高产低耗畜禽粪厌氧处理新工艺研究及应用

高产、低耗是沼气发酵装置追求的主要目标。针对我国多数畜禽场以人工为主、水冲为辅的清粪方式,将常用的塞流、全混合(搅拌)和高浓度三种沼气发酵工艺有机结合,取长补短研制成一种新工艺。经应用于卧式机械搅拌加温沼气池取得成功,达到池容产气率高、自身耗能省、结构简单、投资低、操作方便等目标。该项新工艺及其装置具有较强竞争力和推广前景。     

生物能气动搅拌沼气发酵装置与技术研究

根据厌氧发酵动力学原理，研究发明了新型专利生物能气动搅拌沼气发酵装置。该装置将沼气气动搅拌、自动循环、自动破壳、厌氧微生物膜、强制回流与清渣、两步发酵与太阳能自动增温、消除发酵盲区和料液“短路”等新技术优化组装配套，采用动态连续发酵工艺，解决了静态不连续发酵沼气发酵装置存在的技术问题。经在西北黄土高原地区实际检验证明：年均产气量提高31%～72.4%，全年产气使用管理简便；与农业主导产业相结合，取得“四省、三增、两减少、一净化”的综合效益，为以沼气为纽带的能源生态模式的发展提供了可靠的技术支撑。     

立式连续干发酵装置的设计与产气特性

该研究设计的立式连续干发酵装置的几点特色包括搅拌升温调节罐、多点分布式进料、立式连续干发酵反应器和熟料回流混合过程,形成一种高固体浓度有机废弃物制取生物燃气的工艺方法及其发酵系统,可实现沼气工程的快速启动、厌氧发酵罐内无需搅拌、且节能,节水,减少沼液沼渣的排放量,保护环境,降低成本。采用上述设计的反应器进行发酵试验,研究熟料回流对产气特性的影响得出,应用回流的各组挥发性脂肪酸(volatile fatty acids,VFA)都有所降低,且回流比为1:7的VFA含量最低,氨氮没有累积,C/N接近25,产气效果最好。回流比1:9组,VFA含量累积最高,同时出现氨氮抑制产气的现象,所以得出熟料回流量过多,厌氧发酵系统就会受到抑制,且熟料回流对沼气中甲烷含量没有显著影响。     

柔性顶膜车库式干发酵装置运行参数优化

针对湿发酵工艺存在需水量大、沼液处理成本高、发酵原料单一、发酵浓度小、单位容积产气率低等不足,研究一种新型干法厌氧发酵工艺,并对干发酵工艺条件进行优化研究,旨在为干发酵沼气工程提供发酵原料最佳配比、沼液传质传热最佳效果、发酵原料最大降解率、单位容积产气率最高、沼气工程运行时间最短、成本最低等工艺参数,为当前国内干发酵沼气工程的健康、稳定运行提供一定的科学依据。该文应用设计的柔性顶膜车库式干发酵装置,以秸秆、牛粪混合物为发酵原料,进行了厌氧干发酵生产试验。研究了物料配比、发酵温度、沼液喷淋次数、发酵时间四因素对产气量和原料降解率的影响,通过L9(34)正交试验设计,对运行工艺进行优化,并与湿发酵方式进行了比较。结果表明:该装置的最佳运行工艺参数为:物料配比牛粪∶秸秆为4∶1、发酵温度35℃、沼液每天喷淋2次、发酵时间35 d。此时容积产气率为0.63m3/(m3·d)、CH4体积分数为65%、原料降解率为45%,容积产气率和原料降解率均高于湿法厌氧发酵方式。该厌氧发酵工艺克服了湿法厌氧发酵的不足,为厌氧干发酵规模化生产提供参考。     

