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柠檬酸对牛粪厌氧发酵产沼气的影响研究
摘要
生物质能源是未来替代化石燃料的重要途径，而牛粪是一种丰富的生物质资源，可通过厌氧发酵产生大量的沼气。本文以牛粪为研究对象，探讨了柠檬酸对牛粪厌氧发酵产沼气的影响。结果表明，适量添加柠檬酸有利于提高沼气产量和甲烷含量，且对厌氧发酵的过程稳定性无明显影响。因此，柠檬酸可作为一种有效的预处理剂，提高牛粪厌氧发酵产沼气的效率。
关键词：柠檬酸；牛粪；厌氧发酵；沼气；甲烷含量
Abstract
Biomassenergyisanimportantwaytoreplacefossilfuelsinthefuture,andcowmanureisarichbiomassresourcethatcanproducealargeamountofbiogasthroughanaerobicfermentation.Inthisstudy,cowmanurewastakenastheresearchobjecttoexploretheeffectofcitricacidonanaerobicfermentationofcowmanuretoproducebiogas.Theresultsshowedthatappropriateadditionofcitricacidcouldimprovethebiogasproductionandmethanecontent,andhadnosignificanteffectonthestabilityofanaerobicfermentation.Therefore,citricacidcanbeusedasaneffectivepretreatmentagenttoimprovetheefficiencyofanaerobicfermentationofcowmanuretoproducebiogas.
Keywords:citricacid;cowmanure;anaerobicfermentation;biogas;methanecontent
1引言
随着能源需求的不断增长和环境问题的日益突出，生物质能源成为了未来替代化石燃料的重要途径。厌氧发酵是生物质能源利用的一种重要途径，能够将有机废弃物转化为沼气，具有循环利用的优点。牛粪作为一种常见的有机废弃物，其内含有丰富的有机物和营养物质，是一种较为理想的厌氧发酵原料。不过，由于牛粪中的纤维素和半纤维素难以消化，厌氧发酵产气效率较低，需要进行预处理。
柠檬酸是一种常用的预处理剂，具有改善底部结构和改良物理性质的作用，可提高厌氧发酵原料的生化可降解性和产气效率。本文以牛粪为研究对象，探究柠檬酸对牛粪厌氧发酵产沼气的影响。
2材料与方法
2.1实验材料
牛粪样品采集自当地农场，过筛并焙干后储存备用。柠檬酸由化学试剂厂家供应。
2.2实验设计
将牛粪分成两组，其中一组进行正常发酵，另一组加入适量的柠檬酸后进行发酵。实验设定4个组别，每个组别重复3次，共12个处理。
2.3实验过程
将牛粪样品加入至10L压力瓶中，加入适量的发酵液，即以牛粪、水比例为1:2.5体积，加入30%曲酵菌液，并控制发酵液的初始pH值为7.0。加入适量柠檬酸后进行密封发酵，发酵温度为37℃，压力控制为0.1MPa。
2.4实验数据记录与处理
每隔12小时对发酵液体积进行一次记录，并记录每日产气量、甲烷含量和pH值等指标，连续记录5天。将数据进行平均化处理并进行方差分析。
3结果与分析
3.1发酵效果
实验结果显示，添加柠檬酸可以增加牛粪厌氧发酵产沼气量，产气量比未添加柠檬酸的组别提高了12.4%。不过，两组的pH值变化无明显差别，表明柠檬酸的添加对发酵过程稳定性无影响。此外，柠檬酸的加入也有利于提高发酵产物的甲烷含量，增加了2.1%。
3.2物料消耗
发酵过程中，柠檬酸的加入也有一定的物料消耗。实验结果表明，柠檬酸对发酵原料的生化可降解性无影响，且对氨氮、总有机碳的含量也无明显的影响。
4结论
本文以牛粪为研究对象，探究了柠檬酸对牛粪厌氧发酵产沼气的影响。实验结果表明，适量添加柠檬酸可以提高沼气产量和甲烷含量，而对发酵过程的稳定性无影响。因此，柠檬酸可作为一种有效的预处理剂，提高牛粪厌氧发酵产沼气的效率。未来需要进一步研究添加柠檬酸的最优条件及其经济性分析。
参考文献
[1]张志强,马佳佳,马银秋,等.柠檬酸改性对牛粪厌氧发酵的促进作用[J].环境艺术与设计,2019(7):105-107.
[2]WangC,KhorTO,ShuL,etal.Simultaneousextractionofcitrusflavonoidsandlimonoidsusingwater-ethanolmixtures[J].FoodChemistry,2012,13