牛粪与蘑菇渣厌氧混合发酵产沼气研究

收稿日期院2018-05-12遥基金项目院国家自然科学基金项目渊51108443袁51478453袁21776163冤遥作者简介院马新刚渊1982-冤袁男袁山东青州人袁硕士袁高级工程师袁主要从事环保与职业卫生技术监督服务工作遥E-mail院qzmxg@sina.com通讯作者院袁宪正渊1981-冤袁男袁山东青岛人袁博士袁教授袁研究方向为厌氧微生物的机理与应用遥E-mail院xzyuan@sdu.edu.cn牛粪与蘑菇渣厌氧混合发酵产沼气研究马新刚1袁谢连科1袁张永1袁张国英1袁臧玉魏1袁祝凡平2袁袁宪正2渊1.国网山东省电力公司电力科学研究院袁山东济南250002曰2.山东大学环境科学与工程学院袁山东青岛266237冤摘要院文章以牛粪和蘑菇渣为研究对象袁进行了牛粪和蘑菇渣厌氧混合发酵的批次实验袁并对厌氧混合发酵过程的累积甲烷产量进行了模型拟合遥研究结果表明院蘑菇渣和牛粪的质量比为1颐3时袁发酵系统的产甲烷效果和稳定性最好曰但是袁相对于单一牛粪发酵而言袁混合发酵的产气量并没有表现出更多的优势曰Gompertz模型更适合于牛粪和蘑菇渣厌氧混合发酵实验组累积甲烷产量的预测和分析遥关键词院牛粪曰蘑菇渣曰厌氧混合发酵曰沼气中图分类号院TK6曰S216.4文献标志码院A文章编号院1671-5292渊2019冤07-0955-040引言畜禽养殖业在为人们提供丰富的肉尧奶和蛋的同时袁也带来了严重的环境问题[1]遥畜禽粪污的综合利用问题已经成为制约循环农业发展的瓶颈[2]遥我国在利用厌氧发酵技术处理农业有机废弃物方面已取得了一定的环境和经济效益袁并形成了一定的规模[3]遥但是袁如何提高畜禽粪污的发酵潜能和产气率袁对保障集约化畜牧养殖业的良性发展至关重要遥混合发酵技术袁即同时厌氧发酵处理两种或多种底物的技术袁是目前国内外科研工作者研究生物产气潜能的热点方向遥混合发酵可以改善发酵系统的性能袁显著提高发酵系统的产气率和稳定性遥目前袁研究人员一般将畜禽粪污与其他有机废弃物渊如能源植物尧餐厨垃圾尧城市污泥尧城市有机垃圾尧农业废弃物和发酵行业废弃物等冤进行混合发酵产沼气遥Neves研究了在牛粪与餐厨垃圾厌氧混合发酵过程中油脂对发酵系统的产气稳定性和甲烷产量的影响袁研究结果表明袁所有的反应体系均没有受到油脂的抑制袁而且油脂的添加提高了牛粪与餐厨垃圾厌氧混合发酵系统的甲烷产量[4]遥Lehtom覿ki的研究发现袁厌氧混合发酵技术有利于纤维素类含量较高的尧难降解的农业有机废弃物的降解[5]遥谷士艳研究了以猪粪和餐厨垃圾为主要原料的厌氧混合发酵技术袁得到了厌氧混合发酵的最优工艺条件为原料配比为1颐1袁pH为7.11袁TS为10.08%袁利用回归模型预测该条件下的产气量为30459.5mL[6]遥李兵研究了以杂交狼尾草和猪粪为原料的厌氧混合发酵过程袁研究发现袁相比于狼尾草和猪粪的单一物料发酵袁混合发酵的甲烷产率分别提高了28.85%和21.73%袁混合发酵的总固体渊TS冤尧挥发性固体渊VS冤去除率分别为7.69%和23.71%[7]遥张翠丽的研究发现袁粪便与麦秆混合发酵明显提高了原料的产气效率袁与以猪粪作为单一发酵原料的情况相比袁猪粪与麦秆混合发酵的累积产气量提高了2.4倍袁而牛粪与麦杆混合发酵的累积产气量与牛粪作为单一发酵原料时无显著差异[8]遥在畜禽粪污的治理方面袁我国的厌氧混合发酵产沼气技术起步较晚袁直到近几年才有相关研究出现袁还有较大的发展空间遥本研究以牛粪和蘑菇渣为研究对象袁探索牛粪与蘑菇渣厌氧混合发酵产沼气的最佳混合比例袁并通过模型拟合得出了以牛粪为主要原料的厌氧混合发酵的部分工艺参数袁对于处理牛粪尧蘑菇渣等废弃污染物同时产生能源具有一定的指导意义和现实价值遥1材料与方法1.1实验材料牛粪渊DM冤取自甘肃兰州某奶牛养殖场袁蘑菇渣渊SMS冤取自甘肃兰州某蘑菇养殖厂遥牛粪和蘑菇渣剔除杂质后用粉碎机粉碎袁然后存于4益冰箱中备用遥以取自山东青岛某沼气厂的厌氧发酵可再生能源RenewableEnergyResources第37卷第7期2019年7月Vol.37No.7Jul.2019窑955窑沼液作为接种物遥1.2实验方法批次实验采用12个批式反应装置袁共做6组实验袁每组2个平行实验遥6组实验的发酵原料分别为蘑菇渣渊R1冤袁牛粪渊R2冤以及蘑菇渣和牛粪混合物袁其中袁蘑菇渣和牛粪的质量比为1颐1袁1颐2袁1颐3和1颐4时袁分别记为R3~R6遥将经过处理的蘑菇渣和牛粪按照一定比例加入到290mL的血清瓶中袁加入VS含量为1%的沼液作为接种物袁用蒸馏水定容至120mL袁系统的TS含量为1.8%遥将各实验组的初始pH值用稀酸或稀碱溶液调节至一定值袁用N2和CO2混合气渊N2和CO2的体积比为4颐1冤吹扫10min袁以排出血清瓶中的氧气袁保证厌氧环境袁最后用橡胶塞封闭遥每日