射流搅拌提高牛粪中温厌氧发酵产沼气性能

现有中温沼气工程的搅拌方式以机械搅拌和沼液回流搅拌为主,存在产气率低、设备难以维护、长期运行不稳定等问题。该研究设计了一种射流搅拌技术,集沼液回流搅拌和沼气搅拌于一体,试验用于牛粪中温厌氧发酵产沼气。通过沼气产率、营养基质消耗、微生物种类和数量的变化等方面分析射流搅拌强化牛粪中温厌氧发酵产气的效果及机理。结果表明:发酵期30 d内,无搅拌、机械搅拌、沼液回流搅拌和射流搅拌的总产气量分别为52.34、64.30、61.97和71.22 L;原料产气量分别为0.238、0.292、0.282和0.324 L/g,射流搅拌厌氧反应器的原料产气量比无搅拌、机械搅拌、沼液回流搅拌分别提高了36.1%、22.9%、18.4%;射流搅拌方式中化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)降解率最高达到60.8%;在产甲烷高峰期发酵第10天左右,射流搅拌反应器内产甲烷菌最大值达2.0×108个/m L;挥发性脂肪酸(volatile fatty acid,VFA)浓度的降速较其他有搅拌方式快,VFA无积累,不受高浓度VFA的产物反馈抑制或底物抑制。     

畜禽养殖场沼气工程厌氧消化技术优化分析

为推进畜禽养殖场沼气工程高效运行,提高其厌氧消化效率,该文选择了3座沼气工程,对其厌氧消化工艺、工程运行管理和投入产出情况进行分析探讨。在此基础上,提出中国畜禽养殖场沼气工程建设厌氧消化技术的优化运行方案：完全混合式厌氧反应器、升流式固体反应器和高浓度推流式反应器适用于高悬浮固体浓度、高固体发酵原料的“能源生态型”沼气工程;与厌氧消化工艺相匹配的要素是沼气工程日常调控的重点;热电肥联产能够实现沼气工程效益的最大化;利用太阳能加热、沼液回用发酵可以节约能源,降低工程运行成本。     

秸秆批式和半连续式发酵物料浓度对沼气产率的影响

为比较秸秆批式发酵和半连续发酵工艺的产沼气效果,以水稻秸秆为单一发酵底物,开展了室内中温批式发酵和半连续发酵对比试验,以容积产气率和原料产气率为特征指标,研究不同料液浓度对秸秆批式和半连续发酵产沼气的影响,以期获得秸秆沼气工程适宜的运行参数。结果表明,批式发酵容积产气率随着TS浓度的增加而增加,但增幅逐渐减少;与静态批式发酵相比,间歇搅拌有助于提高批式发酵容积产气率,特别对高TS浓度处理容积产气率的提升效果更加明显;而半连续进料条件下更有利于高TS浓度处理容积产气率的提高,但各处理原料产气率均随着固物滞留时间(solid retention time,SRT)缩短而逐渐降低。综合考虑产气情况及工程应用实际,建议秸秆批式发酵底物质量分数不超过8%,而半连续发酵TS质量分数8%时SRT设计为20 d(容积产气率1.00 m3/(m3·d)),若发酵TS质量分数6%时,SRT设计为15 d,容积产气率0.75 m3/(m3·d),该运行参数为秸秆沼气工程发展提供了理论依据。     

高寒地区两相厌氧户用沼气系统设计与试验

针对高寒地区农村户用沼气发酵周期过长、产气量少的状况,该文提出并设计了适用于高寒地区农村户用的两相厌氧发酵装置,通过确立合理的工艺方案,控制两相厌氧发酵中产酸相、料液温度和pH值、水力滞留时间等因素,探讨了在哈尔滨地区最寒冷季节,所设计的新型农村户用沼气发酵装置产气量与维持发酵罐体内料液温度所消耗沼气量之间的关系。结果表明:基于两相厌氧发酵的高寒地区高效户用沼气发酵装置最高产气率为1.35m3/(m3·d),是传统沼气池产气率(0.35m3/(m3·d))的4倍。冬季1月份日均结余4.08m3沼气量足以满足三口之家照明、炊事所需能源,实现高寒地区户用沼气全年正能输出,可以取代传统沼气池。该文研究成果为今后寒地户用沼气的发展提供技术支持和参考依据。     

