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隨著能源消耗和環(huán)境污染問題日益突出,黑膜沼氣池厭氧  發(fā)酵既能提供清潔能源沼氣又能減少農(nóng)牧廢棄物污染而成為能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。根據(jù)研究調(diào)查,截至2009年底,中國規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞便的排量  約837億t,年沼氣生產(chǎn)潛力約為472.1億m312;2015年全國主要農(nóng)作物秸稈可利用量為7.2億t,其中玉米秸稈所占比例約為30%;蔬菜種植面積達(dá)

220)0hm2,蔬菜總產(chǎn)量為7.85億t,蔬菜生產(chǎn)程中產(chǎn)生的大量廢棄物直接丟棄或填埋已造成嚴(yán)的環(huán)境污染。黑膜沼氣池厭氧消化是農(nóng)牧廢棄物資源化利用  有效途徑之一,將單一原料的黑膜沼氣池厭氧發(fā)酵轉(zhuǎn)為混合發(fā)酵可以改善原料結(jié)構(gòu)和營養(yǎng)特性,提高有機(jī)廢棄物  的甲烷產(chǎn)量和有機(jī)轉(zhuǎn)化率4,從而成為國內(nèi)外大量學(xué)者研究的熱點(diǎn)之一。

為獲得較佳的混合黑膜沼氣池厭氧消化性能,需要對(duì)原料  配比進(jìn)行優(yōu)化。 Molinuevo -Salces B3等將果蔬廢棄  物與畜禽糞便進(jìn)行混合黑膜沼氣池厭氧發(fā)酵,結(jié)果表明兩者混  合黑膜沼氣池厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣效果很好,單位原料甲烷產(chǎn)量從  11提高到24m:gVs,揮發(fā)性固體去除率從  50%提高到86%。馮亞君6等研究發(fā)現(xiàn)玉米秸稈  與雞糞配比1:2時(shí)累計(jì)產(chǎn)甲烷量達(dá)到最大值為  19488mL,比單一玉米秸稈黑膜沼氣池厭氧消化最終甲烷產(chǎn)量  高出32.6%。魏珞宇等研究不同配比牛糞與生  活廢棄物混合發(fā)酵時(shí)發(fā)現(xiàn)增加牛糞比例可提高黑膜沼氣池厭氧  發(fā)酵的累計(jì)產(chǎn)氣量和發(fā)酵液中pH值得穩(wěn)定性。厭  氧消化技術(shù)最明顯的發(fā)展趨勢(shì)是兩種或兩種以上物  料混合黑膜沼氣池厭氧消化”,然而目前大多數(shù)研究基本上都  針對(duì)兩種發(fā)酵物料,對(duì)于多種混合物料黑膜沼氣池厭氧發(fā)酵制  沼氣工藝研究尚比較少。因此,本試驗(yàn)以牛糞、蔬菜  廢棄物和玉米秸稈為發(fā)酵原料,分別設(shè)定了單一原料、兩種及3種混合原料發(fā)酵試驗(yàn)組,在中溫(37℃±1℃)和固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%條件下進(jìn)行黑膜沼氣池厭氧消化產(chǎn)甲烷性能研究,并探討原料的混合種類及配比對(duì)黑膜沼氣池厭氧消化協(xié)同效應(yīng)的影響,以期為農(nóng)牧廢棄物多  元混合物料黑膜沼氣池厭氧消化產(chǎn)沼氣工程提供參考

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所需原料牛糞和玉米秸稈取自甘肅省蘭州  市晏家坪奶牛養(yǎng)殖農(nóng)戶,蔬菜廢棄物取自甘肅省蘭州市蔬菜批發(fā)市場(chǎng),主要為廢棄的番茄和白菜爛葉。  將3種原料取回實(shí)驗(yàn)室后密封,冷藏于4℃冰箱中  備用。所用的接種污泥取自蘭州市紅古區(qū)奶牛場(chǎng)沼  氣工程所產(chǎn)生的發(fā)酵液,添加鮮牛糞經(jīng)(37℃±  1℃)密封馴化30d后所得。試驗(yàn)材料的理化性質(zhì)如表1所示

