牛糞和玉米秸稈混合底物兩相發(fā)酵工藝產(chǎn)甲烷效能研究.pdf

1、伴隨世界經(jīng)濟高速發(fā)展，生態(tài)環(huán)境的破壞、能源緊缺和格局的變更，人們逐漸意識到開發(fā)可再生清潔能源的重要性與必要性。厭氧發(fā)酵處理技術(shù)既能夠充分利用農(nóng)作物秸稈和畜禽糞便等生物質(zhì)廢棄資源，使其得到無害化處理，又能夠產(chǎn)生可再生能源—沼氣。沼氣可用于發(fā)電、供暖等方面，而沼液和沼渣也可用于肥飼料，實現(xiàn)了農(nóng)牧結(jié)合的持續(xù)發(fā)展以及農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)與能量流動的良性循環(huán)的同時，也帶來可觀的經(jīng)濟效益。
　　目前，單一底物厭氧發(fā)酵已開展了大量的深入探究，而混

2、合底物共發(fā)酵具有高效、穩(wěn)定等優(yōu)點，正逐漸被國內(nèi)外廣泛認(rèn)可。此外，北方高寒地區(qū)中溫厭氧發(fā)酵的沼氣工程常出現(xiàn)負(fù)經(jīng)濟效益，導(dǎo)致厭氧發(fā)酵技術(shù)應(yīng)用推廣受限。因此，研究結(jié)合海林農(nóng)場實際運行，利用兩相沼氣發(fā)酵系統(tǒng)，考察以牛糞和玉米秸稈為混合底物共發(fā)酵的產(chǎn)甲烷效能，同時針對低溫條件的制約，提出優(yōu)化低溫發(fā)酵工藝運行參數(shù)的方案。取得的主要研究成果如下。
　　利用正交試驗設(shè)計方案，考察了溫度、C/N比等四個因素對厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣效能的影響。結(jié)果表明，影響

3、因素對沼氣產(chǎn)量影響程度依次為：溫度>TS％>預(yù)處理方式>C/N比，并得到牛糞和玉米秸稈混合厭氧發(fā)酵的最佳參數(shù)為：溫度35℃，堿處理秸稈，TS為15%，C/N比為25：1。
　　中溫35℃下，產(chǎn)酸相以牛糞和堿處理秸稈為底物基質(zhì)，按TS為15%、C/N比為25：1進料，序批式運行60d。確定第48d時發(fā)酵液的pH最低，VFA和SCOD濃度最高，為產(chǎn)甲烷最適底物基質(zhì)。TN一直維持在800~1000mg/L，表明有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，并且

4、未出現(xiàn)氨氮抑制現(xiàn)象。以HRT為30d，OLR為1.0kg VS/m3·d和2.0kg VS/m3·d啟動運行的產(chǎn)甲烷相，沼氣容積產(chǎn)量和單位揮發(fā)物質(zhì)甲烷產(chǎn)率分別達到720ml/Lreactor·d、213ml CH4/g VS，底物甲烷轉(zhuǎn)化效率與有機負(fù)荷呈現(xiàn)正相關(guān)趨勢。紅外光譜分析和掃描電鏡分析可知，伴隨產(chǎn)酸相運行玉米秸稈主要成分得到有效分離和降解。
　　以梯度降溫方式考察產(chǎn)甲烷效能，容積產(chǎn)率隨溫度降低而下降，35℃穩(wěn)定時期沼氣產(chǎn)量