不同温度下总固体浓度对厌氧发酵产气特性的影响

作     者：宋籽霖 

作者单位：西北农林科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨改河

授予年度：2010年

学科分类：080702[工学-热能工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 

主      题：厌氧发酵 总固体浓度 秸秆 畜禽粪便 产气量 产气效率 

摘      要：沼气技术在缓解农村能源紧张问题的同时,还可以有效解决日益突出的环境污染问题,为土壤提供有机肥料,改善土壤、水体以及农村空气质量。为提高农村户用沼气产气量、最大限度发挥原料产气潜力,本试验在室内模拟发酵过程,研究了中温条件下总固体浓度对厌氧发酵产气特性(包括产气速率、累积产气量、产气效率)的影响,并通过SAS软件得出不同原料最适宜的发酵总固体浓度和温度,以期对户用沼气投料量有一定的理论指导,更大限度的实现农村废弃物的有效利用。 通过自行研究设计的可控性恒温发酵装置,利用农村废弃物(麦秆、玉米秆、鸡粪、牛粪)进行厌氧发酵,以常温厌氧发酵池的底物为接种物,在20～40℃温度范围内,以5℃为梯度,设置4%、8%、12%、16%、20% 5个总固体浓度,进行批量厌氧消化试验,探索产气量与发酵料液总固体浓度和温度之间的关系,确定不同原料的最佳发酵温度以及进料量。主要结论如下: (1)在中温范围内(20～40℃),以作物秸秆、畜禽粪便或者粪秆混合物为原料进行发酵,在各试验浓度下均能够正常产气。最大产气速率一般随着温度和总固体浓度的升高而上升。不同总固体浓度的料液在各个温度下,产气速率虽不同,但是变化趋势基本类似:达到产气峰值后震荡下降,整个发酵过程中通常会有2～3次产气高峰。 (2)在中温条件下以秸秆为原料进行发酵,麦秆在温度为40℃,总固体浓度为16%时累积产气量最大;玉米秆在温度为30℃,总固体浓度为20%时累积产气量最大。麦秆在25.0℃,15.6%时产气效率最高;玉米秆在16.9%时,在中温范围内温度越高,产气效率越高。 (3)在中温条件下以畜禽粪便为原料进行发酵,鸡粪、牛粪均在温度为40℃,总固体浓度为20%时累积产气量最大;鸡粪在34.9℃,7.3%时产气效率最高;牛粪在9.2%时,在中温范围内温度越高,产气效率越高。 (4)在中温条件下以粪秆混合物为原料进行发酵,鸡粪、麦秆混合原料在温度为40℃,总固体浓度为16%时累积产气量最大;鸡粪、玉米秆混合原料在温度为25℃,总固体浓度为20%时累积产气量最大;牛粪、麦秆与牛粪、玉米秆混合原料均在温度为30℃,总固体浓度为20%时累积产气量最大。鸡粪、麦秆混合物在36.4℃,11.8%时产气效率最高;鸡粪、玉米秆混合物在32.8℃,14.6%时产气效率最高;牛粪、麦秆混合物在39.8℃,10.5%时产气效率最高,牛粪、玉米秆混合物在8.9%,高于30℃时,温度越高产气效率越高。 (5)发酵原料本身的特性(碳氮比、纤维含量等)对发酵最适宜的总固体浓度有较大影响,即在实际操作中可依据原料不同适当调整投料量,以获得更好发酵效果。