1.2試驗(yàn)裝置與方法  

本試驗(yàn)采用批式黑膜沼氣池厭氧消化工藝。黑膜沼氣池厭氧消化試驗(yàn)裝置為1.5L發(fā)酵瓶,有效填料容積為1.2L。黑膜沼氣池厭氧  發(fā)酵固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%,設(shè)計(jì)接種率為發(fā)酵原料  的30%,將發(fā)酵原料和接種物按照ⅤS(揮發(fā)性固  體)比例(見表2)混合后,添加一定量蒸餾水調(diào)至總  固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%,裝瓶,充氮?dú)?min排除發(fā)酵  瓶中的空氣。發(fā)酵瓶以帶玻璃管的橡膠塞密封,通  過乳膠管連接于3L的鋁塑復(fù)合膜氣體采樣袋,消

化瓶置于恒溫水浴箱中,在溫度為(37℃±1℃)條  件下進(jìn)行黑膜沼氣池厭氧發(fā)酵。每個(gè)試驗(yàn)組3個(gè)重復(fù),試驗(yàn)期間發(fā)酵瓶每天手動(dòng)搖晃3次以起到攪拌作用。每天晚上8點(diǎn)測(cè)量產(chǎn)氣量及甲烷和二氧化碳的含量等指

1.3測(cè)定與分析方法  

1.3.1測(cè)定指標(biāo)及方法  

試驗(yàn)原料TS采用恒定質(zhì)量法,105℃干燥至恒  定質(zhì)量;VS采用灼燒法,在550℃馬弗爐灼燒4~6  h,冷卻至恒重稱質(zhì)量;總氮采用凱氏定氮法測(cè)定;總碳采用重鉻酸鉀氧化法測(cè)定;黑膜沼氣池厭氧消化過程中的每  日產(chǎn)氣量采用排水集氣法測(cè)量,氣體中甲烷和二氧化碳含量采用便攜式沼氣分析儀( Biogas500,英國  Geotech公司)測(cè)定。根據(jù)日產(chǎn)氣量及氣體成分含量即可計(jì)算日產(chǎn)甲烷量和二氧化碳量  1.3.2混合黑膜沼氣池厭氧消化協(xié)同效應(yīng)分析  協(xié)同效應(yīng)可以看作是混合黑膜沼氣池厭氧消化所產(chǎn)生出的  超過加權(quán)的單獨(dú)消化所產(chǎn)生出的額外的甲烷產(chǎn)量。根據(jù)原料單獨(dú)黑膜沼氣池厭氧消化時(shí)的甲烷產(chǎn)量和在混合物料  中所占的比例計(jì)算理論甲烷產(chǎn)量,其計(jì)算公式(1)如下9  Mheoreticod=(Moga+MwwgB+Mcsgy)/(a+B+y) (1)  式中:Mm.物料混合黑膜沼氣池厭氧消化理論甲烷產(chǎn)  量,mL·g-Vs;Ma,Mv和M分別代表了單一牛  糞、蔬菜廢棄物和玉米秸稈黑膜沼氣池厭氧消化甲烷產(chǎn)量,  mL·gVs;a,B和y分別代表了牛糞、蔬菜廢棄物  和玉米秸稈在混合發(fā)酵中VS所占的比例。  1.3.3產(chǎn)甲烷動(dòng)力學(xué)分析  大量研究表明修正的 Gompertz方程可以很好  的模擬物料黑膜沼氣池厭氧消化累計(jì)產(chǎn)氣過程。本試驗(yàn)采用修  正的 Gompertz方程對(duì)各處理產(chǎn)甲烷過程進(jìn)行擬

M=Pxmo"(x-0+1}(2)  式中:M為第t天的物料累計(jì)甲烷產(chǎn)量,mL·g

P為最終甲烷產(chǎn)量,mL·g;R。為最大產(chǎn)甲烷速率,mL·gd-2;A為遲滯時(shí)間,d;t為發(fā)酵時(shí)間,  d;e為自然常數(shù),2.718282。P,Rn和A均可通過批式黑膜沼氣池厭氧發(fā)酵實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合獲得。

