幾種典型農(nóng)業(yè)廢棄物高含固率厭氧共發(fā)酵產(chǎn)氣性能與協(xié)同機(jī)理研究

幾種典型農(nóng)業(yè)廢棄物高含固率厭氧共發(fā)酵產(chǎn)氣性能與協(xié)同機(jī)理研究針對我國農(nóng)業(yè)廢棄物種類多、產(chǎn)生量大、利用率低以及單一物料厭氧濕法發(fā)酵產(chǎn)氣效率不高且不穩(wěn)定等問題,本研究以三種典型的農(nóng)業(yè)廢棄物為原料,即分別為占畜禽糞便總量比重較大的豬糞、作物秸稈中玉米秸稈以及蔬菜廢棄物中的黃瓜秧,探究以三者為混合原料厭氧共發(fā)酵適宜比例及對甲烷產(chǎn)量的影響機(jī)理,以此為基礎(chǔ),分析高含固率厭氧發(fā)酵不同過程參數(shù)對體系產(chǎn)氣效果的影響?；谝陨系贸龅慕Y(jié)論,在間歇低攪拌強(qiáng)度前提下,研究3種攪拌方式下發(fā)酵體系內(nèi)分區(qū)對體系穩(wěn)定性的影響以及明確各體系內(nèi)微生物分布特征,綜合得出的結(jié)論,建立了適用于多種農(nóng)業(yè)廢棄物混合的高效穩(wěn)定連續(xù)高含固率厭氧發(fā)酵工藝,以期為實(shí)際沼氣生產(chǎn)中解決同一地區(qū)多種農(nóng)業(yè)廢棄物提供一定理論依據(jù)。研究結(jié)果表明:（1）豬糞、玉米秸稈、黃瓜秧最佳濕重比為5:2:3,較單物料發(fā)酵甲烷產(chǎn)量顯著提高。當(dāng)豬糞比例為40%和30%時,改變其余兩種原料比例,累積甲烷產(chǎn)量與黃瓜秧比例呈線性負(fù)相關(guān);當(dāng)豬糞比例為50%時,則呈線性正相關(guān)。黃瓜秧比例的改變通過影響細(xì)菌與古菌組成,尤其是甲烷鬃毛菌屬（Methanosaeta）,從而使得甲烷產(chǎn)量產(chǎn)生差異。環(huán)境因素分析表明體系中VFAs與纖維素含量分別對細(xì)菌及古菌菌群組成影響最大,即表明混合物料性質(zhì)不同導(dǎo)致體系內(nèi)初始理化性質(zhì)發(fā)生改變,從而微生物群落受到影響,進(jìn)而發(fā)酵過程中體系理化性質(zhì)出現(xiàn)差異,發(fā)酵過程中微生物菌群與體系理化性質(zhì)相互影響,進(jìn)而最終導(dǎo)致甲烷產(chǎn)量出現(xiàn)差異。（2）在最佳比例下,含固率（TS）與累積甲烷產(chǎn)量呈線性負(fù)相關(guān)（除料泥比（F/I）為2時,TS為10%外）。同時,最大產(chǎn)甲烷速率（Rmax）以及水解速率（Kh）隨TS的增加而降低,且相同TS下,F/I為1時的RmaxKh值大于F/I為2時的值,即降低F/I有助于加快體系反應(yīng)進(jìn)程。F/I增大對TS為10%的體系影響最大主要通過降低體系pH、Rmax、Kh等。各體系內(nèi)理化性質(zhì)的改變與產(chǎn)氣量基本相一致。因此,建議較大F/I用于TS大于10%的發(fā)酵體系。（3）玉米秸稈經(jīng)過H202與Ca（OH）2溶液預(yù)處理后,與豬糞、黃瓜秧以最佳比例混合進(jìn)行厭氧發(fā)酵,與未經(jīng)預(yù)處理的體系相比,能顯著縮短體系延滯期（λ）以及提高體系Kh。同時,預(yù)處理能夠減少丙酸積累,對平衡體系內(nèi)環(huán)境起著一定積極作用。產(chǎn)氣量為經(jīng)過H202預(yù)處理體系最大,其次為未經(jīng)預(yù)處理組與經(jīng)Ca（OH）2溶液預(yù)處理組。因此,在發(fā)酵前期可采用預(yù)處理體系以達(dá)到縮短體系開始產(chǎn)氣的時間并加快反應(yīng)器啟動的目的。（4）在間歇低攪拌強(qiáng)度下,上、中、下攪拌反應(yīng)器均能正常運(yùn)行,最終累積甲烷產(chǎn)量相似,且上攪拌能加快體系反應(yīng)進(jìn)程,不攪拌體系失敗。上攪拌體系主要細(xì)菌組成為梭菌屬（Clostridium_sensu_stricto₁）,而中、下攪拌體系中嗜蛋白乙酸菌（Caldicoprobacter）大量存在,與中、下部攪拌開始產(chǎn)氣較晚相一致。上攪拌體系中主要存在嗜乙酸型甲烷菌,中、下攪拌則上部區(qū)域主要為嗜氫型甲烷菌,下部區(qū)域為嗜乙酸型甲烷菌,與中、下攪拌在前期產(chǎn)氣低相一致。相比之下,上攪拌能夠更大程度改變體系內(nèi)環(huán)境,對甲烷鬃毛菌屬（Methanosaeta）影響最大。各體系中理化性質(zhì)與微生物群落相結(jié)合得出反應(yīng)器上部均主要為“產(chǎn)酸區(qū)”,下部為“產(chǎn)甲烷區(qū)”。整體上,上攪拌更適于三物料高含固率厭氧發(fā)酵過程。（5）連續(xù)實(shí)驗中,上攪拌較下攪拌反應(yīng)器啟動快,中攪拌則在第30天停止產(chǎn)氣,體系失敗。同時,在連續(xù)實(shí)驗中,上、下攪拌反應(yīng)器出料微生物群落結(jié)構(gòu)與（4）中批次實(shí)驗具有一致性,上攪拌主要為梭菌屬（Ruminiclostridium）,下攪拌主要為蛋白質(zhì)分解菌（Proteiniphilum）,與下攪拌較上攪拌反應(yīng)器啟動慢相一致。中攪拌體系內(nèi)的細(xì)菌菌群組成較批次實(shí)驗發(fā)生較大的變化且主要細(xì)菌總相對豐度很低。上、下攪拌出料中嗜氫甲烷囊菌屬（Methanoculleus）相對豐度較批次實(shí)驗增加,連續(xù)實(shí)驗中有利于Methanoculleus的生長,并且中攪拌不利于Methanoculleus