粪便与玉米秸秆混合发酵产气效果研究

【摘要】：我国农村人口众多,能源短缺,大力发展沼气不仅可以优先利用可再生能源,而且改善了农村的生态环境,具有显著的能源、经济、生态和环保效益。本研究通过对比不同温度条件下不同粪便与玉米秸秆混合物厌氧发酵的产气效果和整个反应过程中发酵料液pH值变化趋势,将温度、原料、配比与pH值结合起来进行系统的研究,以期得出不同温度条件下不同混合原料的最优配比,为农村户用沼气池厌氧发酵产生沼气的选料及配料比例提供理论依据。 本试验通过自行设计的可控性恒温发酵装置,以预处理后的玉米秸秆和畜禽粪便(鸡粪,猪粪,牛粪)为沼气发酵原料,鸡粪、猪粪和牛粪分别与玉米秸秆按干物质质量3:1、2:1、1:1、1:2比例进行配比,在10℃～40℃(每5℃为一温度梯度)条件下进行批量试验,研究3种粪秆混合原料不同配比在不同温度条件下产气效果及pH值的变化趋势,并通过SPSS对试验结果进行回归分析,建立最优回归方程,得出不同温度下不同混合原料的最优配比及预计最大累积产气量。本试验得出以下主要结论: (1)10℃～40℃条件下,从原料的配比看,鸡粪与玉米秸秆混合发酵,最大累积产气量在10℃、15℃和40℃时分别出现在粪秆比为3:1、1:2和3:1的试验组,在其他温度下均出现在粪秆比为2:1的试验组;猪粪与玉米秸秆混合发酵,最大累积产气量在15℃时出现在粪秆比为3:1的试验组,在其他温度下都出现在粪秆比2:1的试验组;牛粪与玉米秸秆混合发酵,按照温度顺序,最大累积产气量分别出现在粪秆比1:1、3:1、1:2、1:2、1:1、1:2、3:的试验组。 (2)从3种混合原料的累积产气量看,鸡粪与玉米秸秆混合物在35℃下粪秆比2:1时最优,为16865mL,在10℃粪秆比2:1和1:1时最小为310mL;猪粪与玉米秸秆混合物在35℃粪秆比2:1时最优,为15177mL,在10℃粪秆比3:1时最小为205mL;牛粪与玉米秸秆混合物在35℃粪秆比1:2时最优,为12973mL,在10℃粪秆比2:1最小为280mL。 (3)3种混合原料pH值在发酵初期普遍较低,随着反应的进行,pH基本呈现随着产气速率的增大而升高的趋势,在pH达到最大后开始下降,且在整个发酵过程中pH处于动态变化中。10℃～20℃条件下pH值在整个反应过程中变化幅度较小,20℃条件下3种混合原料呈现出随着反应的进行缓慢升高直至产气结束的趋势,25℃～40℃条件下,pH值的变化趋势与产气速率的变化趋势基本相似。 (4)用SPSS软件对10℃～40℃条件下不同配比鸡粪、猪粪和牛粪分别与玉米秸秆混合发酵累积产气量进行回归分析得出:10℃条件下,猪粪与玉米秸秆混合发酵最优配比为2.11:1,最大累积产气量为261mL;牛粪与玉米秸秆混合发酵最优配比为3.28:1,最大累积产气量为313mL。15℃条件下,猪粪与玉米秸秆混合发酵最优配比为1.35:1,最大累积产气量为1440mL。20℃条件下,鸡粪与玉米秸秆混合发酵最优配比为2.23:1,最大累积产气量为3277mL;猪粪与玉米秸秆混合发酵最优配比为1.79:1,最大累积产气量为6272mL。25℃条件下,鸡粪与玉米秸秆混合发酵最优配比为1.87:1,最大累积产气量为10254mL;猪粪与玉米秸秆混合发酵最优配比为1.68:1,最大累积产气量为11000mL。30℃条件下,鸡粪与玉米秸秆混合发酵最优配比为1.86:1,最大累积产气量为12084mL;猪粪与玉米秸秆混合发酵最优配比为1.89:1,最大累积产气量为11864mL;牛粪与玉米秸秆混合发酵最优配比为2.82:1,最大累积产气量为9895mL。35℃条件下,鸡粪与玉米秸秆混合发酵最优配比为1.81:1,最大累积产气量为17000mL;猪粪与玉米秸秆混合发酵最优配比为1.86:1,最大累积产气量为15246mL。40℃条件下,鸡粪与玉米秸秆混合发酵最优配比为1.46:1,最大累积产气量为15095mL;猪粪与玉米秸秆混合发酵最优配比为1.47:1,最大累积产气量为15513mL。 【关键词】：粪便 玉米秸秆 沼气 厌氧发酵 最优配比