1.4數(shù)據(jù)處理方法

原始數(shù)據(jù)用 Excel2013軟件標(biāo)準(zhǔn)化處理后,采用 Origin8.5軟件制圖并進(jìn)行修正的 Gompertz方程擬合累計(jì)產(chǎn)甲烷曲線,采用SPss18.0軟件進(jìn)行各試驗(yàn)組間顯著性方差分析。

2結(jié)果與分析

2.1產(chǎn)甲烷性能

2.1.1日產(chǎn)甲烷量

單一原料以及兩種混合原料黑膜沼氣池厭氧發(fā)酵的日產(chǎn)甲烷量變化情況如圖1所示,不同原料日產(chǎn)甲烷量變  化趨勢(shì)有明顯的區(qū)別。牛糞單獨(dú)黑膜沼氣池厭氧消化日甲烷產(chǎn)  量在黑膜沼氣池厭氧消化初期迅速升高,并分別于第4和10天達(dá)到產(chǎn)甲烷峰值,分別為1105mL和725mL。蔬菜廢棄物在黑膜沼氣池厭氧發(fā)酵初期產(chǎn)甲烷速率較慢,在第3天產(chǎn)甲烷量下降并在第5天達(dá)到谷值,之后產(chǎn)甲烷速率逐漸上升在第14天達(dá)到最大產(chǎn)甲烷峰值,為776  mL。玉米秸稈在黑膜沼氣池厭氧消化前期產(chǎn)甲烷量較少,經(jīng)一定停滯時(shí)間后進(jìn)入產(chǎn)甲烷高峰期,并在第17和25天甲烷產(chǎn)量達(dá)到峰值,分別為897和536mL。牛糞和秸稈混合黑膜沼氣池厭氧消化日產(chǎn)甲烷量在第11天達(dá)到峰值,雖然比牛糞單獨(dú)黑膜沼氣池厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷峰值出現(xiàn)時(shí)間  滯后了7d,但其甲烷產(chǎn)量為1320mL,比單一牛糞和玉米秸稈黑膜沼氣池厭氧消化最高產(chǎn)甲烷峰值分別提高了  16.3%和32.05%。蔬菜廢棄物和玉米秸稈混合發(fā)  酵最高日甲烷產(chǎn)量為1185mL,與蔬菜廢棄物和玉  米秸稈單獨(dú)黑膜沼氣池厭氧消化相比,最高甲烷峰值分別高出34.51%和24.30%。

這些結(jié)果可以進(jìn)一步表明單一原料混合后進(jìn)行  黑膜沼氣池厭氧消化其產(chǎn)甲烷性能顯著優(yōu)于單一原料,這主要  是因?yàn)閱我辉嫌捎谕鶡o法同時(shí)滿足適宜的碳氮

比和原料降解速率的條件,難以獲得較高的甲烷產(chǎn)  率和原料利用率,而原料混合發(fā)酵不僅可以彌補(bǔ)單  原料的發(fā)酵缺陷,還可以實(shí)現(xiàn)發(fā)酵原料間的優(yōu)勢(shì)  互補(bǔ),提高原料轉(zhuǎn)化速率m1)這與任海偉等的  研究結(jié)果一致,一方面,牛糞或蔬菜廢棄物與玉米秸  稈混合發(fā)酵正好平衡原料的碳氮比,為微生物生存  提供了更好的條件,另一方面,各種原料在物理結(jié)  構(gòu)、營養(yǎng)組分及水分含量等方面的互補(bǔ)性,有利于創(chuàng)  造更加均衡的條件,保證了穩(wěn)定高效產(chǎn)甲烷過程的進(jìn)行。

多元混合物料在不同比例條件下黑膜沼氣池厭氧消化日產(chǎn)甲烷量如圖2所示。由圖2可見,不同試驗(yàn)組的日產(chǎn)甲烷量變化趨勢(shì)基本相同,在整個(gè)黑膜沼氣池厭氧消化過程中均出現(xiàn)2個(gè)明顯的產(chǎn)甲烷峰值,但產(chǎn)甲烷峰值出現(xiàn)的時(shí)間和大小不一致,這主要是由于復(fù)雜有機(jī)物

