牛粪高效沼气发酵工艺的探讨

奶牛粪采用厌氧发酵技术,既能回收能源,又达到治理环境的目的。近年来,我国许多城郊的奶牛场都陆续兴建了大中型沼气工程,取得了较好的经济、环境和生态效益。但采用常规发酵工艺,效率比较低,由于奶牛粪便量大,而且含有很多粗纤维,所以需要的发酵装置容积大,滞留期长,产气率不高。从表1可以看出,国内几个牛粪沼气工程运行情况表明,采用先进的发酵工艺及相应的高效装置是提高产气率的关键。本文就牛粪高效沼气发酵工艺中的几个主要问题作一探讨。     

木质气冷却水与牛粪混合沼气发酵研究

木质气通过喷淋冷却塔,用循环喷淋方法,获取几种不同总酚含量的冷却水。35±1℃温度下,冷却水与牛粪汁1:1混合进行中温沼气发酵试验。试验结果表明:冷却水对发酵有抑制作用,经过一定的适应期,冷却水对产气率和气体成分均无明显影响。发酵废液直接作肥料对农作物无害。     

牛粪最大甲烷生产能力及其发酵过程实验研究

采用自制序批式厌氧发酵实验装置对某奶牛场牛粪最大甲烷生产能力及其发酵过程进行研究.实验分为对照组和实验组,每组平行设置三个重复,在35℃恒温条件下厌氧发酵26天,期间对各发酵系统的产气量以及发酵液的pH,氨氮(NH4+-N),化学需氧量(COD)等指标进行连续监测.根据产气量情况,计算得出实验牛场牛粪的VS最大甲烷生产能力为0.139 m3CH4·kg-1.通过对发酵液各项指标的监测,发现实验组发酵液pH值在实验后期升高到7.7 ～7.9,氨氮浓度的最大值为582.16 mg·L-1,COD平均去除率为61.58％.研究中还对发酵液各项监测指标的变化趋势以及相互关系进行了深入分析.     

奶牛粪沼气发酵条件的初步研究

采用Ｌ９（３＾４）正交试验法，对影响奶牛粪沼气发酵的基质浓度，ｐＨ值接种量和添加人粪尿等诸因素间的相互关系进行了初步研究，结果表明，在自然温度条件下，解决好扔牛粪沼气发酵关键在于控制好基质浓度和ｐＨ值。从中优化出最佳的奶牛粪沼气发酵的适宜条件：基质浓度过度％左右，接种量以１５％～２０％为佳，ｐＨ值应严格控制在中性偏微减性范围（７．０～７．４），人粪尿添加量宜小于１５％。原料配比以Ｃ：Ｎ为２０～２５     

玉米秸秆与牛粪混合原料的沼气发酵试验

本试验设置牛粪与玉米秸秆三种配比进行沼气发酵,在保持相同温度、浓度和碳氮比的条件下,对比各处理在发酵过程中的产气量、甲烷含量及硫化氢含量的变化情况.结果表明:牛粪中所加的秸秆越少,其产气总量和甲烷含量就越高,大小顺序为:处理Ⅲ>处理Ⅱ>处理Ⅰ,纯秸秆原料也能产气,但发酵慢、产气量较低.在三种处理中以15%秸秆+85%牛粪的原料配比相对较好.     

干物质浓度对牛粪秸秆厌氧发酵产沼气的影响

在发酵原料C/N＝25～30,T＝36℃的条件下,研究20％,15％,10％,5％和2．5％等5种干物质浓度对牛粪秸秆混合干式厌氧发酵产沼气性能的影响。实验结果表明：发酵前30 d 为产气高峰期,同时发酵渗滤液中的VFA浓度也较高;干物质浓度增加时,产气量波动增大,渗滤液中碱度和 NH4＋-N 浓度升高,发酵装置的有机负荷率也较高;10％的干物质浓度产气效果最好,发酵前30d的累积产气量为4710mL,相应的容积产气率可以达到0．313m3/m3· d。实验得到的结果对牛粪秸秆混合发酵的实际应用具有一定的指导意义。     