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 文献综述12-20
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 国内外研究进展13-17
• 1.2.1 国外厌氧发酵研究进展13-14
• 1.2.2 国内厌氧发酵研究进展14-17
• 1.3 研究的目的和意义17-19
• 1.3.1 沼气发酵原理17-18
• 1.3.2 研究目的和意义18-19
• 1.4 研究内容19-20
• 第二章 研究方法与试验方案20-22
• 2.1 试验材料20
• 2.1.1 发酵原料和接种物20
• 2.1.2 原料的预处理20
• 2.2 试验装置20-21
• 2.3 试验方案21
• 2.4 测定项目及方法21-22
• 第三章 结果与分析22-58
• 3.1 不同温度下鸡粪与玉米秸秆混合原料厌氧发酵产气速率及pH 变化22-30
• 3.1.1 在10℃温度下产气速率及pH 值变化22-23
• 3.1.2 在15℃温度下产气速率及pH 值变化23-24
• 3.1.3 在20℃温度下产气速率及pH 值变化24-25
• 3.1.4 在25℃温度下产气速率及pH 值变化25-26
• 3.1.5 在30℃温度下产气速率及pH 值变化26-27
• 3.1.6 在35℃温度下产气速率及pH 值变化27-29
• 3.1.7 在40℃温度下产气速率及pH 值变化29-30
• 3.2 不同温度下猪粪与玉米秸秆混合原料厌氧发酵产气速率及pH 变化30-38
• 3.2.1 在10℃温度下产气速率及pH 值变化30-31
• 3.2.2 在15℃温度下产气速率及pH 值变化31-32
• 3.2.3 在20℃温度下产气速率及pH 值变化32-33
• 3.2.4 在25℃温度下产气速率及pH 值变化33-35
• 3.2.5 在30℃温度下产气速率及pH 值变化35-36
• 3.2.6 在35℃温度下产气速率及pH 值变化36-37
• 3.2.7 在40℃温度下产气速率及pH 值变化37-38
• 3.3 不同温度下牛粪与玉米秸秆混合原料厌氧发酵产气速率及pH 变化38-47
• 3.3.1 在10℃温度下产气速率及pH 值变化38-39
• 3.3.2 在15℃温度下产气速率及pH 值变化39-41
• 3.3.3 在20℃温度下产气速率及pH 值变化41-42
• 3.3.4 在25℃温度下产气速率及pH 值变化42-43
• 3.3.5 在30℃温度下产气速率及pH 值变化43-44
• 3.3.6 在35℃温度下产气速率及pH 值变化44-45
• 3.3.7 在40℃温度下产气速率及pH 值变化45-47
• 3.4 不同温度下粪便与玉米秸秆不同配比原料厌氧发酵累积产气量的变化47-54
• 3.4.1 在10℃时不同配比原料厌氧发酵累积产气量的变化47-48
• 3.4.2 在15℃时不同配比原料厌氧发酵累积产气量的变化48-49
• 3.4.3 在20℃时不同配比原料厌氧发酵累积产气量的变化49-50
• 3.4.4 在25℃时不同配比原料厌氧发酵累积产气量的变化50-51
• 3.4.5 在30℃时不同配比原料厌氧发酵累积产气量的变化51-52
• 3.4.6 在35℃时不同配比原料厌氧发酵累积产气量的变化52-53
• 3.4.7 在40℃时不同配比原料厌氧发酵累积产气量的变化53-54
• 3.5 粪便与玉米秸秆不同配比混合发酵累积产气量数学模型的建立54-58
• 3.5.1 鸡粪与玉米秸秆混合发酵累积产气量数学模型54-55
• 3.5.2 猪粪与玉米秸秆混合发酵累积产气量数学模型55-56
• 3.5.3 牛粪与玉米秸秆混合发酵累积产气量数学模型56-58
• 第四章 结论与讨论58-60
• 4.1 结论58-59
• 4.2 讨论59-60
• 参考文献60-64
• 致谢64-65
• 作者简介65

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