降解難易程度不同,導(dǎo)致物料混合黑膜沼氣池厭氧消化是多  段降解過程。其中不同的峰值可以表現(xiàn)出黑膜沼氣池厭氧  過程中的差異,第1個(gè)峰值主要是可溶性有機(jī)物軌  甲烷轉(zhuǎn)化,第2個(gè)峰值是可生物降解的物質(zhì),甚至  生物降解的化合物進(jìn)一步的溶解和甲烷化,之后  生物進(jìn)入饑餓階段3  牛糞、蔬菜廢棄物和玉米秸稈混合黑膜沼氣池厭氧消化,各  成分比例可影響甲烷日產(chǎn)率在整個(gè)發(fā)酵期間的變  化。如圖2所示,多元混合物料的產(chǎn)甲烷高峰期主  要出現(xiàn)在黑膜沼氣池厭氧消化前期。試驗(yàn)組C1,C2,C3和C  在黑膜沼氣池厭氧發(fā)酵啟動(dòng)后日產(chǎn)甲烷量迅速上升,分別在試  驗(yàn)第10,8,5和6天日產(chǎn)甲烷量達(dá)到第1個(gè)峰值  別為1395,1442,1262和1153mL,維持短暫的高日  產(chǎn)甲烷量后迅速降低,達(dá)到谷值后產(chǎn)甲烷速率又顯著升高,分別在試驗(yàn)第16,14,10和13天日產(chǎn)甲烷量達(dá)到第2個(gè)峰值,分別為1213,1489,1485和145  mL,之后各組甲烷產(chǎn)率均迅速降低。從最高日產(chǎn)甲  烷量及產(chǎn)甲烷速率上看,試驗(yàn)組C2的產(chǎn)甲烷性能  明顯優(yōu)于其他試驗(yàn)組。與單一原料以及兩種混合原  料黑膜沼氣池厭氧消化相比,多元混合物料黑膜沼氣池厭氧消化兩個(gè)產(chǎn)甲  烷峰值強(qiáng)度明顯增強(qiáng),這主要是因?yàn)楹谀ふ託獬貐捬醢l(fā)酵是由

多個(gè)微生物代謝過程和不同原料相互聯(lián)系相互制約  所形成的整體過程,多元物料混合黑膜沼氣池厭氧消化有利于  發(fā)酵體系內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的平衡,豐富微生物多樣性,提  高其協(xié)同作用,從而增加黑膜沼氣池厭氧消化產(chǎn)甲烷速率  2.1.2累計(jì)甲烷產(chǎn)量  單一原料兩種及三種混合原料黑膜沼氣池厭氧消化累計(jì)甲烷產(chǎn)量如圖3和圖4所示。各試驗(yàn)組的累計(jì)產(chǎn)甲烷量變化趨勢(shì)基本相同,均表現(xiàn)為迅速增加后逐漸趨于穩(wěn)定。如圖3所示,經(jīng)過43d的黑膜沼氣池厭氧消化,混合物料的最終甲烷產(chǎn)量均高于單一原料的累計(jì)甲烷  產(chǎn)量。試驗(yàn)組A1,A2,A3,B1和B2組最終甲烷產(chǎn)量分別為14051,7332,12443,18256和15815mL。  試驗(yàn)組C1,C2,C3和C4的累計(jì)產(chǎn)甲烷量分別為  19258,20713,16209和15776mL,比單一牛糞黑膜沼氣池厭氧  消化累計(jì)甲烷量產(chǎn)量分別高出27.04%,32.16%,  13.31%和10.93%。試驗(yàn)組C2,牛糞、蔬菜廢棄物  和玉米秸稈混合比例為1:0.4:0.6時(shí)產(chǎn)甲烷性能明  顯優(yōu)于其他試驗(yàn)組,其最終甲烷產(chǎn)量比單一牛糞、蔬  菜廢棄物和玉米秸稈黑膜沼氣池厭氧消化分別提高了  32.16%,64.60%和39.93%,比牛糞和玉米秸稈  蔬菜廢棄物和玉米秸稈混合發(fā)酵分別提高了  11.86%和23.65。這說明牛糞、蔬菜廢棄物和玉米  秸稈3種原料在一定比例下混合黑膜沼氣池厭氧消化比單一原