添加蛭石对奶牛粪厌氧干发酵的影响

为了提高奶牛粪厌氧干发酵产气效率和研究蛭石对厌氧干发酵中酸积累的影响,文章尝试添加不同量的蛭石至发酵体系中,总发酵浓度为22%,蛭石添加量分别为总发酵浓度体积的2%,5%,8%。结果表明:添加蛭石在发酵前期能有效抑制VFAs的生成,减轻酸化作用,并且还能加快启动实验和提高产甲烷效果。蛭石最适宜添加量应该控制在5%左右。该研究为蛭石作为添加剂对厌氧干发酵的相关研究提供支持。     

臭氧组合絮凝工艺处理牛粪沼液的研究

牛粪沼液作为集约化规模化养殖业阶段处理的产物,产量巨大,有限的土地不足以消纳所有沼液从而导致还田利用十分困难。因此急需寻求一种沼液的预处理方法,实现其固液分离,减少固絮物后续处置量,同时上清液经处理后达标排放。臭氧氧化将大分子有机物降解为小分子物质,絮凝处理可以很好地提高沼液内部固体颗粒的沉降性能,以实现后续上清液的深度处理。该研究采用臭氧+絮凝工艺对牛粪沼液进行预处理,结果表明,单独臭氧处理中,当pH值为7.8,臭氧曝气时间为40 min,臭氧投加速率为2.2 g·h-1时,COD去除率可以达到46%;臭氧+絮凝处理中,当pH值为8.3,搅拌时间为2 min,搅拌速率为300 r·min-1,静置时间为15 min,投药量/总固体TS=1.5,最佳沉降比达到14%,极大地提升了沉降性能,总COD去除率最佳达到82%,最终COD降低到4000 mg·L-1左右,同时为后续处理减轻了负荷,对实际处理有较强的借鉴意义。     

不同配比牛粪与作物秸秆混合发酵的产气潜力研究

采用恒温厌氧发酵装置,在35℃和TS为8％的条件下,研究奶牛粪、肉牛粪与稻草、玉米秸秆、麦秆分别在1∶9,3∶7,5∶5,7∶3,9∶1五种不同配比下混合发酵的产气效果.试验结果表明:在相同条件下,麦秆与奶牛粪以1∶9混合发酵的累计产气量最高,为13245 mL,最低的是麦秆与肉牛粪以1∶9的混合配比,仅5585 mL.而稻草与奶牛粪以3∶7混合配比的总甲烷含量最高,达6573mL,占总产气量的52％,最低为麦秆与肉牛粪以1∶9混合配比,仅2565 mL,占总产气量的46％.稻草、玉米秸秆、麦秆与奶牛粪、肉牛粪混合发酵时,其混合配比决定着总产量与甲烷含量,且与发酵周期的长短有关,另外pH值对厌氧发酵也有重要影响.     

牛粪高浓度厌氧消化的试验研究

高浓度物料厌氧消化容易产生酸抑制现象.试验在中温条件下,以牛粪为消化原料,通过研究厌氧消化的启动阶段及消化过程中累计产气量、原料降解率等指标的测定,分析消化浓度对物能转化量的影响.结果表明,选取活性良好的接种物,降低启动时的TS浓度(2％～5％),并增加投料次数和延长投料时间间隔,可以有效地解决酸化问题.在消化浓度为8％,且分三次进料的条件下,累计产气量和投入TS产气量最高,分别为38525 mL和0.20 m3·kg TS-1.探讨了在实际沼气工程中,当消化浓度为8％时,可将水力滞留期(HRT)控制在30 ～35 d;当消化浓度为10％时,可将HRT控制在35 ～40 d.     

