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为了研究规模化集约化的养殖模式下猪粪干发酵的利用途径,同时充分实现农业秸秆废弃物的资源化利用,本文以猪粪和小麦秸秆为混合原料进行了干发酵产沼气试验研究,研究了沼液堆沤预处理、底物浓度、接种量和混合原料配比等因素对猪粪麦秆混合原料干发酵产气性能的影响,试验过程定期测定记录日产气量、pH值、甲烷含量和累计产气量等数据,并基于底物浓度、接种量和原料粪秆比进行了响应面优化试验,最终确定最佳工艺条件。试验得出主要结论如下:
(1)沼液堆沤预处理麦秆能够加快厌氧发酵启动阶段。与未处理的试验组相比,对小麦秸秆进行沼液堆沤预处理能够缩短沼气发酵到达产气峰值的时间,能够在第7d到达产气峰值,相较于未处理组提前3d。
(2)底物浓度对混合原料干发酵产气影响显著,干发酵底物浓度15%、20%和25%时,累积产气量随底物浓度的增加先上升后下降,底物浓度为25%时的发酵体系底物浓度较高,会有一定的酸化现象。混合原料干发酵在发酵周期40d内,底物浓度为20%时累积产气量最高为23790.5mL,20%底物浓度比15%、25%的累积产气量分别高9%、15.6%。
(3)接种量能够缩短干发酵的启动时间,累积产气量随接种量的增加先上升后下降,不同接种量的累积产气量从高到低排序为接种量30%>接种量40%>接种量20%。
(4)原料配比对混合原料干发酵产气有显著影响,原料粪秆比为3∶1和2∶1的试验组发酵启动较快,累积产气量较高。原料粪秆比为3∶1时C/N约为20,此时发酵周期40d内的累积产气量为29890mL,容积产气率为747.25mL/(L·d),甲烷含量为55.29%。
(5)通过Design-Expert软件进行响应面优化试验,进行变量因素为底物浓度、接种量和原料配比的三因素三水平试验,研究得出各因素对混合原料干发酵产沼气影响从高到低为底物浓度>原料配比>接种量,优化分析得出混合原料干发酵最优工艺条件为底物浓度21.77%,接种量40%,原料粪秆比3∶1,累积产气量为30046.5mL,试验结果验证值与预测值相对误差<1%,模型较为可靠。
(1)沼液堆沤预处理麦秆能够加快厌氧发酵启动阶段。与未处理的试验组相比,对小麦秸秆进行沼液堆沤预处理能够缩短沼气发酵到达产气峰值的时间,能够在第7d到达产气峰值,相较于未处理组提前3d。
(2)底物浓度对混合原料干发酵产气影响显著,干发酵底物浓度15%、20%和25%时,累积产气量随底物浓度的增加先上升后下降,底物浓度为25%时的发酵体系底物浓度较高,会有一定的酸化现象。混合原料干发酵在发酵周期40d内,底物浓度为20%时累积产气量最高为23790.5mL,20%底物浓度比15%、25%的累积产气量分别高9%、15.6%。
(3)接种量能够缩短干发酵的启动时间,累积产气量随接种量的增加先上升后下降,不同接种量的累积产气量从高到低排序为接种量30%>接种量40%>接种量20%。
(4)原料配比对混合原料干发酵产气有显著影响,原料粪秆比为3∶1和2∶1的试验组发酵启动较快,累积产气量较高。原料粪秆比为3∶1时C/N约为20,此时发酵周期40d内的累积产气量为29890mL,容积产气率为747.25mL/(L·d),甲烷含量为55.29%。
(5)通过Design-Expert软件进行响应面优化试验,进行变量因素为底物浓度、接种量和原料配比的三因素三水平试验,研究得出各因素对混合原料干发酵产沼气影响从高到低为底物浓度>原料配比>接种量,优化分析得出混合原料干发酵最优工艺条件为底物浓度21.77%,接种量40%,原料粪秆比3∶1,累积产气量为30046.5mL,试验结果验证值与预测值相对误差<1%,模型较为可靠。