搅拌时间和顶空低压对猪粪产甲烷速率的影响

发布时间：2019-11-27 03:40

【摘要】：文章讨论了搅拌持续时间和发酵罐顶空低压对猪粪高温厌氧发酵甲烷生产率的影响。结果显示,间歇搅拌(搅拌频率为2 h·d~(-1))发酵罐的产甲烷速率显著(P0.05)高于连续搅拌(24 h·d~(-1))。当水力停留时间为20d和15 d时,间歇搅拌的发酵罐相比连续搅拌发酵罐的产甲烷速率分别高8%~17%和4%。当水力停留时间为20 d时,顶空低压(0.9 atm)处理的发酵罐产甲烷速率比连续搅拌发酵罐高9%。但是,当水力停留时间为15天时,则没有明显差异,产甲烷速率仅高了4%。以上结果得出,高温厌氧消化过程中,间歇搅拌和顶空低压可以增加猪粪的厌氧发酵效率。
【图文】：

氖侨范?高温厌氧发酵下为了维持较高的产甲烷速率是否有必要进行连续搅拌，以及顶空低压是否会提高产甲烷速率。1材料与方法1．1实验材料实验发酵原料猪粪为取自四川省崇州市某基地循环经济示范工程。粪便直接从刮粪板上收集，收集前在刮粪板上停留时间不超过3天。实验组1-a中猪粪取自100kg的猪，实验组1-b和实验组2的猪粪取自200kg的猪。实验中的猪粪样品取回后，用自来水稀释至固体浓度为15%，然后装入2L的聚乙烯瓶并存储于－20℃的冰箱中。样品使用前，先过夜解冻，然后稀释至总固体为6%～7%。1．2实验装置图1为实验组1实验中的厌氧发酵罐装置示意图。发酵罐为4L高硼硅玻璃发酵罐，罐底设置有出料口，进料口位于有效体积为3L处的罐身。搅拌轴上设置了两个直径为5cm的桨叶，两个桨叶的间距为15cm。搅拌电机的功率为20W，转速达到200rpm。发酵罐温度(55oC±1℃)通过反应器水浴夹套进行加热带进行加热控制。发酵罐放置于温度为25oC的室内。图2为实验组2实验中的厌氧发酵罐示意图。发酵罐为4L的抽吸瓶，有效工作体积为3L。发酵罐被放置于室温下摇床上，摇床旋转频率为200rpm。发酵罐温度通过加热带维持在55℃±1℃。实验中，产生的沼气通过气袋收集。顶空低压发酵罐，，由两个高差为1．7m的洗液瓶组成，一个气压传感器用于测量低压发酵罐顶空的压力，当气压高于0．9atm时，抽气阀门打开，则处于高位洗液瓶中的液体(20%的NaCl和5%的柠檬酸)流入低处的洗液瓶，从而起到降低发酵罐中的压力，当发酵罐顶空压力恢复到0．9atm时关闭阀门。发酵过程中的沼气主要收集于高处洗液瓶中，测量时将双向开关打开并且从低位洗液瓶将液体泵回高位洗液的过程则将沼气转移到气袋中。图1厌氧发酵搅拌实验装置示意图图2顶空低压实

。实验中的猪粪样品取回后，用自来水稀释至固体浓度为15%，然后装入2L的聚乙烯瓶并存储于－20℃的冰箱中。样品使用前，先过夜解冻，然后稀释至总固体为6%～7%。1．2实验装置图1为实验组1实验中的厌氧发酵罐装置示意图。发酵罐为4L高硼硅玻璃发酵罐，罐底设置有出料口，进料口位于有效体积为3L处的罐身。搅拌轴上设置了两个直径为5cm的桨叶，两个桨叶的间距为15cm。搅拌电机的功率为20W，转速达到200rpm。发酵罐温度(55oC±1℃)通过反应器水浴夹套进行加热带进行加热控制。发酵罐放置于温度为25oC的室内。图2为实验组2实验中的厌氧发酵罐示意图。发酵罐为4L的抽吸瓶，有效工作体积为3L。发酵罐被放置于室温下摇床上，摇床旋转频率为200rpm。发酵罐温度通过加热带维持在55℃±1℃。实验中，产生的沼气通过气袋收集。顶空低压发酵罐，由两个高差为1．7m的洗液瓶组成，一个气压传感器用于测量低压发酵罐顶空的压力，当气压高于0．9atm时，抽气阀门打开，则处于高位洗液瓶中的液体(20%的NaCl和5%的柠檬酸)流入低处的洗液瓶，从而起到降低发酵罐中的压力，当发酵罐顶空压力恢复到0．9atm时关闭阀门。发酵过程中的沼气主要收集于高处洗液瓶中，测量时将双向开关打开并且从低位洗液瓶将液体泵回高位洗液的过程则将沼气转移到气袋中。图1厌氧发酵搅拌实验装置示意图图2顶空低压实验装置示意图1．3实验方法实验组1:搅拌持续时间对甲烷产率的影响(发酵温度为55℃，搅拌速度为200rpm)。实验1-a:4个发酵罐在水力停留时间分别为20d和10d的条件下，设置搅拌频率为1，2，3和24h·d－1;实验1-b:2个发酵罐在水力停留时间分别为20d和15d的条件下，设置搅拌频率为2和24h·d－1，所有间歇搅拌，每天只搅拌1次。实验组2

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