农牧废弃物恒温干/湿厌氧发酵过程研究
发布时间：2021-06-08 09:35
为对比干发酵和湿发酵过程中产气性能的差别,对比试验研究了3 m3恒温（37±1）℃发酵罐内单一牛粪干/湿发酵过程中日产气量、累计产气量、产气率及甲烷体积分数和pH及氨氮的变化,并最后应用修正的Gompertz方程分析甲烷生产的动力学过程。试验结果表明:以TS（总固体浓度）为20%的干发酵系统累计产气量为51.375 m3,最大日产气量可达2.198 m3,分别比TS为8%的湿发酵多11.076 m3和0.301 m3;干发酵的池容产气率为0.558 m3/（m3·d）,比湿发酵实验组提高了15.95%;干/湿发酵系统的日均甲烷体积分数分别为51.3%和48.6%。在试验过程中,干/湿发酵恒温沼气罐内的pH值及氨氮含量均介于正常范围之内,没有发生抑制现象使得试验可以顺利进行。通过修正的Gompertz方程对干/湿厌氧发酵的产甲烷过程进行拟合,拟合的结果R2在均大于0.99,表明实际产甲烷潜力值和拟合的产甲烷潜力值很...
【文章来源】：中国农机化学报. 2020,41(08)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
干/湿厌氧发酵系统结构简图
从图2可以看出,干/湿厌氧发酵系统均可正常启动,且日产气量的变化规律均呈现先升高后降低的趋势,主要是因为在厌氧发酵初始阶段,底物中含有丰富的营养物质,因此产气速率较快,而在发酵后期,料液中C/N降低,将氮素分解成无机氮使得产气量下降[16]。试验结果发现,湿发酵实验组在第1 d就产气0.311 m3,并在第6 d日产气量迅速增加到1.057 m3,而干发酵在第1 d的日产气量仅为0.037 m3,且在第10 d才达到1.037 m3,这可能是因为湿式厌氧发酵的原料一般以液态形式存在,干物质含量较少,传热传质效果好[17],因此料液升温速度快,前期产气速率快于干发酵,同样发酵结束时间也比干发酵早3 d,原因是TS较低,料液中的有机物过早的被微生物利用完[18]。干发酵在其后有25 d日产气量超过1 m3,并在第15 d达到产气峰值为2.198 m3,而湿发酵日产气量出现峰值的时间比干发酵晚两天为1.897 m3,且超过1 m3的天数只有20 d,这是由于干发酵的TS含量高,物料中的有机物会被微生物进一步利用从而提升了产气效率[19]。
由图3可知,干/湿发酵系统的发酵周期分别为46 d和43 d。干发酵的累计产气量为51.375 m3,湿发酵比干发酵试验组少21.56%为40.299 m3,这是因为厌氧菌只有在料液浓度适当的情况下才能表现出最佳活性,而菌种活性又是影响单位固体产气率的重要因素之一[20]。当TS较高时,微生物菌群能够更好地适应发酵环境并在短时内大量繁殖使系统能够连续、稳定的产气。从日累计产气量占总产气量百分比的曲线中可以观察到,湿发酵在第16 d的累计产气量达到总产气量的50%,在第28 d达到90%,而干发酵在第20 d才达到50%,在第36 d达到90%,说明湿发酵的主要产气阶段在前、中期,而干发酵的主要产气阶段则在中、后期。原因可能是TS浓度低时,料液中有机物水解成小分子后能够更迅速的被产菌群所利用,因此使湿发酵系统的有效产气期相对前移。2.2 TS对厌氧发酵过程产气率的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]畜禽养殖废弃物市场化困境及破解对策——基于四川邛崃的实践[J]. 郑绸,冉瑞平,陈娟. 中国农业资源与区划. 2019(03)
[2]白灵菇种植基质废料和牛粪混合厌氧发酵产沼气特性研究[J]. 郭前辉,李冲,关山月,陈敏,焦有宙. 农业工程学报. 2018(S1)
[3]固含量对猪粪中温厌氧发酵产沼气及其动力学研究[J]. 范超,刘伟,苏小红,王欣. 黑龙江科学. 2017(08)
[4]畜禽粪便固态厌氧发酵产酸产气特性研究[J]. 夏挺,陆居浩,李森,谷士艳,赵玲. 江苏农业科学. 2017(01)
[5]沼液预处理对花椰菜废弃物厌氧消化的影响[J]. 尹燕,王兴田,杨道兰,冯炜弘,史永梅,汪建旭. 中国农机化学报. 2017(02)
[6]牛粪与花椰菜废弃物混合比例对厌氧发酵产沼气的影响[J]. 尹燕,王兴田,杨道兰,冯炜弘,史永梅,汪建旭. 中国农机化学报. 2017(01)
[7]基于车库式干发酵保温被系统设计与试验研究[J]. 陶三奇,王鹏军,谢虎,曹杰,马标,朱德文. 中国农机化学报. 2015(06)
