蓮子草發(fā)酵產(chǎn)沼氣的試驗研究ppt

蓮子草發(fā)酵產(chǎn)沼氣的試驗研究學(xué)生：xx導(dǎo)師：xx教授專業(yè)：環(huán)境生態(tài)學(xué)

xx大學(xué)碩士學(xué)位論文答辯CollegeofLifeSciences

ContentsClicktoaddtitleinhereClicktoaddtitleinhere4研究背景研究內(nèi)容與方法結(jié)果與分析結(jié)論CollegeofLifesciencesClicktoaddtitleinhereClicktoaddtitleinhere4CollegeofLifesciences研究背景◆蓮子草作為一種外來入侵植物對農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)與生物多樣性構(gòu)成很大的危害?！羯徸硬葸m應(yīng)性強(qiáng)，分布廣，生長快，生物量大，防治困難。與其防治，不如對其進(jìn)行合理開發(fā)利用，變廢為寶?！羯徸硬莸睦猛緩桨ǎ猴暳希ㄘi、牛、魚、蝦）；有機(jī)生態(tài)肥（花卉、農(nóng)林作物）；藥材；水體凈化（重金屬超積累植物）；其他用途（普通生物學(xué)實驗教學(xué)材料等）?！舯疚膶⑸徸硬葑鳛檗r(nóng)林廢棄物或者農(nóng)作物秸稈，探討其資源能源化利用途徑。ClicktoaddtitleinhereClicktoaddtitleinhere4CollegeofLifesciences秸稈發(fā)酵制沼氣技術(shù)⒈沼氣發(fā)酵又稱作厭氧發(fā)酵、厭氧消化，是指有機(jī)物質(zhì)（秸稈、人畜家禽糞便、工業(yè)有機(jī)污水等）在一定的厭氧、溫度和適當(dāng)比例水份條件下，經(jīng)過各種微生物菌群的新陳代謝活動，最終產(chǎn)生含有一定甲烷含量，達(dá)到可以燃燒的混合氣體的過程。因此，沼氣又稱生物氣（biogas）。⒉沼氣主要成分：CH4（60％）、CO2（35％）、少量的其他氣體（水蒸氣、H2S、NH3、CO等）。不同原料來源的沼氣產(chǎn)氣量和甲烷含量有差異。⒊既獲取了優(yōu)質(zhì)清潔綠色能源，又獲取高效低廉的有機(jī)肥料。⒋該技術(shù)為蓮子草在資源能源化的綜合利用開辟了一條新的途徑。Clicktoaddtitleinhere4CollegeofLifesciences沼氣發(fā)酵的三個階段水解階段

產(chǎn)酸階段

產(chǎn)氣階段Clicktoaddtitleinhere4CollegeofLifesciences沼氣發(fā)酵微生物生態(tài)學(xué)關(guān)系※不產(chǎn)甲烷細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌創(chuàng)造了適宜的氧化還原電位條件※不產(chǎn)甲烷細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌提供生長和產(chǎn)甲烷所需要的基質(zhì)※產(chǎn)甲烷細(xì)菌又為不產(chǎn)甲烷細(xì)菌的生化反應(yīng)解除了反饋抑制

※不產(chǎn)甲烷細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌清除了有害物質(zhì)※不產(chǎn)甲烷細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌共同維持環(huán)境中適宜的pH值

