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[硕士论文] 刘琬瑜
农业资源利用 东北农业大学 2017(学位年度)
摘要:当今时代,经济飞速发展,伴随而来的代价是环境污染严重和不可再生能源的过度消耗。人们逐渐清醒的认识到以牺牲现有资源为求发展得不偿失,也渐渐意识到可再生能源的高度利用价值和重要意义。厌氧发酵技术的诞生很大程度缓解了这一问题,通过对农作物秸秆与牲畜粪便进行混合厌氧发酵产沼气,具有较高的经济价值和环境效益。牛粪是沼气发酵中常用的原料,其碳氮比适合厌氧发酵且微生物种群丰富,但缺点是粗纤维含量多,不易降解,速效养分也不高。故将牛粪与玉米秸秆进行混合厌氧发酵可以提高混合厌氧效率,降低环境污染。但是,受制于气候影响,北方地区温差较大,低温时间过长,中温厌氧发酵常常技术经济收益相对较差,有时呈现负增长趋势,所以给该技术的推广和应用带来了很大阻碍。因此,针对以上的制约条件,提出优化混合厌氧发酵运行参数的方案。本文针对农作物秸秆和牛粪的资源联合利用,采用日常生活中的玉米秸秆,设置静态混合厌氧发酵模拟试验,研究玉米秸秆预处理的优化工艺,探讨影响混合厌氧效能的生态因子组合条件以及微量元素浓度配比。取得的主要研究成果如下:
  本研究分为两个部分:第一部分是利用正交试验的设计方案,考察并探究混合厌氧发酵的预处理方式、温度、C/N与总固体含量,对混合厌氧发酵产沼气效果的影响。结果表明,影响混合厌氧发酵的最佳参数为:温度35℃,TS%为15%,C/N为25∶1,碱处理农作物秸秆。第二部分试验是采用Box-Behnken中心组合试验设计方案,基于正交试验所得最优生态因子结果,并探究三种不同微量元素Fe、Co、Ni添加量对厌氧发酵特性的影响,来进一步优化微量元素对玉米秸秆与牛粪混合厌氧发酵产沼气的影响。结果表明,采用Fe2+、Co2+、Ni2+三种微量元素组合投加可明显提高玉米秸秆与牛粪混合发酵产沼气的产量,且Fe2+、Co2+、Ni2+三种微量元素的最佳投加量分别为0.7525mg·L-1、0.073mg·L-1和0.4595mg·L-1,此时,发酵累计产气量为10313mL。通过响应面法交互影响分析,发现三种微量元素对厌氧发酵累积产气量影响程度依次为:Fe>Ni>Co。
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