【摘 要】
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我国作为世界上的农业大国,每年产出大量的农作物秸秆,秸秆富含有机物,是优质的厌氧发酵底物,也是我国厌氧发酵的一大主力,秸秆的厌氧发酵能够减少我国对化石燃料的依赖。秸秆与其他底物协同厌氧发酵可以弥补秸秆单独发酵效率缓慢、产气率低等问题,使厌氧发酵过程更加稳定。影响协同厌氧发酵的因素较多,其中初始条件对协同厌氧发酵产沼气的影响较大,而目前国内外对玉米秸秆与不同的底物协同厌氧发酵产沼气初始条件的优化和对
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我国作为世界上的农业大国,每年产出大量的农作物秸秆,秸秆富含有机物,是优质的厌氧发酵底物,也是我国厌氧发酵的一大主力,秸秆的厌氧发酵能够减少我国对化石燃料的依赖。秸秆与其他底物协同厌氧发酵可以弥补秸秆单独发酵效率缓慢、产气率低等问题,使厌氧发酵过程更加稳定。影响协同厌氧发酵的因素较多,其中初始条件对协同厌氧发酵产沼气的影响较大,而目前国内外对玉米秸秆与不同的底物协同厌氧发酵产沼气初始条件的优化和对比分析较少,需要对其进一步研究。基于此,本论文选取总固体（TS）浓度、物料（VS）配比和初始p H值这三种易于调控的初始条件,研究其对玉米秸秆与剩余污泥/牛粪在中温35℃条件下协同厌氧发酵产沼气的影响。通过单因素实验分别研究了三种初始条件对协同厌氧发酵产沼气的影响,然后使用Design Expert软件完成Box-Behnken响应曲面实验设计,分析了不同初始条件对协同厌氧发酵累积产甲烷率影响的主次顺序,找到协同厌氧发酵的最佳初始条件并通过后续实验验证。研究结果表明:（1）在单因素实验中,玉米秸秆与剩余污泥/牛粪协同厌氧发酵时,都在TS=4%、p H=8、物料（VS）配比为1:1的条件下得到了最高的累积产甲烷率,分别为141.82m L·g VS-1、140.21m L·g VS-1。（2）使用Design Expert软件完成Box-Behnken响应曲面实验设计,构建响应曲面并进行方差分析,得到玉米秸秆与剩余污泥/牛粪的三种初始条件对产甲烷率影响程度均为初始p H值>TS浓度>物料配比。（3）通过Design Expert软件预测玉米秸秆与剩余污泥最佳产沼气条件是初始p H值为8.15、TS浓度为4.29%、物料（VS）配比为1:1.04,此时预测的甲烷产率为148.15m L·g VS-1;玉米秸秆与牛粪最佳产沼气条件是初始p H值为7.72、TS浓度为4.41%、物料（VS）配比为1:1.08,此时预测的甲烷产率为151.81m L·g VS-1。通过后续的补充实验验证了模型的有效性,实测值与模型预测值之间的相对偏差均小于6%,差异并不显著,模型具有较高的可靠性。根据结果可知,相比与剩余污泥的协同厌氧发酵,本实验中玉米秸秆与牛粪协同厌氧发酵的初始条件实际效益更佳,本研究能为玉米秸秆协同厌氧发酵底物的选择和初始条件的优化提供一定参考。
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