ClicktoaddtitleinhereClicktoaddtitleinhere4CollegeofLifesciences以蓮子草為主要原料發(fā)酵產(chǎn)沼氣可行性及其意義■蓮子草生長快，產(chǎn)量大，且C/N比適中，曬干后無毒，經(jīng)過適當(dāng)?shù)那捌谔幚砗?，可以作為很好的發(fā)酵原料，進(jìn)而解決過度依賴畜牧糞便造成的原料不足問題?！錾徸硬菖c豬糞、牛糞混合發(fā)酵，不但可以彌補(bǔ)豬、牛糞發(fā)酵原料單一，發(fā)酵周期短，含較多的易分解化合物等缺陷，而且還能解決干蓮子草在發(fā)酵過程中易浮料結(jié)殼的缺點(diǎn)，提高了發(fā)酵效率?！錾徸硬莅l(fā)酵不僅可以生產(chǎn)大量的沼氣，沼氣發(fā)酵過程中還可以得到大量的沼液和沼渣等有機(jī)肥料，將這些有機(jī)肥料施于稻田或者果樹，可以提高土壤肥力，使糧食和果樹增產(chǎn)，實現(xiàn)農(nóng)村循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益，對解決我國能源問題和調(diào)整我國能源結(jié)構(gòu)起到了重要作用。CollegeofLifesciences研究內(nèi)容與方法采用L9（34）正交試驗設(shè)計，以沼氣產(chǎn)量和甲烷產(chǎn)量為指標(biāo)，來確定以蓮子草為原料發(fā)酵產(chǎn)沼氣最佳工藝條件原理預(yù)處理（蓮子草）（豬糞、牛糞）最佳工藝參數(shù)條件下，蓮子草發(fā)酵產(chǎn)沼氣過程中關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)的動態(tài)變化（TS、VS、產(chǎn)氣率和累積產(chǎn)氣量、CH4含量、CO2濃度、發(fā)酵溫度、pH值）不同質(zhì)量比例（30%蓮子草+不添加復(fù)合菌劑和接種淤泥、30%蓮子草+30%豬糞、60%蓮子草+30%豬糞混合）蓮子草與豬糞發(fā)酵產(chǎn)沼氣特性并進(jìn)行比較不同發(fā)酵原料比（試驗2蓮子草發(fā)酵最佳工藝參數(shù)、30%蓮子草+70%牛糞、15%蓮子草+85%牛糞混合）蓮子草與牛糞發(fā)酵產(chǎn)沼氣特性并進(jìn)行比較CollegeofLifesciences結(jié)果與分析1.蓮子草預(yù)處理后外觀形態(tài)變化表面結(jié)構(gòu)規(guī)整緊密;顏色灰亮;手感木質(zhì)堅硬;外形變得不規(guī)整;顏色成咖啡色;有白色菌絲體附在上面;手感疏松，有深褐色液體流出。

預(yù)處理前預(yù)處理后一、原料預(yù)處理ClicktoaddtitleinhereClicktoaddtitleinhere4CollegeofLifesciences2.豬糞堆漚后外觀形態(tài)變化

未經(jīng)過堆漚處理的生豬糞便含水量低、粘性差、較干燥，不能直接用做發(fā)酵；而經(jīng)過堆漚處理后的豬糞，用手緊握，手感含水量適中、粘性適宜，通氣性良好，宜用做發(fā)酵原料和發(fā)酵劑。

堆漚前

堆漚后

結(jié)果與分析Clicktoaddtitleinhere4CollegeofLifesciences3.牛糞堆漚后外觀形態(tài)變化含水量低；粘性差；腐殖化低；含水量、粘性均適中，腐殖化高；顏色成醬黑色；手感松軟，纖維素結(jié)構(gòu)已經(jīng)被完全破壞；堆漚前堆漚后結(jié)果與分析Clicktoaddtitleinhere4CollegeofLifesciences二、蓮子草發(fā)酵產(chǎn)沼氣最佳工藝條件的確定

結(jié)果與分析Clicktoaddtitleinhere4CollegeofLifesciences二、蓮子草發(fā)酵產(chǎn)沼氣最佳工藝條件的確定

結(jié)果與分析通過比較各極差R值大小，可以看出試驗中各因素對沼氣產(chǎn)氣量影響的主次順序是：B→A→C→D，即發(fā)酵溫度影響最大，其次是固體濃度和碳氮比，而pH值的影響最??；試驗中各因素對甲烷產(chǎn)量影響的主次順序是：B→A→D→C。

Clicktoaddtitleinhere4CollegeofLifesciences二、蓮子草發(fā)酵產(chǎn)沼氣最佳工藝條件的確定結(jié)果與分析正交效應(yīng)曲線圖4CollegeofLifesciences二、蓮子草發(fā)酵產(chǎn)沼氣最佳工藝條件的確定

結(jié)果與分析Clicktoaddtitleinhere4CollegeofLifesciences三、最佳工藝條件下蓮子草發(fā)酵產(chǎn)沼氣過程中關(guān)鍵性指標(biāo)的分析結(jié)果與分析1.TS、VS、產(chǎn)氣率和累積產(chǎn)氣量的變化4CollegeofLifesciences結(jié)果與分析最優(yōu)組：前30天的累計產(chǎn)氣量占總產(chǎn)氣量的78.3%，而后30天的累計產(chǎn)氣量僅占總產(chǎn)氣量的21.7%，其中前20天的累計產(chǎn)氣量占總產(chǎn)氣量的59.4%。前30天的平均產(chǎn)氣量明顯高于后30天的平均產(chǎn)氣量，平均每天產(chǎn)氣量在70ml左右；

