阶段提高进料固体浓度对鸡粪厌氧消化的影响

发布时间：2020-06-08 01:02

【摘要】：由于近年来鸡粪的大量排放,带来的鸡粪污染问题日益严重。应用厌氧消化技术处理鸡粪不仅能够解决鸡粪污染问题,还能回收生物质能。高浓度厌氧消化由于产生的二次污染较小,效率高而具有广阔的应用前景,但是鸡粪属于高氮原料,高浓度厌氧消化时容易形成氨抑制,导致连续处理时反应器运行稳定性下降。高浓度鸡粪厌氧消化缺乏有效的稳定工艺。本研究在连续搅拌反应器(continuous stirring tank reactor,CSTR)中,通过阶段提高进料总固体(total solid,TS)浓度的方法研究高浓度鸡粪厌氧消化的稳定工艺,通过分析发酵过程中容积产气率、有机物去除率、pH等指标,以及总氨氮(total ammonia nitrogen,TAN)、自由氨(free ammonia nitrogen,FAN)和挥发性有机酸(volatility fatty acids,VFA)等抑制物累积状况,评价阶段提高进料固体浓度对鸡粪厌氧消化稳定性的影响,并探讨高浓度鸡粪厌氧消化氨抑制的形成规律,以及氨抑制形成后有效的恢复方法。采用抑制模型模拟TAN和FAN对发酵效果和甲烷发酵三阶段(水解、酸化和甲烷化)的影响,探讨高浓度鸡粪厌氧消化氨抑制的形成规律,分析水解、酸化和甲烷化对氨氮的敏感性。本研究旨在为高浓度鸡粪厌氧消化工程化应用提供依据。主要结果如下:(1)当进料固体浓度从2.10%分阶段提高到7.24%时,容积产气率由0.31 L·(L·d)~(-1)逐渐上升到0.96 L·(L·d)~(-1),甲烷体积分数稳定在60%左右,TAN处于较低水平,反应器能够在7.24%的进料固体浓度下稳定运行,处于稳定期。利用发酵动力学模型模拟进料固体浓度和产气效果、进料固体浓度和出料固体浓度之间的动力学关系,发现修正的stover-kincannon模型适合描述稳定期进料固体浓度对鸡粪厌氧消化的影响,并能预测反应器在该工况条件下的最大处理能力。当进料固体浓度提高到9.30%时,容积产气率下降到0.21 L·(L·d)~(-1),相应的TAN上升到3401 mg·L~(-1),鸡粪厌氧消化出现氨抑制,反应器运行进入抑制期。(2)调低进料固体浓度为6.22%,TAN和VFA分别累积到3967 mg·L~(-1)和4078mg·L~(-1),出现氨氮和VFA联合抑制,反应器仍处于抑制期。反应器停止进料,运行进入恢复期,30 d后VFA被逐渐降解到2139 mg·L~(-1),重新进料固体浓度为6.23%,运行进入重新稳定期,容积产气率和甲烷体积分数分别稳定在1.02 L·(L·d)~(-1)和63.9%,重新稳定后活性污泥对TAN和VFA的耐受能力增强。(3)通过抑制模型对抑制期的氨抑制形成模拟分析可知,高浓度鸡粪厌氧消化氨抑制是随氨氮的累积而逐步形成的,水解、酸化和甲烷化过程对TAN和FAN的敏感性顺序为:甲烷化水解酸化。通过对阶段5和阶段6的氨抑制形成过程比较发现,阶段5的氨抑制是由反应器超负荷运行引起的,阶段6的氨抑制是由抑制物残留和污泥性质恶化引起的,阶段6在各抑制率下的TAN和VFA较高,活性污泥对氨氮和VFA的耐受性发生了部分适应性驯化。
【图文】：

图 1-1 厌氧消化四阶段学说代谢过程Fig. 1-1 Metabolic process of the four stages theory of anaerobic digestion氧消化技术处理鸡粪具有成本低、能耗小和能够回收清洁能源的害化、减量化和资源化的重要技术手段（李文哲等 2013）。该灭寄生虫卵，经厌氧消化后的沼渣还可以制成优质的农用有机肥剂等，发酵过程中产生的沼气还能够得到可作为清洁能源使用，于供暖、照明、发电，由此受到世界各国的广泛关注（李秀金沼气推广现状调查统计，我国用于处理畜禽粪便的沼气发酵罐已积达 1400 万 m3，每年生产沼气的体积达到 17 亿 m3（李文哲等技术将畜禽粪便有效地转化为沼肥和沼气，不仅能够促进农业增结构，发展循环农业，，是能够满足我国发展需求的一项技术，近推广。

本研究的技术路线
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S216.4;X713

【参考文献】

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本文编号：2702276