揮發(fā)性固體（volatilesolids，VS）以及甲烷產(chǎn)量；國外，Alberto等人采用了兩步法發(fā)酵研究藻類作為資源產(chǎn)甲烷的潛力。王壽權(quán)等對豬糞與藍(lán)藻混合發(fā)酵進(jìn)行了產(chǎn)甲烷效率的試驗(yàn)研究，在質(zhì)量比為2.0時(shí)產(chǎn)氣效果最佳。胡萍等對藍(lán)藻與污泥混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣進(jìn)行了初步研究，在藍(lán)藻與厭氧顆粒污泥物料比為6∶1時(shí)，干物質(zhì)累計(jì)產(chǎn)甲烷量為50mL/g，分別是藍(lán)藻與消化污泥、剩余污

6、泥混合發(fā)酵時(shí)的1.5倍和2.3倍。一、擬采取的研究方案、技術(shù)路線厭氧污泥取自啤酒廠污水厭氧反應(yīng)器，用作接種微生物菌群。巢湖藍(lán)藻取自安徽省合肥市包河區(qū)義城鎮(zhèn)的巢湖岸邊，藍(lán)藻自然晾干后，密封保存，置于-20°C冰箱中備用。玉米秸稈取自于縣郊區(qū)農(nóng)田，秸稈經(jīng)機(jī)械破碎過1mm篩。試驗(yàn)中所用玉米秸稈、藍(lán)藻及污泥的主要纖維素組成及成分分析分別分析。試驗(yàn)方法及裝置以250mL血清瓶作為反應(yīng)器，藍(lán)藻和玉米秸稈揮發(fā)性固體總質(zhì)量為50g/L，接種污泥揮發(fā)性固體為5g/L。按照表3所列分別加入玉米秸稈、巢湖藍(lán)藻、厭氧污泥以及1mL/L的厭氧常量元素和微量元素溶液，pH值調(diào)節(jié)

7、至6.80±0.01，加蒸餾水至總體積150mL。鼓氮?dú)?min，然后用鋁塞密封，置于35°C空氣浴搖床中。試驗(yàn)期間，每隔2d測定產(chǎn)氣量。常量元素溶液的組成：FeCl3·6H2O15g/L；MgCl2·6H2O125g/L。微量元素溶液的組成：NiCl2·6H2O0.5g/L；CaCl21.0g/LNH4Mo7O240.5g/L；CoCl2·6H2O0.5g/L；MnCl2·4H2O0.5g/L；ZnCL20.25g/L；CuCl2·2H2O0.35g/L。不同反應(yīng)器中加入的反應(yīng)物料編號玉米秸稈：藍(lán)藻：污泥NH4-N/（mg.L_1）磷酸鹽（mg.L

8、_1）00：0：122.518110：0：1417228：2：1536836：4：1828444：6：174