猪粪产甲烷潜力模型及厌氧消化过程研究

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我国是农业大国,每年都会产生大量的猪粪,而这些猪粪未经过充分利用。猪粪中拥有大量的有机物质,可以作为厌氧消化的优质材料。利用厌氧消化技术将猪粪中的有机质转化为清洁能源沼气,不但能改善现有环境问题,也具有经济效益。生物产甲烷潜力(BMP)是评价厌氧消化技术中的重要参数,可以通过联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)报告查阅缺省值,但是缺省值适合用于区域清单研究,用于生猪养殖场猪粪管理甲烷评价常存在较大不确定性。尽管实测可以得到较为准确的BMP值。但是BMP实验存在实验条件相对复杂,测试周期长,成本较高,可行性较低等特点,对于大部分生猪企业来说较难完成。同时猪粪中有机组分较为复杂,不同种类的猪粪中有机组分也存在不同,这对于猪粪的产甲烷潜力研究也存在着特别的意义。本文以保育猪,生长期猪,妊娠母猪为研究对象,利用傅里叶红外变化分析、三维荧光光谱分析,热重分析,紫外可见光谱分析等有机物定性分析方法,顶空-气象色谱法等定量检测方法,研究猪粪有机组分与产甲烷潜力之间的关系,建立数学模型,得到以下结论。(1)通过不同生长期猪粪中有机成分对生物产甲烷潜力的实验与分析,结果表明,保育猪粪便和生长猪粪便的BMP值分别为273mlCH4/g VS和272CH4/g VS,二者相接近,妊娠母猪的BMP为220mlCH4/g VS,是三种猪粪中最低的。使用傅里叶红外光谱仪和热重分析仪检测猪粪样品中的有机物,使用紫外-可见分光光度计谱和荧光光谱仪检测了粪便可溶解性有机物(DOM)提取液中的有机组分。通过检测得出,保育猪粪便和生长猪粪便的有机物含量和组分相接近,而妊娠母猪的有机物含量低,且含有更多的纤维素、木质素和芳香族化合物等难降解有机物,这些物质高度腐殖化,生物难降解,因此导致其甲烷产生潜力低。(2)通过挥发性脂肪酸产甲烷潜力预估模型的建立经测算,模型的相关系数R2为0.94,证明该模型相关性很好,p值为0.0038,小于显著性水平,证明回归模型成立。并与前人所做模型作出比较,得出挥发性脂肪酸预估模型具有准而快的特点。(3)通过常温厌氧消化条件下猪粪有机物迁移转化实验,结果表明猪粪样品的累积产甲烷量为151.12 ml/g VS,日甲烷最高产量为3.75 ml/g VS;消化液中有机物浓度降低,但胡敏素、络氨酸含量升高;原料中的纤维素和半纤维素不断被分解,木质素则在消化液中沉积下来。
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