1號組：前30天的累計產(chǎn)氣量占總產(chǎn)氣量的47.5%，其中前20天的累計產(chǎn)氣量占總產(chǎn)氣量的37.6%。通過對兩者結(jié)果進(jìn)行比較，可以說明本試驗所用的工藝參數(shù)組合具有較好的產(chǎn)氣速率。2268.3mlClicktoaddtitleinhere4CollegeofLifesciences結(jié)果與分析2.沼氣中甲烷含量和二氧化碳濃度的變化在投料后前30天，CH4含量從5.6%上升到43.8%，在第45天，CH4含量達(dá)到最高值61.9%，隨后有呈下降的趨勢；而CO2濃度從9.2%上升至33.4%，在第35天，CO2含量達(dá)到最高值33.4%，但CO2含量基本處于較穩(wěn)定的范圍內(nèi)。Clicktoaddtitleinhere4CollegeofLifesciences結(jié)果與分析3.發(fā)酵溫度和累積產(chǎn)氣量隨反應(yīng)時間的變化

可以說明發(fā)酵前、中期的生物產(chǎn)氣量與溫度的變化趨勢大致是呈正相關(guān)的，但在沼氣發(fā)酵的后期階段，溫度與生物產(chǎn)氣量的關(guān)系不很明顯。Clicktoaddtitleinhere4CollegeofLifesciences結(jié)果與分析4.pH值的變化pH值變化與產(chǎn)氣量在整體趨勢上是相似的，前期pH值較高，產(chǎn)氣量相對較低，隨著厭氧發(fā)酵的進(jìn)行，pH值慢慢下降，且處于一定的范圍內(nèi)，產(chǎn)氣量也逐漸上升。4CollegeofLifesciences結(jié)果與分析四、蓮子草和豬糞共發(fā)酵產(chǎn)沼氣特性

1.不同質(zhì)量比例蓮子草與豬糞發(fā)酵產(chǎn)沼氣情況比較

草糞質(zhì)量比為2:1時，總產(chǎn)氣量最高，達(dá)到2862.3ml；草糞質(zhì)量比為1:1時，累積產(chǎn)氣量為2653.8ml，與2:1的糞草質(zhì)量比相比，產(chǎn)氣量略低，但比較接近。從處理蓮子草這種惡性雜草的資源化利用角度來看，草糞2:1的處理量要好于1:1；對照組的總產(chǎn)氣量為2063.5ml，得出對照組處理的沼氣產(chǎn)氣量較以上兩種處理的產(chǎn)氣量平均要低25%，說明適當(dāng)比例蓮子草與豬糞的混合原料對于提高產(chǎn)氣效果明顯。

Clicktoaddtitleinhere4CollegeofLifesciences結(jié)果與分析2.不同質(zhì)量比例蓮子草與豬糞發(fā)酵過程中pH值變化比較投料后第1天，測得處理Ⅰ、處理Ⅱ、處理Ⅲ發(fā)酵料液的原始pH值分別為8.0、8.3、8.1。在第1-5天，三個處理組pH值有一定的下降趨勢，原因是前期產(chǎn)酸菌活性高，產(chǎn)生了一些揮發(fā)性脂肪酸所致。Clicktoaddtitleinhere4CollegeofLifesciences結(jié)果與分析3.不同質(zhì)量比例蓮子草與豬糞發(fā)酵過程中甲烷含量變化比較處理Ⅰ、處理Ⅱ和處理ⅢCH4含量的最高峰值與出現(xiàn)的時間不同，分別為第40天、42.2%，第45天、65.5%，第40天、63.3%，后兩種處理的產(chǎn)甲烷含量都明顯高于單一原料發(fā)酵所產(chǎn)甲烷含量；處理Ⅱ和處理Ⅲ在整個厭氧消化過程中CH4含量的變化趨勢較接近，處理ⅡCH4含量最高值比處理Ⅲ高，但處理Ⅲ產(chǎn)甲烷的能力更持久。