花生秧厌氧发酵产沼气试验

试验以花生秧为原料,采用厌氧发酵工艺,对其沼气发酵潜力进行研究,结果表明花生秧沼气发酵潜力达0.349m3/Kg。采用正交试验方法对花生秧沼气发酵的工艺参数优化配置进行了研究,结果表明发酵温度,发酵料液总固体浓度,pH值对其发酵结果均有不同程度影响,其中发酵温度和总固体浓度对沼气产量和甲烷产量的影响显著。最优的工艺条件为：发酵温度35℃,总固体浓度20%,pH=7.5,接种量1∶1。添加一定比例牛粪能明显提高产气速度。该文为规模化利用花生秧生产沼气提供了参考。     

沼气池搅拌的CFD模拟及温度场验证

为了对底侧入式搅拌的沼气发酵池内的流场进行研究,该文采用计算流体力学方法,以上海市崇明县某示范工程的主体沼气发酵池（69.3 m3）为对象,对流场和温场进行计算模拟,并通过温度测量来验证温度数值模拟的可靠性,从而间接验证流场数据准确性。通过温度场的模拟和实测数据对比,整体温场模拟和实测数据在0.05水平下无显著差异;通过流场模拟和工程运行的观察,都反映此发酵池中设计的底侧入式搅拌不能充分实现发酵池的搅拌。但模型在相关设定上仍有与实际不符之处,模型仍有待完善。     

纺锤形沼气池主要结构尺寸的研究

大中型常规沼气池,国外常见的池形有圆柱形、纺锤形和卵形。我国从节省建筑费用出发,常采用长方形。作者经研究认为,池形要首先符合沼气发酵工艺,其次才是考虑施工方便、成本低。为此提出一种比较符合我国条件的纺锤形池,池顶为120°锥角的圆锥体,池体为圆柱体,池底为90°锥角的圆锥体。 以池体表面积应达到最小为原则,作者提出了一套计算公式,在池容积确定后,可相应求出该池形各主要结构尺寸。据计算分析,纺锤形池容积应采用大于200m³为好。     

高固体含量进料提高餐厨废弃物连续厌氧发酵性能

为了考察高低2种进料固体含量在餐厨废弃物中温厌氧发酵中对产气效果的影响,该文将餐厨废弃物预先配制成固体质量分数为19.0%和9.5%的2种进料,应用单相连续厌氧发酵系统并设置低、中、高3个有机负荷,考察产气效率及厌氧反应器内部固体含量、氨氮浓度和p H值的变化情况。试验结果表明,高固体含量进料组的挥发性固体产气率在3个机负荷下均明显占优,分别为634.34、623.14和550.08 m L/g,而低固体含量进料组分别为549.86、491.22和0 m L/g。此外,采用高固体含量进料的厌氧反应器内固体质量分数一直保持在10%以下,符合湿法半连续发酵工艺要求。该研究对餐厨废弃物湿法厌氧发酵的沼气生产中,如何最大化节约原料稀释用水上提供了设计参考。     

固化土结构沼气池试验研究初报

固化土结构沼气池是在传统以砖砌体沼气池和混凝土现浇沼气池建造基础上，利用土壤固化技术建造的一种新型户用水压式沼气池。将固化土作为池底结构材料和池壁材料，在冲积土、紫色土、黏土等3种土壤条件下建造了不同组合模式的固化土结构沼气池。经破坏性极限压力试验表明，所建沼气池均符合国家《户用沼气池质量检验验收规范GB/T4751-2002》标准。对固化土结构沼气池与传统沼气池建造成本进行详细分析，结果表明，由于部分建池材料实现就地取材，商品建材的使用量和运输量减少，建池成本降低，具有显著的经济效益和广阔的推广前景。     

