混合原料沼气厌氧发酵影响因素分析及工艺优化.docx
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混合原料沼气厌氧发酵影响因素分析及工艺优化开展农业废弃物多元物料混合厌氧发酵研究是实现农业废弃物资源化利用 和减少环境污染的重要途径开展多种类物料混合厌氧发酵技术研究，可避免单 一原料厌氧发酵缺陷，提高沼气发酵产气效率，从而高效率地解决环境污染与能 源生产问题基于该技术的产业价值和科学问题的前沿性，进行此方面的研究具有重要意 义本研究从原料配比、碳氮比（C/N）、底物浓度、接种物比例和温度等方面分 析了这些因素对混合原料沼气厌氧发酵效果的影响，并基于这些因素，对混合原 料沼气厌氧发酵工艺进行了优化研究取得以下主要结果：（1）原料混合发酵CH4产量较原料单 独发酵时有显著提高；3种原料按一定比例混合后沼气发酵效率高于2种原料混 合不同原料混合组，随原料配比的变化，沼气产量和CH4产量呈 先增加后减少的趋势；沼气产量和CH4产量最大时的原料配比不同， 牛鸡麦组为牛粪和鸡粪配比50:50，牛猪麦组为牛粪和猪粪配比75:25，鸡猪麦 组为鸡粪和猪粪配比25:75适宜配比下较高的发酵效率在于其保持了发酵料液中适宜的pH、总铵态氮 和游离态NH3含量。
混合原料发酵存在协同作用，鸡猪麦混合后CH4 产量提高程度最大，其次为牛猪麦组，牛鸡麦组最小，说明猪粪最适宜与其它粪 便混合发酵2）C/N对混合原料沼气发酵效果有显著影响不同原料混合组，随C/N 的增加，沼气产量和CH4产量呈先增加后减少的趋势对牛鸡麦组，适宜C/N为30:1，沼气产量和CH4产量分别为589.6mL g-1VS 和 262.5mL g-1VS；对牛猪麦组，适宜C/N 为 25:1，沼气产量和 CH4产量分别为 614.0mL g-1VS 和286.5mL g-1VS；对鸡猪麦组，适宜C/N为25:1，沼气产量和 CH4产量分别为 543.5mL g-1VS 和 259.7mL g-1VS低C/N易导致铵态氮积累，降低产气率；高C/N易导致发酵 液pH降低，抑制CH4菌活性而降低产气效率3）混料试验设计结果表明，3种原料混合厌氧发酵的CH4产 量显著高于单一原料及2种原料混合发酵；多原料间在发酵过程中的协同作用提 高了 CH4产量；在混合发酵中，粪便对整体CH4产量的 贡献量显著高于秸秆，但不同种类粪便及秸秆间差异不明显。
中心组合试验设计 结果表明，原料配比和C/N比均影响CH4产量，且两因素间存在交 互作用，说明混合原料发酵体系中不同原料间的协同作用不仅仅在于平衡C/N 比，还可能存在微生物协同、营养平衡等方面的作用混料设计和中心组合设计均得到了优化的原料配比及对应的 CH4产量，两者间差异不明显，但中心组合设计具有更高的精度和更 广泛的适用性4）底物浓度对混合原料沼气发酵效果有显著影响当底物浓度小于20gVS L-1时，累积产气量和CH4 产量都随底物浓度的增加而线性增大，但过高的底物浓度会导致料液酸化，降低 发酵效率同一底物浓度下，牛猪麦组发酵效率最高，其次为牛鸡麦组，鸡猪麦 组最差接种比例（ISR）对混合原料沼气发酵效果有显著影响当ISR小于2.4时， 随接种比例增大，累积产气量和CH4产量均线性增大；ISR越低，有当ISR高于2.4时，进一步提高接种物量，并不能提高发酵效率各组累积 产气量和CH4产量在同一 ISR下表现的大小规律与底物浓度影响相 同5）温度对混合原料沼气厌氧发酵有显著影响。
随温度升高，料液pH、铵 态氮和游离NH3含量都显著增加20°C下，料液酸化降低了产气效率；中温及高温下，CH4菌对游 离NH3的耐受性增强，较高的游离NH3浓度没有对发酵过程产生明显的抑制作用 不同温度下，C/N对混合原料沼气厌氧发酵的影响存在差异35C下，C/N15:1和20:1发生氨氮抑制，而55C下C/N25:1也产生一定的 氨氮抑制35C下，最佳C/N为25:1，CH4产量为272mL g-1VS； 55C下，最佳 C/N 为 30:1，CH4产量为 286mL g-1VS氨氮是否对发酵产生抑制同时取决于底物的C/N和发酵温度6）响应面法 可以用于牛粪（DM）、鸡粪（CM）和麦秆混合厌氧发酵产沼气的工艺参数优化C/N、DM/CM、底物浓度、ISR对混合厌氧发酵CH4产量都有显著 影响并且C/N和DM/CM、C/N和底物浓度、底物浓度和ISR之间存在的交互作用 对CH4产量也有显著影响随C/N和DM/CM的增大，CH4 产量呈先升高后下降的趋势，但C/N对CH4产量的影响大于DM/CM； 随C/N和底物浓度的增大，CH4产量呈先升高后下降的趋势，但C/N 对CH4产量的影响大于底物浓度；随底物浓度和接种比例的增加， CH4产量呈先增大后减小的趋势，接种比例对CH4产量通过模型预测得到牛粪、鸡粪和麦秆混合厌氧发酵产沼气的最优工艺组合为C/N 为 26.31，DM/CM 为 42.96:57.04，底物浓度为15.90g VS L-1，ISR 为 2.34，预期可得最大 CH4产量为 394mL g-1VS。