[8]氨水预处理蓖麻秸秆的沼气干发酵实验[J]. 张加稳,刘丽春,张无敌,尹芳,王昌梅,赵兴玲,柳静,杨红,刘士清. 云南师范大学学报(自然科学版). 2015(06)
[9]酸化处理对牛粪厌氧发酵有机酸和细菌多样性的影响[J]. 毕少杰,孙宇,孙志远,高亚梅,晏磊,王彦杰,王伟东. 中国沼气. 2015(04)
[10]不同发酵条件对杂交狼尾草厌氧发酵产沼气的影响[J]. 龚舒静,段青松,杨姝,张娅玲,赵艳,秦向东. 中国沼气. 2014(06)
本文编号：3218163
【文章来源】：中国农机化学报. 2020,41(08)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
干/湿厌氧发酵系统结构简图
从图2可以看出,干/湿厌氧发酵系统均可正常启动,且日产气量的变化规律均呈现先升高后降低的趋势,主要是因为在厌氧发酵初始阶段,底物中含有丰富的营养物质,因此产气速率较快,而在发酵后期,料液中C/N降低,将氮素分解成无机氮使得产气量下降[16]。试验结果发现,湿发酵实验组在第1 d就产气0.311 m3,并在第6 d日产气量迅速增加到1.057 m3,而干发酵在第1 d的日产气量仅为0.037 m3,且在第10 d才达到1.037 m3,这可能是因为湿式厌氧发酵的原料一般以液态形式存在,干物质含量较少,传热传质效果好[17],因此料液升温速度快,前期产气速率快于干发酵,同样发酵结束时间也比干发酵早3 d,原因是TS较低,料液中的有机物过早的被微生物利用完[18]。干发酵在其后有25 d日产气量超过1 m3,并在第15 d达到产气峰值为2.198 m3,而湿发酵日产气量出现峰值的时间比干发酵晚两天为1.897 m3,且超过1 m3的天数只有20 d,这是由于干发酵的TS含量高,物料中的有机物会被微生物进一步利用从而提升了产气效率[19]。
由图3可知,干/湿发酵系统的发酵周期分别为46 d和43 d。干发酵的累计产气量为51.375 m3,湿发酵比干发酵试验组少21.56%为40.299 m3,这是因为厌氧菌只有在料液浓度适当的情况下才能表现出最佳活性,而菌种活性又是影响单位固体产气率的重要因素之一[20]。当TS较高时,微生物菌群能够更好地适应发酵环境并在短时内大量繁殖使系统能够连续、稳定的产气。从日累计产气量占总产气量百分比的曲线中可以观察到,湿发酵在第16 d的累计产气量达到总产气量的50%,在第28 d达到90%,而干发酵在第20 d才达到50%,在第36 d达到90%,说明湿发酵的主要产气阶段在前、中期,而干发酵的主要产气阶段则在中、后期。原因可能是TS浓度低时,料液中有机物水解成小分子后能够更迅速的被产菌群所利用,因此使湿发酵系统的有效产气期相对前移。2.2 TS对厌氧发酵过程产气率的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]畜禽养殖废弃物市场化困境及破解对策——基于四川邛崃的实践[J]. 郑绸,冉瑞平,陈娟. 中国农业资源与区划. 2019(03)
[2]白灵菇种植基质废料和牛粪混合厌氧发酵产沼气特性研究[J]. 郭前辉,李冲,关山月,陈敏,焦有宙. 农业工程学报. 2018(S1)
[3]固含量对猪粪中温厌氧发酵产沼气及其动力学研究[J]. 范超,刘伟,苏小红,王欣. 黑龙江科学. 2017(08)
[4]畜禽粪便固态厌氧发酵产酸产气特性研究[J]. 夏挺,陆居浩,李森,谷士艳,赵玲. 江苏农业科学. 2017(01)
[5]沼液预处理对花椰菜废弃物厌氧消化的影响[J]. 尹燕,王兴田,杨道兰,冯炜弘,史永梅,汪建旭. 中国农机化学报. 2017(02)
[6]牛粪与花椰菜废弃物混合比例对厌氧发酵产沼气的影响[J]. 尹燕,王兴田,杨道兰,冯炜弘,史永梅,汪建旭. 中国农机化学报. 2017(01)
[7]基于车库式干发酵保温被系统设计与试验研究[J]. 陶三奇,王鹏军,谢虎,曹杰,马标,朱德文. 中国农机化学报. 2015(06)
[8]氨水预处理蓖麻秸秆的沼气干发酵实验[J]. 张加稳,刘丽春,张无敌,尹芳,王昌梅,赵兴玲,柳静,杨红,刘士清. 云南师范大学学报(自然科学版). 2015(06)
[9]酸化处理对牛粪厌氧发酵有机酸和细菌多样性的影响[J]. 毕少杰,孙宇,孙志远,高亚梅,晏磊,王彦杰,王伟东. 中国沼气. 2015(04)
[10]不同发酵条件对杂交狼尾草厌氧发酵产沼气的影响[J]. 龚舒静,段青松,杨姝,张娅玲,赵艳,秦向东. 中国沼气. 2014(06)
本文编号：3218163
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