能。其原因除了與營養(yǎng)結(jié)構(gòu)(C/N)優(yōu)化有關(guān),可能  還與混合發(fā)酵的微生物群落或空間結(jié)構(gòu)有關(guān),多種  原料混合后微生物菌群種類互補(bǔ),且使發(fā)酵環(huán)境更適宜微生物生長(zhǎng)和繁殖,增強(qiáng)了黑膜沼氣池厭氧微生物種群之間的協(xié)同作用,從而提高黑膜沼氣池厭氧消化產(chǎn)甲烷速率  許多研究5表明不同物料之間的混合可以使  C/N調(diào)整到最佳水平(20~30),平衡緩沖能力或提  供微生物所需的營養(yǎng)元素和微量元素。與各試驗(yàn)組  相比,試驗(yàn)組C2累計(jì)甲烷產(chǎn)量最大為20713mL,分  別比C1,C3和C4試驗(yàn)組提高了7.02%,21.74%和  23.84%。因此,混合比例是影響黑膜沼氣池厭氧消化產(chǎn)甲烷性  能的重要因素,優(yōu)化混合原料組合及配比將是黑膜沼氣池厭氧  消化技術(shù)的重要發(fā)展方向。牛糞、蔬菜廢棄物和玉  米秸稈混合比例為1:0.4:0.6是最合理的狀態(tài),有  助于形成最佳C/N(22.86)和提高產(chǎn)甲烷速率。

2.2黑膜沼氣池厭氧消化協(xié)同作用  

為了評(píng)估混合物料的協(xié)同作用對(duì)黑膜沼氣池厭氧消化產(chǎn)甲  烷性能的影響,對(duì)各試驗(yàn)組實(shí)際甲烷產(chǎn)量與理論甲  烷產(chǎn)量進(jìn)行分析。假設(shè)牛糞、蔬菜廢棄物和玉米秸  稈混合后單獨(dú)進(jìn)行黑膜沼氣池厭氧消化,未發(fā)生任何作用,則混  合物料的理論甲烷產(chǎn)量應(yīng)為3種物料甲烷產(chǎn)量的加  權(quán)疊加。參照公式(1)的計(jì)算方法,根據(jù)牛糞、蔬菜  廢棄物和玉米秸稈3種原料單獨(dú)黑膜沼氣池厭氧發(fā)酵時(shí)實(shí)際甲  烷產(chǎn)量(215.18mL·gVs,86.67mL·gVs,  157.09mL·gVs)以及原料混合比例,計(jì)算其理  甲烷產(chǎn)量,結(jié)果如表3所示。

由表3可以看出,各試驗(yàn)組理論甲烷產(chǎn)量均低  于甲烷產(chǎn)量實(shí)際值,表明物料不同比例混合黑膜沼氣池厭氧消化發(fā)生了積極的協(xié)同促進(jìn)作用,顯著提高了甲烷產(chǎn)  量,但在不同混合比例條件下的協(xié)同作用有較大差  異。與理論甲烷產(chǎn)量相比,試驗(yàn)組B1,B2,C1,C2,C3和C4的實(shí)際VS產(chǎn)甲烷量分別顯著(P<0.05)  提高了27.00%,36.94%,33.03%,39.83%,  25.84%和26.62%。其中,試驗(yàn)組C2:牛糞、蔬菜廢  棄物和玉米秸稈比例為1:0.4:0.6時(shí)對(duì)甲烷產(chǎn)量的  提升效果39.83%優(yōu)于其他試驗(yàn)組,比試驗(yàn)組B1協(xié)

同作用值提高了32.21%,比試驗(yàn)組C1,C3和C4協(xié)

