猪粪厌氧半干发酵产沼气试验研究

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现今的沼气工程产气效率低、沼液处理难,连续半干发酵工艺可以提高装置和原料的利用率,而且发酵过后,沼液处理方便,但在发酵过程中,半干发酵容易出现酸中毒、氨抑制及进出料困难的问题。因此,在现代农业产业技术体系建设专项资金(CARS-36)的资助下,本文以进料TS>20%的鲜猪粪为原料,采用上推流式厌氧反应器(Up plug-flow type anaerobic reactor,UPAR)和下推流式厌氧反应器(Down plug-flow type anaerobic reactor,DPAR)对猪粪进行连续半干发酵产沼气试验。在全接种的条件下,研究进出料方式、进料TS浓度、温度、有机负荷对猪粪连续半干发酵启动、产气、氨抑制及出料流动性的影响,并综合分析了猪粪连续半干式发酵工艺的可行性。试验共进行了18个月,得出结论如下:(1)进料TS质量分数对发酵过程有很大的影响,在进料TS质量分数为20%、25%、30%、35%的条件下,UPAR稳定的池容产气率分别为2.40、1.73、0.89、0.62L·(L·d)-1,DPAR稳定的池容产气率分别为2.40、1.92、0.911、0.644L·(L·d)-1。当进料TS质量分数超过30%时,两种反应器的池容产气率都低于1L·(L·d)-1。进料TS质量分数为20%、25%和30%的产气效率明显优于进料TS35%的产气效率,且CH4含量稳定在55%以上,最高能达到70%。猪粪连续半干式发酵进料TS宜低于30%。(2)进出料方式对猪粪厌氧半干发酵的产气效果影响较小,但不同出料方式,物料的流动性差别较大,DPAR在出料TS超过17%时(进料35%),依然能顺利出料,而UPAR在出料TS超过15%时(进料35%),出料开始出现困难。DPAR出料流动性明显优于UPAR反应器,能更好地应猪粪连续半干发酵工艺。(3)氨抑制是猪粪连续厌氧半干发酵的抑制因数,当积累浓度超过2300mg·L-1,出现明显的产气抑制。UPAR最高的氨积累浓度为3800mg·L-1;DPAR最高的积累浓度为3500mg·L-1。游离氨受pH值的影响较大,当积累浓度在50mg·L-1时,出现产气抑制,最高的积累浓度可达到200mg·L-1(4)在15℃、25℃、35℃条件下,猪粪连续半干发酵稳定的池容产气率分别为0.22、1.33、1.56L·(L·d)-1。25℃、35℃产气效率明显高于15℃,15℃时,微生物活性低是导致产气速率低的主要原因。25℃、35℃时,反应器会发生明显的氨抑制,其抑制浓度分别为2410、2339mg·L-1,温度越高,氨抑制越严重。猪粪的半干发酵产沼气工艺采用DPAR时,温度宜为25℃。(5)有机负荷越高,池容产气率越高,但原料产气速率越低。有机负荷的变化对氨氮的积累影响较小,且经过长时间的驯化,微生物对氨氮的耐受性会明显增强。采用DPAR时,猪粪连续半干发酵的有机负荷宜为4.44gTS.(L.d)-1。(6)猪粪连续半干发酵产沼气工艺及其参数分别为:反应器为下推流式厌氧反应器(DPAR),进料TS不宜超过30%,发酵温度宜在25℃,有机负荷宜4.44g.(L.d)-1左右,水力停留时间宜为3545d。
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