论文部分内容阅读
生猪养殖规模化发展导致猪粪在局部区域集中产生,若不进行妥善处理会造成严重的环境污染。猪粪中含有大量有机物,利用沼气发酵技术可将其转化清洁的可再生能源—沼气。根据进料固体浓度的不同,沼气发酵可以分为湿式发酵和干式发酵。干式发酵相比湿式发酵,具有不需加水稀释、发酵残余物处理利用方便等优势。但是,猪粪干式沼气发酵产气效率不高,氨抑制是主要的抑制因素。因此,本文针对氨抑制问题,以总固体（TS）>20%的猪粪为原料,对猪粪干式沼气发酵产气效率提升措施进行了研究。（1）研究了活性炭（GAC）以及高氨氮驯化污泥对半连续猪粪干式沼气发酵的改进作用。结果表明,添加GAC可将容积沼气产率提升10.6%,将TS、VS去除效率分别提高5.30%、6.58%。GAC组总氨氮（TAN）浓度高于对照组15.3%,而总挥发酸（TVFA）含量低于对照组30.3%。驯化污泥组中,反应器可在TAN浓度、TVFA含量分别达5200、8800 mg/L的条件下稳定运行,但对产气效率的改进不明显。（2）由于添加GAC可以促进产沼气,接着探究了添加GAC改进猪粪干式沼气发酵效率的机制。扫描电子显微镜观察显示,试验前GAC表面粗糙、孔隙丰富;试验后微生物在GAC表面和孔隙附近附着生长,说明GAC有利于微生物附着。添加GAC有利于难溶性有机大分子的降解,提升猪粪的水解效率。分散添加GAC比包裹添加对猪粪干式沼气发酵的改进效果更好,前者比后者最大甲烷产率提高10.9%,停滞时间缩短22.2%,可能是分散添加GAC提供了更多的“电子传递桥梁”。微生物分析表明,添加GAC可富集更多的高效功能微生物,如产酸细菌Clostridium＿sensu＿stricto＿1,乙酸营养型产甲烷菌Methanosaeta,氢营养型产甲烷菌Methanospirillum;并且可能在Clostridium＿sensu＿stricto＿1和Methanosaeta之间建立了直接种间电子传递（DIET）途径。（3）基于添加GAC对产沼气的促进作用,继而在不同温度、不同初始氨氮浓度条件下,研究了添加GAC对猪粪批式干式沼气发酵效率的影响。35°C、55°C产气周期明显短于20°C,20°C、55°C停滞时间较长。20°C、35°C、55°C下,甲烷产率随氨氮浓度的升高而降低,添加GAC可将氨氮浓度降低64～440 mg/L,减少挥发酸积累,将甲烷产率提升8.40%～45.6%。（4）考察了不同有机负荷下添加GAC对猪粪半连续干式沼气发酵效率的影响。在初始TAN浓度3600 mg/L下启动反应器,逐步提升有机负荷至9.0 gTS/L/d。结果表明,添加GAC可将有机负荷1.0、1.5、3.0、5.0、7.0、9.0 gTS/L/d下的容积甲烷产率分别提升13.7%、2.91%、6.44%、9.28%、7.75%、9.35%,VS去除率分别提高0.631%、2.23%、1.21%、3.04%、2.13%、3.18%。GAC组的氨氮浓度、挥发酸浓度均低于对照组,CH4含量略高于对照组。总之,添加GAC可以加快反应器启动,提升产气效率,特别是在高有机负荷下提升效果更明显。