Clicktoaddtitleinhere4CollegeofLifesciences結(jié)果與分析三種不同處理對甲烷產(chǎn)量影響強(qiáng)度由大到小依次是：處理Ⅲ﹥處理Ⅱ﹥處理Ⅰ。不同處理組實驗數(shù)據(jù)與產(chǎn)甲烷動力學(xué)模型比較Clicktoaddtitleinhere4CollegeofLifesciences結(jié)果與分析五.蓮子草和牛糞共發(fā)酵產(chǎn)沼氣特性1.不同發(fā)酵原料配比對沼氣產(chǎn)量的影響各處理在60天的發(fā)酵周期里，隨著時間的推移，沼氣產(chǎn)量均表現(xiàn)出相同的增長趨勢，但產(chǎn)氣量大小卻不同，三組處理的累積產(chǎn)氣量從大到小依次是組3﹥組2﹥組1，分別為3025.3ml，2740.8ml，2268.3ml。

4CollegeofLifesciences結(jié)果與分析2.不同發(fā)酵原料配比發(fā)酵過程中pH值變化比較

從草糞資源配比上考慮,組3處理在試驗的過程中，不會因發(fā)酵原料多而導(dǎo)致酸化對產(chǎn)甲烷菌數(shù)目和活性的影響。

Clicktoaddtitleinhere4CollegeofLifesciences結(jié)果與分析3.不同發(fā)酵原料配比發(fā)酵過程中甲烷含量的變化不同原料配比沼氣發(fā)酵試驗中各組的沼氣氣體成分中甲烷的含量隨著發(fā)酵時間的推移，都呈上升的趨勢，三組處理的甲烷濃度高峰值都出現(xiàn)在第45天，高峰期過后，CH4含量又呈下降的趨勢。從三組處理的變化曲線可以看出，CH4含量的大小依次是：組3﹥組2﹥組1，最高值分別為65.7%、62.3%、61.9%；從三組處理的甲烷含量變化差異來看，三組處理都不明顯。Clicktoaddtitleinhere4CollegeofLifesciences結(jié)果與分析不同處理組實驗數(shù)據(jù)與產(chǎn)甲烷動力學(xué)模型比較

三種不同處理對甲烷產(chǎn)量影響強(qiáng)度由大到小依次是：組3﹥組2﹥組1。Clicktoaddtitleinhere4CollegeofLifesciences結(jié)論1.以蓮子草為原料發(fā)酵產(chǎn)沼氣的最優(yōu)參數(shù)工藝條件為：發(fā)酵溫度為35℃，蓮子草固體含量為30%，發(fā)酵罐內(nèi)原料C/N為30:1，pH值為7.0。2.蓮子草經(jīng)過前期預(yù)處理后，前30天的累計產(chǎn)氣量占總產(chǎn)氣量的78.3%；蓮子草原料TS產(chǎn)氣率為376.2ml·kg-1，VS為355.0ml·kg-1；CH4含量在第45天達(dá)到61.9%，發(fā)酵料液pH值穩(wěn)定在7.0-7.3之間；在同樣的試驗周期里，最優(yōu)工藝組合的總產(chǎn)氣量明顯比對照組（1號組）高，綜合分析來看，以蓮子草為原料發(fā)酵產(chǎn)沼氣的最優(yōu)組合工藝是可行的，可以對該工藝進(jìn)行小規(guī)模中試和實際應(yīng)用。3.不同質(zhì)量比蓮子草與豬糞混合的3個處理組總產(chǎn)氣量大小依次是處理Ⅲ﹥處理Ⅱ﹥處理Ⅰ。從處理蓮子草這種惡性雜草的資源化利用角度講，草與糞質(zhì)量比為2:1時，蓮子草處理量和沼氣產(chǎn)量都高于其他兩組；CH4含量對甲烷產(chǎn)量的影響強(qiáng)度依次是：處理Ⅲ﹥處理Ⅱ

﹥處理Ⅰ，其中處理Ⅰ較另外兩組處理的擬合度差。Clicktoaddtitleinhere4CollegeofLifesciences結(jié)論4.蓮子草和牛糞在3種不同原料配比處理的累積產(chǎn)氣量和每5天產(chǎn)氣量從高到低依次是組3﹥組2﹥組1，且沼氣中的CH4含量也是同樣的順序，但三者的CH4含量變化曲線都較接近；pH值的變化趨勢基本相同,