沼液回流提升推流式厌氧反应器运行效果研究
发布时间：2021-09-04 08:19
为了研究沼液回流对推流式厌氧反应器（PFR）厌氧消化效率的影响,文章采用有效容积为36 L的PFR,以牛粪为底物,进料浓度TS为7～10%,发酵温度38℃±1℃,水力停留时（HRT）为20 d条件下连续运行100 d。结果发现:50%的沼液回流能够提升反应器产气效率,在沼液回流运行期,日产气量最高达到57.92 L·d-1,容积产气率为1.58 L·L-1d-1,甲烷含量为68.9%。平均挥发性有机物产气率为433.03 L·kg-1 VS (干物质产气率为366.99 L·kg-1 TS),相比于未回流沼液运行期提升42.46%,底物转化效率提高了17.84%。通过对沼液回流运行期的微生物群落组成分析可以看出,细菌主要以Firmicutes和Bacteroidetes具有降解纤维类及大分子的水解酸化菌为主。古菌则以Methanothrix和Methanospirillum为绝对的优势产甲烷菌为主。该研究结果可为以牛粪为原料的大型沼气工程提高整体效率和能量输出提供基础参考数据。
【文章来源】：中国沼气. 2020,38(03)
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
推流式(PFR)厌氧发酵实验装置流程图
快速稳定的启动对于一个厌氧反应器十分必要。为了缩短反应器启动期的时间,在启动阶段(第1 ～18 天)采用100%的体积比沼液接种,同时根据日产气量的情况逐渐增加进料量来保证快速稳定的启动。如图2所示,反应器运行的前5天,产气量一直处于较大的波动状态,造成这样现象的原因主要是接种物刚进入一个新环境,它有一个适应期和延滞期。有研究结果表明,产甲烷菌的水力停留时间要超过5 d之后才能够开始利用挥发酸等营养物质生产甲烷[18]。反应器从第6 天开始,日产气量开始逐渐上升,直至第18 天达到38.19 L·d-1,容积产气率达到了1.06 L·L-1d-1。从第19 天 到 46 天的运行,反应器的容积产气率变化不大,在一定范围内进行波动,这表明反应器在第18 天时启动成功,内部的厌氧微生物已经适应新的环境。图3 日产沼气中气体成分变化情况
图2 日产气量变化曲线及每日沼液回流量反应器在成功启动后,进入稳定运行期(第19 d～46天),即每日不回流沼液到进料中。如图2所示,反应器在稳定运行期内,日产气量在35.93 L·d-1～45.96 L·d-1之间波动,平均日产气量为40.79 L·d-1,但整体保持平稳状态。造成每日产气量波动的原因主要是因为每日进料底物中营养物质一直处于一个波动的状态,造成产气量产生波动。反应器从第47天开始,进料底物中每日回流进料量一半的沼液,从图2中可以看出从回流沼液开始,日产气量逐渐上升,直至第52 天,日产气量达到峰值57.92 L·d-1(容积产气率为1.61 L·L-1d-1)。从第53 天开始至运行结束,日产气量在48.45 L·d-1～57.92 L·d-1之间波动,日均产气量为52.52 L·d-1。相较于未回流沼液运行阶段,日产气量提升了28.76%。由此表明沼液回流能够提高反应器整体的产气量。在厌氧发酵过程中,底物的水解程度关系到整个发酵过程的效率,沼液回流能够提升PFR厌氧反应器前端的微生物浓度,强化牛粪水解酸化效果进而提高沼气产量。这与王文政[19]和卢艳娟[20]在研究沼液回流对玉米秸秆厌氧发酵产气性能影响和沼液回流对厌氧沼气工程的影响时得出的回流对日产气量无明显作用的结果不太相同。
【参考文献】：
期刊论文
[1]规模化奶牛场粪便的无害化处理措施[J]. 朱智杰. 畜牧兽医杂志. 2020(01)
[2]中低温条件下牛粪秸秆混合沼气发酵的研究[J]. 王世伟,马放,麻微微,王萍,赵光. 环境保护科学. 2019(05)
[3]牛粪与蔬菜废弃物厌氧发酵产气工艺优化[J]. 庞震鹏,李永平,朱教宁,籍增顺,焦光月. 山西农业科学. 2018(12)
[4]沼液回流对棉花秸秆产甲烷效率及微生物群的影响[J]. 张晗,王文政,袁旭峰,李秋芝,杨中旭. 中国沼气. 2018(01)
[5]沼液预处理玉米秸秆与牛粪混合厌氧消化产气性能的研究[J]. 魏域芳,李秀金,袁海荣. 中国沼气. 2018(01)
[6]甲烷丝菌混养促进螺旋藻自发酵产氢[J]. 丁灵侃,程军,刘建忠,周俊虎,岑可法. 环境科学学报. 2018(04)
[7]R-PFR与CSTR厌氧消化餐厨垃圾运行效率及微生物群落结构对比[J]. 何琴,李蕾,赵小飞,伍迪,瞿莉,彭绪亚. 环境科学学报. 2018(02)
