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本试验研究结合上海市科委重大科技攻关项目“崇明岛生物质能循环型应用技术的研究与示范”,以新鲜猪粪经预处理后作为沼气发酵原料,探求不同厌氧发酵工艺条件下产气特性及发酵液中营养元素的变化规律,以期对如何实现禽畜粪便综合利用,使其在生态系统的水平上实现物质、能量流动的良性循环提供依据和参考。
系列试验在自行设计制作的小型沼气发酵装置上进行。该装置由发酵罐部分与集气装置部分组成,具有操作方便,运行稳定等特点,适宜于实验室研究使用。
通过对比不同温度条件下厌氧发酵的试验发现,在以中温沼气发酵池底物为接种物的试验中,由于环境温度的变化,室温和高温试验组中微生物的生长受到了明显的抑制,对产气特性影响较大。由此证明了,对于每个发酵温度段都有不同的厌氧发酵优势菌群,其生化反应的机理也会不同。综合产气特性及营养变化结果,以中温37±1℃试验组效果最好,当发酵进行到第7天时中温试验组甲烷含量达到63.2%,此时高温和室温试验组甲烷含量分别为47.3%和38.6%。至发酵17天(发酵基本结束)时,中温试验组总产气量,全氮损失率、水溶性P增长率及速效K增长率分别为:7513ml、10.23%、29.54%和9.35%。
不同接种量厌氧发酵产气特性及营养成分影响的对比试验结果表明,加大接种量有助于提高产气量及气体品质。接种量为50%的试验组在发酵反应第4天时就达到了产气高峰,第3天时其甲烷含量达到了51.2%。但当料液浓度一定时,加大接种量,参与发酵的细菌数量也相对较多,同时也意味着发酵基质的相对减少,所以至发酵17天(发酵基本结束)时接种量为50%试验组总产气量并不高,其值为5110ml,且全氮损失也最大。综合产气特性及营养成分各指标,不同接种量试验以接种量为30%的厌氧发酵效果较好。
微生物的生命活动需要充足的营养和能源,发酵原料是沼气发酵微生物的主要营养及能源的供应者。对比不同发酵料液浓度厌氧发酵产气特性及营养成分变化的试验:日平均产气量和总产气量随着浓度的增加而增加,以料液浓度12%的总产气量17057ml和日平均产气率1114.84ml/l·d-1最高,但TS产气率以料液浓度为9%试验组174.86ml/g为高。综合不同料液浓度厌氧发酵产气特性及营养成分变化的各项指标,以料液浓度为9%的处理组较适宜。至发酵17天(发酵基本结束)时其总产气量、全氮损失率、水溶性P增长率和速效K增长率分别为:14164ml、3.17%、39.14%和8.3%。