牛粪、鸡粪和稻秆混合的沼气发酵特性与工艺优

采用可控恒温厌氧发酵装置,选用牛粪、鸡粪、稻秆3种原料,按干物质比例0∶2∶1、0.4∶1.6∶1、0.8∶1.2∶1、1.2∶0.8∶1、1.6∶0.4∶1、2∶0∶1混合,研究了各配比在15℃、20℃、25℃、30℃下的厌氧发酵情况.结果表明:随温度升高,各配比产气速率和累积产气量均增大,15℃下发酵周期最长,其他温度对发酵周期影响无显著差异;不同配比下,累积产气量均呈先增大后减小的趋势,牛粪、鸡粪、稻秆3种原料混合的发酵效果显著好于牛粪与稻秆、鸡粪与稻秆2种原料混合的发酵效果,但配比对发酵周期无显著影响.通过模型预测,得到最优工艺组合,在发酵温度为30℃,牛粪、鸡粪与稻秆配比为1.22∶0.78∶1时,可获得最大累积产气量为28308.7mL.     

脱除沼气中硫化氢的吸收剂改进

针对沼气的组成,对萘醌法吸收液进行改进研究,确定用于沼气中硫化氢吸收液的适宜配方为:Na2CO3为2.5%(W),NQS为1.2 mol·m-3,FeCl3为1.0%(W),EDTA为0.15%(W),液相pH值8.5～8.8.吸收操作的液气比(L·m-3)为11～12.可以使脱硫率达到99%～99.5%.     

用改进萘醌法脱除沼气中硫化氢的研究

本文报道用脱硫催化剂ＮＱＳ（Ａ．Ｙ）ｎ．Ｆｅｂ脱除沼气中硫化氢的研究工作。试验表明，脱硫液配方中的ＮＱＳ和ＰＨ值，对于脱硫效果有显著影响。采用该脱硫剂处理硫化氢浓度为１０ｇ／ｍ＾３或小于１０ｇ／ｍ＾３的沼气，脱硫率均达９９％以上，并可回收硫磺。     

西瓜蔓与牛粪混合厌氧发酵研究

试验研究了常温条件下,西瓜鲜秸秆和干秸秆分别与牛粪以1:1比例在原料浓度为6%,8%,10%,12%条件下混合发酵的产气速率、累积产气量以及原料的产气率。结果表明:在发酵前期鲜秸秆与牛粪混合发酵的产气速率明显大于干秸秆,发酵后期却小于干秸秆;干秸秆对温度的变化不如鲜秸秆敏感,因而产气相对于鲜秸秆稳定;鲜秸秆和干秸秆与牛粪混合发酵的累积产气量随着原料浓度的增加而增加,但是原料产气率在超过一定原料浓度范围时反而降低;综合累积产气量和原料产气率,最适宜的发酵原料浓度为8%。该研究对解决农村地区大棚蔬菜基地秸秆的资源化利用提供了有益的参考。     

除臭菌系对沼液和尿污处理中NH3,H2S释放量和重金属含量变化的影响

试验将选育的除臭菌系Ⅰ和菌系Ⅱ用于沼液和尿污处理。在沼液中菌系Ⅰ和菌系Ⅱ对NH3释放量较对照降低39.21%和45.10%,H2S释放量降低60.42%和64.58%。全氮提高28.57%和34.20%,硫酸盐含量提高24.39%和26.27%。对重金属As,Cu和Pb残渣态检测,菌系Ⅰ对沼液处理后As和Cu残渣态较对照提高15.92%和42.34%,菌系Ⅱ对沼液处理后Cu和Pb残渣态提高56.41%和24.65%。COD降低33.45%和36.61%。在尿液处理中菌系Ⅰ和菌系Ⅱ第16 d已无NH3释放,第10 d不再有H2S释放,全氮含量较对照提高19.57%和24.09%,硫酸盐含量提高80.43%和30.04%,菌系Ⅰ对尿液处理后As和Cu残渣态提高52.03%和31.52%,菌系Ⅱ处理Cu和Pb残渣态提高36.75%和17.05%,COD降低了41.86%和53.49%。     

沼气发酵接种物对沼气及沼液成分的影响

采用新鲜的猪粪为原料,以崇明前卫村沼气池中正常发酵的沼液为接种物,利用自制的小型沼气发酵装置开展了沼气发酵的实验研究.结果表明,使用驯化过的接种物有利于提高沼气产气量和产气中甲烷的含量,并能最大限度地保留沼液中的营养成分.通过上述研究,为沼气的工业生产和市场化运作打下了一定的理论基础.