禽畜糞便厭氧消化製取沼氣致毒及脫毒機理研究

《禽畜糞便厭氧消化製取沼氣致毒及脫毒機理研究》是依託上海交通大學，由劉榮厚擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：禽畜糞便厭氧消化製取沼氣致毒及脫毒機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉榮厚
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

厭氧消化技術日趨成熟、推廣潛力巨大，但在工業化運行的沼氣工程中使用禽畜糞便等高氮原料時，依然時常存在氨氮抑制致使有機酸積累最終導致運行失敗的情況。因此，提高沼氣工程的甲烷產率和運行穩定性是實現沼氣技術產業化亟待解決的關鍵問題。本研究在對高氮原料厭氧消化致毒水平分析基礎上，提出接種物馴化、添加微量元素、發酵過程中氨氮脫除、原料氨氮脫除和氨氮沉澱、改變原料C/N比技術，以期解決高氮原料導致的厭氧消化氨氮抑制問題。採取中溫條件下生物化學產甲烷潛力批次試驗和回響面最佳化設計確定沼氣發酵的最優處理工藝組合。通過中溫條件下半連續餵料連續攪拌反應器連續厭氧發酵試驗監測發酵工藝參數，驗證發酵工藝的穩定性，同時，在連續發酵試驗中使用螢光原位雜交技術跟蹤微生物種群更替，以合理推斷高氮原料厭氧消化過程中氨氮致毒機理、及使用相應工藝手段解毒的作用機理，為解決沼氣發酵工藝中的氨氮抑制問題提供科學參考。

結題摘要

針對禽畜糞便厭氧消化製取沼氣過程中常出現的氨氮抑制問題，本研究在厭氧消化致毒水平分析基礎上，提出接種物馴化、添加微量元素、發酵液及原料氨氮脫除、氨氮沉澱、調節C/N比技術，以期解決高氮原料厭氧消化氨氮抑制問題。取得的主要成果如下：（1）底物濃度為8 g VS L-1時，豬糞、牛糞、雞糞、兔糞的比甲烷產量最高，分別為409.6、269.8、377.1和323.2 mL CH4 g-1VSadded。四種糞便均分別在16和32 g VS L-1時出現輕微的及明顯的氨抑制；（2）雞糞、豬糞在有機負荷率為1.8 g VS L-1d-1條件下的比甲烷產量分別為0.199 L g-1 VSadded和0.211 L g-1 VSadded；有機負荷率為2.4 g VS L-1d-1時比甲烷產量分別為0.321 L g-1 VSadded和0.334L g-1 VSadded。螢光原位雜交菌群分析結果表明耐受性較強的八疊球菌數量增加，整體對高氮原料的適應性增強，達到了馴化目的；（3）添加微量元素Se、Co後，餐廚垃圾厭氧發酵反應器運行穩定，螢光原位雜交分析結果表明乙酸裂解菌是適宜條件下厭氧發酵體系中的優勢菌；（4）在雞糞連續厭氧發酵中，在70℃、pH值10條件下進行氨吹脫處理使雞糞連續厭氧發酵在高有機負荷率（9 g VS L-1 d-1）條件下仍保持高產甲烷量（0.199 L g-1 VSadded）。該反應器中的優勢菌由Methanosarcinales 向耐受抑制作用更強的Methanomicrobiales遷移，而其餘反應器菌群中的優勢菌因活性受到抑制而大量減少； （5）以雞糞為底物，沸石為添加物的厭氧消化試驗結果表明，沸石添加體積分數為5%的試驗組在發酵第21天時甲烷含量達到最大值73.06%，比對照組提高了4.86%； （6）以雞糞為單一原料的半連續厭氧發酵反應器在有機負荷率為2.4 g VS L-1d-1時產氣量穩定，比甲烷產量為0.267 L g-1 VSadded。添加爛蘋果使雞糞中溫厭氧消化體系的有機負荷率提高到4.8 g VS L-1d-1，反應器中Methanosarcinaceae 為古細菌菌群的優勢菌，同時嗜氫產甲烷菌Methanobacteriaceae 呈現數量增加趨勢。本研究為高氮原料厭氧消化的穩定高效運行奠定了理論及實踐基礎。