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目前,湖泊富营养化问题日益引起公众的注意,国家也投入了大量的财力治理湖泊富营养化现象。水生植物能吸收水体中的氮磷等营养物质,减少水体富营养化。采用水生植物治理湖泊富营养化受到许多学者重视,而且在国内外都得到了应用。但是,水生植物产生量大,其处理利用是关键问题之一。本文研究水生植物厌氧消化产沼气技术,将水生植物转化为清洁能源,防止其二次污染,实现污染减排。
(1)水生植物是一种纤维素类生物质,为提高厌氧消化处理水生植物效率,本文从牛粪中初步分离出能高效降解纤维素的厌氧嗜热微生物——热纤梭菌(Clostridium thermocellum),研究了该微生物厌氧分解纤维素速率。结果表明:以滤纸条为底物时,该微生物在4-5天内就能完全分解滤纸条,分解速率明显大于厌氧消化反应器内普通微生物。初步研究还表明,热纤梭菌能够分解水葫芦。
(2)采取两种不同的厌氧反应器分别对水葫芦、水花生进行现场中试实验研究。主要研究水葫芦与污泥共消化、水花生产沼气的性能,沼液中的pH、COD、VFA的进出口含量的变化情况。实验结果如下:
运行时间为50天,体积约为4.5m3的立式降流式厌氧反应器处理水葫芦4087.6kg,累积产气量达49.385m3,平均每天产气量接近1m3,最高产气速率为2.92m3/d。水葫芦与污泥共消化,可以显著提高反应器的产气性能。添加污泥之后,单位原料(剩余污泥计算在内)的产气率为14.74L/kg湿重比未添加污泥之前的产气率高8.5L/kg。
运行时间为83天,体积约为5m3的水平推流式厌氧反应器总投加生物质量为5210kg(2591kg水花生、2619kg水葫芦),总产气量为167.901m3(水花生:100.62m3、水葫芦:67.281m3),平均每天产气量为2.02m3。水花生、水葫芦的原料平均产气率分别为0.334m3/kg干物质(TS)和0.447m3/kg挥发性物质(VS),0.302m3/kgTS和0.362m3/kgVS。在水花生投加期间,最大平均(第24~32天)产气速率为4.84m3/d,其相应的平均负荷量为3.4gTS·L-1·d-1(第18~23天的投加量),最高产气速率达6.49m3/d。在水葫芦投加期间,最大平均(第45~50天)产气速率为2.47m3/d,对应的平均负荷量(第40~45天)为1.79gTS·L-1·d-1。最高产气速率达3.26m3/d。
由此可以看出,水平推流式的产气性能明显优于立式降流式的产气性能;水花生的产气性能优于水葫芦的产气性能。