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摘 要

能源和环境是制约当今世界经济可持续发展的两大关键问题，因此可再生生物质能源的研究显得尤为重要。沼气是最早被人们开发并获得广泛应用的一类可再生能源。沼气的产生是由多种微生物菌群协同参与的复杂转化过程，受底物浓度、培养条件等影响。本实验以新鲜猪粪为底物原料，实验室中温驯化的菌液为接种物，TS为7.74%条件下，自制小型厌氧发酵装置37℃恒温培养下，研究不同pH条件对猪粪厌氧发酵产气特性的影响。由实验结果可知，在发酵的初期、中期，中性试验组表现出了明显的优势，日产气量和累积产气量都高于酸性和碱性2个试验组。在厌氧发酵后期，酸性和碱性试验组的微生物活性因受到环境pH的影响，甲烷化反应受到明显抑制。发酵过程中，酸性、中性、碱性3个试验组分别在第5天、第12天、第20天时达到最大甲烷含量分别为30.8596%、51.8054%、37.6255%。

关键词：厌氧发酵 pH 沼气 甲烷含量

Effects of different pH conditions on biogas production.

Abstract

The energy and the environment are two key issues restricting the sustainable development of the world’s economy. So the research of the renewable biomass energy sources is particularly important now. Biogas is a class of renewable energy which is the first to be developed and widely available used. This experiment is run to study the effects,when meeting different pH conditions ,the different characteristics of pig manure anaerobic fermentation gas production and the different diversity of microbial flora will be. Fresh pig manure is used as substrate materials and tame bacteria id used as inoculum.under the condition of 37 degree temperature and TS 7.74,A small device of anaerobic fermentation is made to culture what we need. Analysis from the experimental results, in the early and medium stages of the fermentation, neutral test group showed a clear advantage.The daily gas production and the cumulative gas production are higher than the both acidic and alkaline experimental groups.In the late anaerobic fermentation, as microbial activity of acidic and basic test groups was affected by environmental pH, the methanation reaction was obviously inhibited.during the fermentation process, the three test groups of acidic, neutral and alkaline got maximum methane content of 30.8596% in the first 5 days,compared with 51.8054% in the first 20 days and 37.6255% in the first 20 days.

Keywords: anaerobic fermentation; pH; biogas; microbial diversity.

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 能源发展现状简介 1

1.2 沼气发酵的主要微生物及其作用 1

1.2.1 沼气发酵微生物的种类 1

1.2.2 沼气发酵微生物的作用 3

1.2.3 沼气微生物的特点 3

1.3 厌氧发酵的基本原理及过程 3

1.3.1 基本原理 3

1.3.2 厌氧发酵过程 4

1.4 国内外研究进展 5

1.4.1 产甲烷菌的分类研究进展 5

1.4.2 产甲烷菌基因组研究进展 5

1.4.3 活性影响因子研究进展 5

1.5 本课题的研究目的与意义 6

1.6 本课题的研究内容 6

第二章 实验设计 7

2.1 前言 7

2.2 实验仪器 7

2.3 实验材料 8

2.3.1 底物与接种物 8

2.3.2 试剂 8

2.4 实验设计 9

2.4.1 实验装置 9

2.4.2 实验过程 9

2.5 实验方法 10

2.5.1 气相检测法测定 10

2.5.2 排水法测定 10

2.5.3 TS、VS的测定 10

2.5.4 总氮的测定 10

2.5.5 总碳的测定 11

第三章 数据处理与分析 12

3.1引言 12

3.2 不同pH条件对厌氧发酵过程中TS的影响 12

3.3 不同pH对发酵过程中产气量的影响 13

3.4 不同发酵pH条件对甲烷浓度的影响 15

3.5不同pH条件下厌氧发酵过程中VFAS含量的变化（有机碳） 16

第四章 结论与展望 18

4.1 结论 18

4.2 问题 18

4.3 展望 18

参考文献 19

致 谢 20

第一章 文献综述

1.1 能源发展现状简介

能源危机与环境危机使得开发研究可再生能源成为了各国工作的重点，根据相关专家的预计^[1]，生物质能可能会是将来可持续发展能源体系中的一个重点部分，直至本世纪中期，选用新技术产出的生物气、燃料乙醇、生物柴油等新能源将占全球能源消耗量的40％以上。

1776年，意大利物理学家A.沃尔塔在沼泽地里发现了沼气^[2]，它是最早被人们利用且应用范围广泛的一类生物质能源，是一种可燃性气体，是有机物经过厌氧发酵的形式产出的，它主要是由CH₄和CO₂组成^[3]，能够被用来燃烧、发电等^[4]。沼气是一种洁净的可再生的生物质能源，沼气工程作为我国新农村建设中解决能源短缺问题的重要举措，具有很广阔的应用前景，同时也可以减少农村废弃物污染，改善环境，维持生态平衡。

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