同作用值分別提高了17.07%,35.12%和33.17%

因此,物料混合比例是實(shí)現(xiàn)黑膜沼氣池厭氧消化協(xié)同效應(yīng)最大

值的1個(gè)重要參數(shù)。牛糞、蔬菜廢棄物和玉米秸稈

3種原料混合黑膜沼氣池厭氧消化協(xié)同作用貢獻(xiàn)率為2584%

39.83%,明顯高于馮亞君等以玉米秸稈與雞

糞兩種物料協(xié)同作用值7.1%-17.7%。這與  Pages-Diaz J等研究結(jié)論一致,多原料混合調(diào)整了

京料C/N,營養(yǎng)成分更加均衡,顯著增強(qiáng)黑膜沼氣池厭氧消化  過程中的協(xié)同效應(yīng),與單一物料黑膜沼氣池厭氧消化相比,甲烷

產(chǎn)量更高。

2.3黑膜沼氣池厭氧消化性能分析

V去除率是評(píng)價(jià)黑膜沼氣池厭氧消化效率的重要參數(shù)之  ,從表4中可以看出混合發(fā)酵的S降解率與單  原料相比均有明顯提高,這說明混合黑膜沼氣池厭氧消化系  統(tǒng)中的大量有機(jī)物被微生物利用,從而有效地轉(zhuǎn)化  成CH4及CO2等氣體。在所有試驗(yàn)組中,試驗(yàn)組  C2黑膜沼氣池厭氧消化VS降解率最高為65.63%,比單一牛  糞、蔬菜廢棄物以及玉米秸稈黑膜沼氣池厭氧消化分別提高了  16.14%,19.34%和29.88%;比牛糞和玉米秸稈  蔬菜廢棄物和玉米秸稈混合發(fā)酵分別提高了  12.72%和15.25%。這可能是因?yàn)槎嘣旌衔锪?nbsp; 黑膜沼氣池厭氧消化充分發(fā)揮了各種物料的協(xié)同作用,提高了  原料的生物降解速率,促進(jìn)了有機(jī)物水解轉(zhuǎn)化為甲  烷。試驗(yàn)組A3的ⅤS降解率最低為46.02%,這主  要與玉米秸稈的不平衡的營養(yǎng)特性(C/N)和木質(zhì)纖  維素結(jié)構(gòu)有關(guān)。

消化時(shí)間是反映原料黑膜沼氣池厭氧消化性能的一個(gè)重要  指標(biāo),本研究中將各原料產(chǎn)生甲烷總量的90%所用  的時(shí)間定義為T,黑膜沼氣池厭氧消化時(shí)間越短說明生產(chǎn)效  率越高,進(jìn)而可以獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。由表4可知,除試驗(yàn)組B2外,各混合試驗(yàn)組均不同程度的縮短了發(fā)酵產(chǎn)氣周期,這是因?yàn)榛旌显习l(fā)酵周期的長(zhǎng)短與原料的種類和配比有一定的關(guān)系),在實(shí)際生產(chǎn)中,秸稈類原料的黑膜沼氣池厭氧消化周期較長(zhǎng),而糞便類原料消化時(shí)間相對(duì)較短。與單一蔬菜廢棄物和玉米

秸稈黑膜沼氣池厭氧消化相比,物料混合黑膜沼氣池厭氧消  化  5~9d。其中,試驗(yàn)組C2黑膜沼氣池厭氧消化時(shí)間為  試驗(yàn)組A1和B1分別減少了1d和3d。  混合物料黑膜沼氣池厭氧發(fā)酵技術(shù)是提高黑膜沼氣池厭氧消化效  方法,不僅產(chǎn)甲烷性能和底物利用率較單  大幅度提高,而且黑膜沼氣池厭氧消化時(shí)間也得到了明  2.4產(chǎn)甲烷動(dòng)力學(xué)分析  采用修正的 Gompertz方程分別對(duì)各  的累計(jì)產(chǎn)甲烷量進(jìn)行擬合,所獲得的擬合態(tài)  4所示。通過修正的 Gompertz方程擬合所  組的相關(guān)系數(shù)R2值在0.9872~0.9986之  月修正的 Gompertz方程能夠較好的反映物料  化產(chǎn)甲烷過程。黑膜沼氣池厭氧消化期間日產(chǎn)甲烷量整體上  決定了發(fā)酵全過程的最大產(chǎn)甲烷速率。與3種物  單獨(dú)黑膜沼氣池厭氧消化相比,除試驗(yàn)組F外,各試驗(yàn)組最  產(chǎn)甲烷速率Rn均明顯提高,這表明混合黑膜沼氣池厭氧消  協(xié)同作用提高了物能轉(zhuǎn)化速率和產(chǎn)甲烷效來

