粪秆混合厌氧发酵渗滤床工艺的消化性能
发布时间：2019-11-05 09:28
【摘要】：以玉米秸秆-牛粪为原料,利用自行设计的渗滤床反应器(Leach bed reactors),对比研究了渗透液回流喷淋时间、喷淋量、发酵温度及粪秆比4因素对原料物能转化率的影响。结果表明:发酵结束后罐内物料的TS浓度在13%~15%之间,属于高浓度发酵范畴;9样品产气峰值出现在发酵后的10~14 d,物能转化率排序为L6L2L9L7L1L8L4L5L3;TS产气率相对较高的共同特点主要为35℃中温、较高的渗滤液回流量以及较高的粪秆比。通过TS产气率的直观分析,4因素对实验结果影响大小排序分别为发酵温度粪秆比喷淋量喷淋时间间隔,得到的最佳工况参数为喷淋时间间隔2 h、喷淋量4 L、发酵温度35℃、粪秆比1∶1,此条件下得到的平均TS产气率为(98.4±3.5)mL·g~(-1)。方差分析结果表明,发酵温度、粪秆比及喷淋量对产气结果影响极显著,为控制渗滤床发酵工艺的主要参数。
【图文】：
环境工程学报第11卷图1厌氧滤渗滤床系统结构图Fig．1Schematicdiagramofanaerobicleachbedreactors秸秆小于1∶1，可以得到较好的产气率，因此，在本正交实验中，牛粪:秸秆的比率设定为1∶1、1∶2及1∶3三个水平。发酵温度方面将常温、30和35℃作为实验研究的3水平，其实验设计如表2所示。每种处理的原料样品TS控制在150g，秸秆经生物试剂(绿秸灵)预处理后与牛粪按比例混合均匀，放置于8L的自制渗滤床反应器中，发酵接种物为不产气沼液(其主要理化指标:COD约9500mg·L－1，TN约910mg·L－1，NH3-N约630mg·L－1)，通过反应器底部渗滤、收集及循环喷淋的方式，为原料发酵提供菌种。发酵过程中产生的沼气用3L铝箔集气袋收集，每种处理做2次重复。其基本装置如图1所示。1.3测定项目沼气中CH4及CO2浓度采用GEM2000plus便携式沼气分析仪测定，使用前用标准气体进行校正。TS采用烘干法测定，VS采用灼烧称重法测定，产气量采用100mL的针筒抽取测定。表2正交实验设计表Table2Factorsandlevelsoforthogonalexperiments样品编号喷淋时间间隔/h喷淋量/Lm(牛粪)∶m(秸秆)温度/℃L1121∶130L2131∶235L3141∶3常温L4221∶2常温L5231∶330L6241∶135L7421∶335L8431∶1常温L9441∶2302结果与分析发酵结束后罐内物料的TS浓度在13%～16%之间，所以系统属于高浓度-固态发酵范畴。研究结果表明(见图2)，9样品产气峰值出现在发酵后的10～14d，其中L2、L6、L7及L9样本产气峰值较大，分别达到了980、940、970和950mL。峰值期间内甲烷含量也较高，均达到50%以上。具体看来，出现高产气峰值有3样本处于35℃发酵温度，L9样本虽然发酵温度略低，仅30℃，但沼液回流量较大。出现较低产气峰值为L3和L5样本，峰值分别为500
第10期韦秀丽等:粪秆混合厌氧发酵渗滤床工艺的消化性能图2各样本厌氧发酵日产气量及甲烷浓度Fig．2Dailygasproductionandmethanecontentofanaerobicfermentationforeachsample表3各样本正交实验产气数据Table3Biogasproductiondataoforthogonalexperiment样品名平均累积产气量/mLTS产气率/(mL·g－1)累积产甲烷量/mLTS产甲烷率/(mL·g－1)L111690±110377.9±7.44535±16529.5±0.55L213735±54491.6±3.65494±6736.3±0.23L39675±81364.5±5.43987±13925.4±0.46L410850±42472.3±2.94592±11329.7±0.38L510670±11371.1±0.84392±2429.2±0.08L614750±52398.4±3.55859±21238.1±0.71L712110±93380.7±6.24782±1931.8±0.06L811565±71477.1±4.84984±8332.2±0.28L913235±88488.3±5.94823±8231.8±0.275647
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本文编号：2556097
【图文】：
环境工程学报第11卷图1厌氧滤渗滤床系统结构图Fig．1Schematicdiagramofanaerobicleachbedreactors秸秆小于1∶1，可以得到较好的产气率，因此，在本正交实验中，牛粪:秸秆的比率设定为1∶1、1∶2及1∶3三个水平。发酵温度方面将常温、30和35℃作为实验研究的3水平，其实验设计如表2所示。每种处理的原料样品TS控制在150g，秸秆经生物试剂(绿秸灵)预处理后与牛粪按比例混合均匀，放置于8L的自制渗滤床反应器中，发酵接种物为不产气沼液(其主要理化指标:COD约9500mg·L－1，TN约910mg·L－1，NH3-N约630mg·L－1)，通过反应器底部渗滤、收集及循环喷淋的方式，为原料发酵提供菌种。发酵过程中产生的沼气用3L铝箔集气袋收集，每种处理做2次重复。其基本装置如图1所示。1.3测定项目沼气中CH4及CO2浓度采用GEM2000plus便携式沼气分析仪测定，使用前用标准气体进行校正。TS采用烘干法测定，VS采用灼烧称重法测定，产气量采用100mL的针筒抽取测定。表2正交实验设计表Table2Factorsandlevelsoforthogonalexperiments样品编号喷淋时间间隔/h喷淋量/Lm(牛粪)∶m(秸秆)温度/℃L1121∶130L2131∶235L3141∶3常温L4221∶2常温L5231∶330L6241∶135L7421∶335L8431∶1常温L9441∶2302结果与分析发酵结束后罐内物料的TS浓度在13%～16%之间，所以系统属于高浓度-固态发酵范畴。研究结果表明(见图2)，9样品产气峰值出现在发酵后的10～14d，其中L2、L6、L7及L9样本产气峰值较大，分别达到了980、940、970和950mL。峰值期间内甲烷含量也较高，均达到50%以上。具体看来，出现高产气峰值有3样本处于35℃发酵温度，L9样本虽然发酵温度略低，仅30℃，但沼液回流量较大。出现较低产气峰值为L3和L5样本，峰值分别为500
第10期韦秀丽等:粪秆混合厌氧发酵渗滤床工艺的消化性能图2各样本厌氧发酵日产气量及甲烷浓度Fig．2Dailygasproductionandmethanecontentofanaerobicfermentationforeachsample表3各样本正交实验产气数据Table3Biogasproductiondataoforthogonalexperiment样品名平均累积产气量/mLTS产气率/(mL·g－1)累积产甲烷量/mLTS产甲烷率/(mL·g－1)L111690±110377.9±7.44535±16529.5±0.55L213735±54491.6±3.65494±6736.3±0.23L39675±81364.5±5.43987±13925.4±0.46L410850±42472.3±2.94592±11329.7±0.38L510670±11371.1±0.84392±2429.2±0.08L614750±52398.4±3.55859±21238.1±0.71L712110±93380.7±6.24782±1931.8±0.06L811565±71477.1±4.84984±8332.2±0.28L913235±88488.3±5.94823±8231.8±0.275647
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