玉米秸秆与巢湖蓝藻混合厌氧发酵的产沼气性能
10页1、 玉米秸秆与巢湖蓝藻混合厌氧发酵的产沼气性能一、一、 研究背景研究背景近年来巢湖水质富营养化严重,每年的 8、9 月份经常会爆发蓝藻。据测定,巢湖年平均蓝藻质量浓度为 68 mg/L,总蓝藻量可达 5070 万 t(干生物量) 。目前应对蓝藻爆发的有效手段仍然是组织人力打捞。由于蓝藻含有藻毒素,氮磷含量高,如不能有效处理,仍有可能造成二次污染。另一方面,蓝藻富含多糖和蛋白,是一种生物质资源。厌氧消化是目前有机废弃物的有效处理方式之一。该处理过程条件温和,运行成本低而且可以有效地分解藻毒素。然而,由于蓝藻氮含量较高,碳氮比较低,不适宜直接用于厌氧消化过程。为了提高厌氧发酵的转化效率,近年来不同底物混合厌氧发酵成为研究的热点之一。混合厌氧发酵是指发酵特性存在互补性的 2 种或 2 种以上原料作为厌氧发酵基质进行的生物降解过程。我国是一个农业大国,农作物秸秆年产量约为 7 亿吨左右,列世界之首。但目前我国农作物秸秆的利用率不高,相当数量被自然腐败或燃弃,其中被焚烧。由于没有得到很好的利用。近年来各地大面积焚烧秸秆的现象时常发生,秸秆燃烧热值低,不仅造成资源浪费,而且污染环境,毁坏树木和耕地,
2、影响交通安全,甚至引发火灾、交通事故等重大安全事故。一般认为混合厌氧发酵能起到稀释有毒化合物、提高营养物的平衡、增强微生物的协同效应并进而提高有机质厌氧转化效率的作用。在中国农村秸秆沼气化工程发展过程中,面临的一大难题是如何提高秸秆类原料厌氧消化的转化效率。鉴于此,进行了玉米秸秆和巢湖蓝藻混合厌氧发酵试验,考察了不同秸秆和蓝藻混合比例对沼气产率及产气速率的影响,并分析了沼液及沼渣的主要组分,以期为资源化利用蓝藻和秸秆探索一条新的技术途径。二、二、 国内外研究动态国内外研究动态混合厌氧发酵概念的提出可以追溯到 20 世纪 80 年代初。 Hills 首次尝试将牛粪和大麦秸秆混合发酵产沼气,试验发现牛粪能提高大麦秸秆的发酵效率。此后,混合发酵技术被逐渐引入到沼气发酵产业中: 动物粪便与农作物秸秆的混合发酵被应用于农业和畜牧养殖业产生的废弃物处理过程中;城市污水污泥( sewage sludge,SS) 和 OFMSW 的混合发酵被运用到城市垃圾的处理过程中; 此外,在工业生产过程中产生的各种废弃物与动物粪便、污水污泥的混合发酵也陆续报道。发酵底物混合厌氧发酵不是简单地把两种或两种以上的底物
3、混合后厌氧发酵,而要求混合的底物( 如一种主要的底物和一种次要的添加物) 能够在营养元素、pH、缓冲能力等方面相互调节,产生积极的相互作用,并且不会导致抑制现象,提高发酵效率,混合发酵能够充分利用原来难以发酵的秸秆、城市固体有机垃圾和工业废弃物等,变废为宝,为垃圾处理及利用提供了一条更好的途径自 2007 年以来,随着沼气研究的不断升温,混合发酵的研究出现骤增趋势,得到了全世界不同学科和领域的广泛关注。董诗旭等人通过对滇池蓝藻接种污泥,研究了在发酵前后蓝藻总固体(totalsolids,TS) 、挥发性固体(volatile solids,VS)以及甲烷产量;国外,Alberto 等人采用了两步法发酵研究藻类作为资源产甲烷的潜力。王寿权等对猪粪与蓝藻混合发酵进行了产甲烷效率的试验研究,在质量比为 2.0 时产气效果最佳。胡萍等对蓝藻与污泥混合厌氧发酵产沼气进行了初步研究,在蓝藻与厌氧颗粒污泥物料比为 61 时,干物质累计产甲烷量为 50 mL/g,分别是蓝藻与消化污泥、剩余污泥混合发酵时的 1.5 倍和 2.3 倍。三、三、 拟采取的研究方案、技术路线拟采取的研究方案、技术路线厌氧污泥
4、取自啤酒厂污水厌氧反应器,用作接种微生物菌群。巢湖蓝藻取自安徽省合肥市包河区义城镇的巢湖岸边,蓝藻自然晾干后,密封保存,置于-20C 冰箱中备用。玉米秸秆取自于县郊区农田,秸秆经机械破碎过 1 mm 筛。试验中所用玉米秸秆、蓝藻及污泥的主要纤维素组成及成分分析分别分析。试验方法及装置以 250 mL 血清瓶作为反应器,蓝藻和玉米秸秆挥发性固体总质量为 50 g /L,接种污泥挥发性固体为 5 g/L。按照表 3 所列分别加入玉米秸秆、巢湖蓝藻、厌氧污泥以及 1 mL/L 的厌氧常量元素和微量元素溶液,pH 值调节至6.800.01,加蒸馏水至总体积 150 mL。鼓氮气 1 min,然后用铝塞密封,置于35C 空气浴摇床中。试验期间,每隔 2d 测定产气量。常量元素溶液的组成:FeCl36H2O 15 g/L;MgCl26H2O 125g/L。微量元素溶液的组成:NiCl26H2O 0.5g/L;CaCl21.0g/LNH4Mo7O240.5g/L;CoCl26H2O 0.5g/L;MnCl24H2O0.5g/L;ZnCL20.25g/L;CuCl22H2O 0.35g/L。不同反应器
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