比單一牛糞黑膜沼氣池厭氧消化和牛糞與玉米秸稈混合厭復(fù)  化最大產(chǎn)甲烷速率分別提高了35.76%和17.9

表現(xiàn)出較強(qiáng)的協(xié)同作用。

除了最大產(chǎn)甲烷速率Rm,遲滯時(shí)間A也是反費(fèi)黑膜沼氣池厭氧消化性能的一個(gè)重要指標(biāo)。與玉米秸稈單級(jí)氧消化相比,添加牛糞的各試驗(yàn)組總體表現(xiàn)出更的遲滯時(shí)間,這是因?yàn)橛衩捉斩捲诤谀ふ託獬貐捬跸跗诒举|(zhì)素與纖維素、半纖維素相互交聯(lián)且結(jié)構(gòu)致密  物對(duì)其降解速率較慢,而牛糞中可溶性物質(zhì)含量高、木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)較疏松以及混合原料中適宣  C/N有利于提高微生物在黑膜沼氣池厭氧發(fā)酵初期對(duì)環(huán)境  宜性進(jìn)而縮短延滯期。試驗(yàn)組C2的遲灌  為297d,比牛糞和玉米秸稈混合發(fā)酵遲列  少了1.22d。因此,與兩種原料混合黑膜沼氣池厭氧消化相比  多元物料混合黑膜沼氣池厭氧消化能夠更加有效減少厭游時(shí)間并提高黑膜沼氣池厭氧消化的效率  通過產(chǎn)甲烷參數(shù)分析與協(xié)同影響評(píng)估,多  合物料黑膜沼氣池厭氧消化的協(xié)同效應(yīng)提高了原料生物嚀模型參數(shù)和生物降解性

是產(chǎn)甲烷速率和累計(jì)甲烷產(chǎn)量提高的主要原因。在  實(shí)際生產(chǎn)中,牛糞、蔬菜廢棄物和玉米秸稈VS混合  比例為1:0.4:0.6時(shí),可顯著提高黑膜沼氣池厭氧消化產(chǎn)甲烷  速率和縮短黑膜沼氣池厭氧消化產(chǎn)甲烷時(shí)間,并且增加發(fā)酵物  料的最終甲烷產(chǎn)量

3結(jié)論

(1)牛糞、蔬菜廢棄物和玉米秸稈3種原料在  一定比例下混合后黑膜沼氣池厭氧發(fā)酵比單一原料以及2種原  料混合后發(fā)酵表現(xiàn)出更好的產(chǎn)甲烷性能。當(dāng)牛糞、  蔬菜廢棄物和玉米秸稈VS比例為1:0.4:0.6時(shí),  累計(jì)甲烷產(chǎn)量達(dá)到最大值為20713mL,比其他混合  物料甲烷產(chǎn)量增加了1186%-23.65%

(2)多元混合物料的協(xié)同作用是黑膜沼氣池厭氧消化產(chǎn)甲烷性能提高的主要原因之一。其中,當(dāng)牛糞、蔬菜廢棄物和玉米秸稈VS比例為1:0.4:0.6時(shí),協(xié)同作用貢獻(xiàn)率最高為39.83%,與其他混合比例相比提高了7.26%-35.12%。

(3) Gompertz方程能夠較好的反映物料不同混  合比例的產(chǎn)甲烷過程,可決系數(shù)R2在0.9872  0.9986之間。牛糞、蔬菜廢棄物和玉米秸稈VS比  例為1:0.4:0.6時(shí)具有最大產(chǎn)甲烷速率17.34  mL·dkg-1,比牛糞單獨(dú)黑膜沼氣池厭氧消化、牛糞與玉米  桿混合黑膜沼氣池厭氧消化最大產(chǎn)甲烷速率分別提高了35.76%和1719%。

摘自《中國沼氣》2018第三期 李金平 崔維棟 黃娟娟 王春龍 劉潤(rùn)

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