零价铁对猪粪中温厌氧发酵产气性能研究(附件)
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1试验材料、方法与内容3
1.1试验材料3
1.2试验方案 3
1.3测定方法4
2数据分析4
2.1数据统计4
2.2产气效率影响分析 3
2.3厌氧发酵工艺稳定性影响6
2.4动力学分析9
3 讨论 9
4 结论 10
致谢10
参考文献12
零价铁对猪粪中温厌氧发酵产气性能研究
引言
引言
我国具有深厚的农业传统，尤其养殖业，目前发展形势极具规模化、集约化，但这一过程中，产生了大量无法处理的畜禽粪便，这严重影响到环境卫生，进而制约了我国的经济发展，因此，相关处理技术的研究一直备受关注。[1]
畜禽粪便既富含氮（Ｎ）、磷（Ｐ）、钾（Ｋ）等有用成分，也含大量病原菌、寄生虫及锌（Zn）、铜（Cu）等重金属，如果不能及时处理或处置不当，会对水体、空气、土壤造成污染。同时，我国畜禽粪便利用率不足50％，其中规模养殖业产生的畜禽粪便经无害化处理的不足10％。因此，对其进行无害化处理意义重大。
目前畜禽粪便无害化处理的方法主要包括饲料化、肥料化、能源化等。[2]
其中，能源化则是将畜禽 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: ^351916072#
粪便通过一定的技术方法转化为可利用的能源，包括燃烧产热、厌氧发酵产气等。畜禽粪便在堆肥过程中可以产生大量可利用的沼气，2009年我国畜禽粪便沼气潜力约 1200×108m³，规模化养殖畜禽粪沼气潜力约为472.1×108m³。在能源化利用方式中，畜禽粪便的厌氧发酵是一项潜力巨大的技术，其产生的大量沼气的特性为实现能源化提供重要参考价值。但当前的技术中仍存在一些缺陷：（1）传统工艺反应时间过长，一般为停留时间 2030 天才能达到良好的发酵效果，而降解率和降解速率都极低，只有约 30％50％左右。（2）反应过程中起主要作用的甲烷菌需要严格的反应环境，因此，在实际操作过程中只要稍有不慎就会导致反应体系失稳，产气量偏低或产气量不稳定。（3）传统工艺在通过厌氧发酵的方式处理猪粪时，其中的沼渣和沼液含有大量有毒重金属，且难以消除其影响[3]
研究发现，零价铁，电负性较大，化学活性及还原性都较高，其中高还原性表现在可将金属活动性顺序表中靠后的金属置换出来，同时可以还原各种氧化性离子、化合物和有机物[4]；而在厌氧发酵反应中，零价铁同样具有一定的强化作用。其作用体现在提供电子，促进产甲烷菌的新陈代谢，进而加快污染物分解转化[5]。
零价铁强化厌氧发酵的主要机理在于以下几个方面：
（1）零价铁在厌氧反应体系中可以通过微电解、中和有机酸等方式，从零价态转变为亚铁离子。反应体系中阳极为铁，阴极为碳，电极反应如下：
阳极:2Fe4e=2Fe2+
阴极:2H2O+O2+4e=4OH
4H++4e=2H2
从该反应式中可以看出，这一反应既可以消耗厌氧消化过程中积累的有机酸，还会产生氢氧根离子，从而达到维持体系pH在中性附近的效果。同时，该反应还消耗了反应器中的少量氧气，避免了零价铁被氧化，维持了反应体系的严格厌氧环境。
（2）从电极反应可以看出铁的析出降低了酸性，从而提高反应过程中相关酶的活性，促进厌氧微生物的新陈代谢活动。
（3）丙酸的分解反应吉布斯自由能较高，而零价铁起到了降低吉布斯自由能的效果，从而降低了反应自发进行的条件，使乙酸更容易分解，促进同型产乙酸反应，降低氢分压从而促进丙酸转化，使反应更易进行。
（4）增加食丙酸菌和同型产乙酸菌等微生物的数量，从而提高污泥中 EPS 的组分含量，增大污泥粒径。[6]
根据以上特性，理论上，零价铁的添加可以充分解决畜禽粪便厌氧发酵过程中的技术缺陷及可能存在的毒害安全问题，是一项值得研究和发展的新技术[7]。
本课题的主要思路是通过零价铁来强化猪粪的中温厌氧发酵，通过对比试验，探究零价铁在整个处理过程中对产气性能的影响，及对体系稳定性的影响，并从反应原理等方面推测零价铁在其中所起到的主要作用，掌握其主要特性，为零价铁技术在畜禽粪便的厌氧发酵处理技术中的应用提供进一步的参考。
1 试验材料、方法与内容
1.1试验材料
试验基础材料猪粪，取自江苏金坛某养猪场，该地区畜禽养殖业发达，每天产生大量畜禽粪便，对其处理技术有相当的需求[8]；厌氧接种泥取自大学厌氧发酵反应器排出污泥，具备试验的可操作性。除此以外，另有准备好的提供零价铁的铁粉原料。
以上各项材料基本数据如下：
项目
TS/％
VS/％
总有机碳（TOC）/％
总氮（TN）/％
总磷（TP）/％
C/N
猪粪
23.4
75.9
36.27
2.05
1.89
原文链接：http://www.jxszl.com/hxycl/hxyhj/68305.html
