混合原料恒温干发酵产气过程研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:zhangyili164958807
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厌氧发酵是实现秸秆、果蔬废弃物、禽畜粪便等有机农牧废弃物能源化和资源化循环利用的有效途径。干式厌氧发酵以有机负荷处理能力强、沼液排放量小、可灵活分散应用等优点得到了普遍关注。目前,国内外关于单一原料的干式厌氧发酵研究已有一些。混合原料不仅有助于保证厌氧发酵的营养均衡,而且有利于工程应用,然而,国内外对混合原料的恒温干发酵研究很少。本课题以牛粪与玉米秸秆、牛粪与甘蓝叶两类混合原料为研究对象,分别研究了中温(37±1℃)和高温(52±1℃)条件下它们的干式厌氧发酵产沼气过程,研究了接种量为0、10%、20%、30%和40%时干式厌氧发酵过程的p H值、氨氮含量、日产沼气量、甲烷含量、累计产气量和累计产甲烷量等参数变化,将试验结果与修正的Gompertz模型结合分析了混合原料的产沼气潜力。主要研究内容和结论如下:(1)中温(37±1℃)条件下牛粪与玉米秸秆混合时,接种量对厌氧发酵过程的启动、产气高峰、累计产气量、p H值和氨氮含量有明显影响。接种量越高,厌氧发酵启动越快,产气高峰到来越早,累计产气量越高以及累计产甲烷量越高;试验组氨氮含量更多地处在正常范围。接种量40%时,中温条件下牛粪与玉米秸秆混合干发酵的TS和VS产气量最高,分别为203.4 m L·g-1和289.1 m L·g-1。(2)中温(37±1℃)条件下牛粪与甘蓝叶混合时,接种量对厌氧发酵过程的启动、产气高峰、累计产气量、p H值和氨氮含量也有明显影响。不同于牛粪与玉米秸秆混合,牛粪与甘蓝叶混合干发酵时没有明显的产气高峰,接种量为30%时混合原料干发酵的启动速度最快,累计产气量和有机物利用率最高,p H值和氨氮含量均处于在正常范围内,TS和VS产气量最高,分别为159.9 m L·g-1和224.8m L·g-1。(3)与中温厌氧发酵过程相比,高温(52±1℃)条件下牛粪与玉米秸秆或牛粪与甘蓝叶厌氧发酵的启动速度加快,产气高峰提前,累计产气量均有所提高,p H值和氨氮含量均处于在正常范围内。高温条件下接种量40%时牛粪与玉米秸秆混合干发酵的TS和VS产气量最高,分别为257.4 m L·g-1和358.7 m L·g-1。高温条件下接种量30%时牛粪与甘蓝叶混合干发酵的TS和VS产气量最高,分别为178.1 m L·g-1和250.3 m L·g-1。(4)温度与接种量对各试验组的TS/VS去除率均有一定影响。对于牛粪与玉米秸秆混合干发酵,接种量越高,温度越高,TS/VS去除率越高,高温条件下接种量40%时的TS/VS去除率为61.20%和60.07%。对于牛粪与甘蓝叶混合干发酵,高温条件下接种量30%时的TS/VS去除率最高,为54.95%和60.56%。(5)修正的Gompertz模型的分析结果与上述实验结果一致。因此,对于牛粪与玉米秸秆混合干发酵,推荐使用高温厌氧发酵。对于牛粪与甘蓝叶混合干发酵,从节能角度出发,由于高温条件下试验值均为达到预测值,推荐使用中温厌氧发酵;从累计产气量和有机物利用率角度出发,高温条件下各试验组相比于中温对照组均有提高,推荐使用高温厌氧发酵。本课题创新点:揭示了中温(37±1℃)和高温(52±1℃)条件下牛粪与玉米秸秆、牛粪与甘蓝叶干式厌氧发酵过程中接种量对发酵过程p H值、氨氮含量、日产沼气量、甲烷含量、累计产气量和累计产甲烷量的影响;根据试验结果,为更高效的处理这类废弃物提供指导。
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