中国户用沼气池的研究进展及典例分析

通过分析能源在发展国民经济中的重要性和能源日益短缺的现状，阐述了中国发展以沼气池为主要形式的农村能源的必要性和重要性。简要回顾了中国沼气的发展历史，以及各个阶段典型沼气池型的结构和功能，并着重介绍了目前在国内推广的几种新型沼气池的特点和适用范围。最后结合实际分析了沼气池在技术和管理上的不足，提出今后中国户用沼气池的发展方向。     

用社会统计方法及其软件包分析评价户用沼气池应用效益

户用沼气池的应用效益,尤其是发酵残余物综合利用对农村经济的有益影响已日益引起人们的重视,面临着如何定量地认识和评价沼气应用的效益问题。本文以用社会统计方法对一千余沼气用户的调查为基础,通过用SPSS软件包进行统计分析,描述了户用沼气池的应用概况、残余物综合利用的直接效益和对农户经济收入的影响,从而为户用沼气池的发展提供了一定的政策参考。     

村镇生活污水净化沼气池设计图例技术分析

通过调研,从四川、浙江和江苏收集整理了一些具有代表性的生活污水净化沼气池设计图例。该文就其中五个典型沼气装置的特点进行了技术分析,以期为这一技术的优化设计提供依据。中国这类沼气池有共性的技术特点,即均采用二级厌氧消化加后处理措施(兼氧滤池)的处理模式,但是各自在单元设计上存在差异。近期设计与早期设计相比较,采用合流型进水方式较多,同时倾向于简化处理单元。现有部分装置设计中参数选用随意性较大,填料使用有问题,这些都影响到装置对生活污水处理的效果。     

镁离子对沼气反应器中莴笋皮和马铃薯皮发酵产气特性的影响

为了提高沼气反应器对发酵原料利用率,缩短发酵周期,提高产气率,该文试验研究了镁离子添加量分别对以莴笋皮和马铃薯皮为发酵原料的抗结壳沼气反应器产气性能的影响。结果表明:以莴笋皮为发酵原料,每升沼液中镁盐最佳添加量为0.30g,池容产气率为0.398m3/(m3·d),发酵后期甲烷浓度稳定在70%左右,总产气量提高了71.4%;以马铃薯皮为发酵原料,每升沼液中镁盐最佳添加量为0.10g,池容产气率达到0.804m3/(m3·d),发酵后期甲烷浓度稳定在68%左右,总产气量提高了41.6%。因此适量的镁离子添加量能缩短沼气反应器的发酵启动时间,促进甲烷合成,显著提高反应器的产气性能。     

农作物秸秆产沼气研究进展与展望

用秸秆发酵产沼气是获取生物质能源的一种有效和潜在途径，但是相应的工程实践一度遭受挫折，这源由发酵技术问题。近年来秸秆产沼气在以下方面：通过营养调节和质地改善等预处理改善原料发酵特性、在反应器中增加格栅防止漂浮结壳、时差进料调节产气平衡、变换反应器接种物和接种浓度加速反应启动以及改进发酵工艺调控反应条件等，进行了许多探索，获得了有益成果，也为进一步发展指明了方向。找到合适预处理方法、改进反应器结构、开发高效商品接种物、保持沼气池温度相对恒定，以及把产酸和产气彻底分离是农作物秸秆产沼气未来努力的重点方向。     

沼改厕推广模式的实现及其在四川省的应用

农村户用沼气池是国家战略性惠农措施，中国政府为促进农村沼气工程建设投入了大量财力物力。近年来，因劳动力转移、农业产业结构调整等多种原因造成大量沼气池闲置弃用，极大地浪费了国家和人民的财产。如何提高农村户用沼气池利用率，改善农村生产生活环境是当前乡村振兴面临的一大难题。该研究从"沼改厕"的现实背景、发展现状和技术模式入手，通过"推广模式、推广方法、效益分析和管护机制"四个层面对四川省"沼改厕"典型地区进行案例分析，并深入讨论了"沼改厕"模式的推广应注意的问题，为农村"厕所革命"提供互补的改厕方式，也为"沼改厕"推广模式提供理论支撑。