回流搅拌型混合物料厌氧消化器的设计与发酵工艺研究

发布时间：2020-06-03 23:59

【摘要】：随着我国养猪业的发展,养猪场粪便污染不断加剧,已成为畜禽养殖的最大污染源。厌氧消化技术作为处理养殖粪污的重要手段被广泛推广,然而国内中小型养猪场沼气工程,一般以猪粪作为单一发酵物料。一方面沼气产气率低,有机物去除率不高;另一方面厌氧消化系统缓冲能力差,容易失去稳定性。与此同时,农村大量植物废弃物被胡乱堆放或任意焚烧,对环境造成严重污染。研究植物废弃物与猪粪进行混合厌氧发酵,已成为沼气厌氧发酵技术的一个新问题。我国混合厌氧发酵产沼气的应用报道较少。本研究围绕课题组提出的对养猪场污水采用粪污“固液分流后分别进行厌氧消化处理”的工艺,设计研究了回流搅拌型混合物料厌氧消化器,主要包括回流搅拌系统和贮气系统;试验研究了植物废弃物与猪粪混合发酵工艺。主要研究内容和研究结果包括以下几方面: 1.分析厌氧消化器静态发酵的形成过程,设计回流搅拌系统:从消化器底部进料,发酵液上层抽料,进料管与抽液管平行,但水平面投影不重合,利用回流搅拌系统实现发酵液的回流搅拌。 2.确定消化器外部回流搅拌系统管网的设计与计算方法,选择流道式或旋流式叶轮离心泵作为回流搅拌系统的循环泵。 3.利用常规厌氧消化器的贮气空间和后续处理系统,设计二级调压稳压沼气贮存系统,通过理论分析和实际系统运行,认为该贮气系统可以有效地贮存回流搅拌型混合物料厌氧消化器和常规厌氧消化器产生的沼气,并有效地把沼气的气体压力调控在设计范围内。 4.利用Fluent软件对回流搅拌型混合物料厌氧消化器的回流搅拌过程进行计算流体力学(CFD)模拟,分析模型计算结果,认为回流搅拌系统可以使消化器内部发酵液形成混合效果较好的流型,对消化器的底部和自由液面有明显的扰动作用,可以有效的防止物料沉积和浮渣结壳。 5.选择具备沼气产气潜力的植物废弃物——聚合草与猪粪,按总固体质量含量比混合后,即1∶10、2∶10、1∶10和2∶10,在恒温试验装置上进行沼气发酵试验,研究植物废弃物与猪粪中温厌氧发酵的最优工艺。试验结果表明:随着试验组聚合草所占比例的增加,总产气量和日均产气量都呈现先增加后降低的趋势,1∶10、2∶1 0试验组甲烷含量首先达到40%(体积分数),且整体总体甲烷含量变化规律优于其他2个试验组及2个对照组;1∶1 0、2∶1 0的试验组总产气量分别为40835和43540 ml,高于其它试验组和对照组;日均产气量分别为756.20和725.67 ml,分别高于只有猪粪作为发酵原料的对照组7.83%和3.53%;1∶10、2∶1 0的试验组pH变化为6.6~ 7.6和6.6~ 7.6,优于其他试验组和对照组。分析认为聚合草与猪粪总固体质量含量比为1∶10~ 2∶10的沼气产气率高,系统缓冲能力好,符合沼气工程发酵产气稳定、甲烷含量高的要求。
【图文】：

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1.3.2 本研究的目的围绕中小型畜禽养殖场（小区）粪污“固液分流后分别进行厌氧消化处理”工艺，本研究主要对回流搅拌型混合物料厌氧消化器及发酵工艺进行研究，主要目的有以下 2个：（1）基于我国现有中小型畜禽养殖场（小区）沼气工程的厌氧消化器，探索设计一种适合植物废弃物与畜禽粪便（猪粪）混合发酵的回流搅拌型混合物料厌氧消化装置，包括配套的回流搅拌系统管网和沼气贮存系统。（2）研究植物废弃物与畜禽粪便（猪粪）混合发酵的最优工艺，为回流搅拌型混合物料厌氧消化器提供工艺参数。1.3.3 主要研究内容根据中小型畜禽养殖场（小区）粪污“固液分流后分别进行厌氧消化处理”工艺的设计要求，其工艺流程图可以设计表示为如图 1-2 所示。沼气

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混合物料厌氧消化系统主要包括厌氧消化器（沼气池）和沼气贮存系统。厌氧消化是沼气发酵的核心，有机物分解转化，沼气的生成都是在这里完成。因此，如何实现化器动态高效运行是沼气工程设计的重点。.1 问题的提出消化器处于静态发酵状态，会直接造成厌氧消化进行缓慢。分析静态发酵的形成取搅拌措施，打破静态发酵，使消化器内料液混合均匀，促进厌氧消化的生化反应过，已成为提高实现动态发酵最有效、最可行的手段。.1.1 静态发酵分层现象多种物料直接进入厌氧消化器，在无搅拌措施的情况下，随着厌氧消化产沼气的进，消化器逐渐变为静态发酵状态，大量浮渣悬浮于发酵液表面，在发酵液面形成结壳成发酵液传热、传质不均匀等现象，且严重影响沼气的通透性，以致沼气工程的产气也逐渐降低，最后甚至停止产气（毕峻玮等 2010）。
【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】：2011
【分类号】：S216.4

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