[8]厌氧消化过程稳定性与微生物群落的相关性[J]. 李蕾,何琴,马垚,赵小飞,瞿莉,王小铭,彭绪亚. 中国环境科学. 2016(11)
[9]沼液回流对厌氧沼气工程的影响[J]. 卢艳娟,尤宇嘉. 中国沼气. 2015(03)
[10]沼液回流对牛粪厌氧发酵产气特性及其动力学的影响[J]. 吴树彪,黎佳茜,李伟,董仁杰. 农业机械学报. 2015(10)
本文编号：3382913
【文章来源】：中国沼气. 2020,38(03)
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
推流式(PFR)厌氧发酵实验装置流程图
快速稳定的启动对于一个厌氧反应器十分必要。为了缩短反应器启动期的时间,在启动阶段(第1 ～18 天)采用100%的体积比沼液接种,同时根据日产气量的情况逐渐增加进料量来保证快速稳定的启动。如图2所示,反应器运行的前5天,产气量一直处于较大的波动状态,造成这样现象的原因主要是接种物刚进入一个新环境,它有一个适应期和延滞期。有研究结果表明,产甲烷菌的水力停留时间要超过5 d之后才能够开始利用挥发酸等营养物质生产甲烷[18]。反应器从第6 天开始,日产气量开始逐渐上升,直至第18 天达到38.19 L·d-1,容积产气率达到了1.06 L·L-1d-1。从第19 天 到 46 天的运行,反应器的容积产气率变化不大,在一定范围内进行波动,这表明反应器在第18 天时启动成功,内部的厌氧微生物已经适应新的环境。图3 日产沼气中气体成分变化情况
图2 日产气量变化曲线及每日沼液回流量反应器在成功启动后,进入稳定运行期(第19 d～46天),即每日不回流沼液到进料中。如图2所示,反应器在稳定运行期内,日产气量在35.93 L·d-1～45.96 L·d-1之间波动,平均日产气量为40.79 L·d-1,但整体保持平稳状态。造成每日产气量波动的原因主要是因为每日进料底物中营养物质一直处于一个波动的状态,造成产气量产生波动。反应器从第47天开始,进料底物中每日回流进料量一半的沼液,从图2中可以看出从回流沼液开始,日产气量逐渐上升,直至第52 天,日产气量达到峰值57.92 L·d-1(容积产气率为1.61 L·L-1d-1)。从第53 天开始至运行结束,日产气量在48.45 L·d-1～57.92 L·d-1之间波动,日均产气量为52.52 L·d-1。相较于未回流沼液运行阶段,日产气量提升了28.76%。由此表明沼液回流能够提高反应器整体的产气量。在厌氧发酵过程中,底物的水解程度关系到整个发酵过程的效率,沼液回流能够提升PFR厌氧反应器前端的微生物浓度,强化牛粪水解酸化效果进而提高沼气产量。这与王文政[19]和卢艳娟[20]在研究沼液回流对玉米秸秆厌氧发酵产气性能影响和沼液回流对厌氧沼气工程的影响时得出的回流对日产气量无明显作用的结果不太相同。
【参考文献】：
期刊论文
[1]规模化奶牛场粪便的无害化处理措施[J]. 朱智杰. 畜牧兽医杂志. 2020(01)
[2]中低温条件下牛粪秸秆混合沼气发酵的研究[J]. 王世伟,马放,麻微微,王萍,赵光. 环境保护科学. 2019(05)
[3]牛粪与蔬菜废弃物厌氧发酵产气工艺优化[J]. 庞震鹏,李永平,朱教宁,籍增顺,焦光月. 山西农业科学. 2018(12)
[4]沼液回流对棉花秸秆产甲烷效率及微生物群的影响[J]. 张晗,王文政,袁旭峰,李秋芝,杨中旭. 中国沼气. 2018(01)
[5]沼液预处理玉米秸秆与牛粪混合厌氧消化产气性能的研究[J]. 魏域芳,李秀金,袁海荣. 中国沼气. 2018(01)
[6]甲烷丝菌混养促进螺旋藻自发酵产氢[J]. 丁灵侃,程军,刘建忠,周俊虎,岑可法. 环境科学学报. 2018(04)
[7]R-PFR与CSTR厌氧消化餐厨垃圾运行效率及微生物群落结构对比[J]. 何琴,李蕾,赵小飞,伍迪,瞿莉,彭绪亚. 环境科学学报. 2018(02)
[8]厌氧消化过程稳定性与微生物群落的相关性[J]. 李蕾,何琴,马垚,赵小飞,瞿莉,王小铭,彭绪亚. 中国环境科学. 2016(11)
[9]沼液回流对厌氧沼气工程的影响[J]. 卢艳娟,尤宇嘉. 中国沼气. 2015(03)
[10]沼液回流对牛粪厌氧发酵产气特性及其动力学的影响[J]. 吴树彪,黎佳茜,李伟,董仁杰. 农业机械学报. 2015(10)
本文编号：3382913
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