測量攪拌對高固含量牛糞沼氣發(fā)酵產(chǎn)氣量的影響實驗

張重 張?zhí)K

摘 要：本實驗根據(jù)不同攪拌條件下牛糞厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣情況進(jìn)行對比實驗分析，確定相對合理的攪拌參數(shù)。在實驗室條件下，將9個相同濃度相同體積的物料，每天進(jìn)行不同時長不同次數(shù)的攪拌，做28d厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣測試，通過對實驗數(shù)據(jù)的比較分析，確定本實驗沼氣發(fā)酵的最優(yōu)攪拌時長和次數(shù)。結(jié)論是每天攪拌4次，每次攪拌10min產(chǎn)氣量最高。

關(guān)鍵詞：攪拌;高固含量;產(chǎn)氣量

中圖分類號：S-3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.19754/j.nyyjs.20191030023

引言

對于現(xiàn)代沼氣技術(shù)，高固含量發(fā)酵工藝克服了傳統(tǒng)濕法發(fā)酵工藝的容積產(chǎn)氣量低、需水量大和能耗高等問題[1]，且產(chǎn)出的沼渣可直接用來生產(chǎn)高品質(zhì)有機(jī)肥，在產(chǎn)生能源的同時又滿足了對環(huán)境的保護(hù)和高品質(zhì)肥料的生產(chǎn)[2]。攪拌的目的在于使反應(yīng)器內(nèi)發(fā)酵物料溫度分布均勻，使發(fā)酵細(xì)菌和發(fā)酵物料充分接觸，加快發(fā)酵速度，提高產(chǎn)氣量，且有利于發(fā)酵產(chǎn)氣的逸出。攪拌時間過短，則導(dǎo)致消化率下降，達(dá)不到有效的攪拌效果;攪拌時間過長，不利于達(dá)到一個穩(wěn)定的沼氣發(fā)酵平衡狀態(tài)，甚至?xí)茐膮捬跷⑸锏纳姝h(huán)境，影響產(chǎn)氣效果[3];如攪拌程度比較劇烈時，會造成互營菌分離，不利于種間氫轉(zhuǎn)移，反而使沼氣發(fā)酵效率更低。因此，適當(dāng)?shù)臄嚢鑼φ麄€沼氣發(fā)酵過程來說具有舉足輕重的作用，本實驗采用相對較低的攪拌速度。

1 材料與方法

1.1 實驗裝置

實驗裝置為滁州市藍(lán)宇環(huán)保設(shè)備制造有限公司制造的10L厭氧消化反應(yīng)器（圖1），能根據(jù)實驗需要設(shè)定溫度，自動控制并維持厭氧消化反應(yīng)器恒溫運行，并能根據(jù)實驗的設(shè)定，自動定時打開和關(guān)閉攪拌，且可手動調(diào)節(jié)攪拌方向和攪拌速度。性能指標(biāo)：標(biāo)準(zhǔn)工作電源220V/50Hz;溫度為室溫～60℃;控溫波動范圍為±0.5℃;攪拌功率 90W;攪拌轉(zhuǎn)速8r/min。

1.2 實驗材料

實驗用鮮牛糞取自吉林省乾安縣一養(yǎng)牛場，實驗用接種物為發(fā)酵3個月以上的沼氣池新排出的沼渣。

1.3 實驗方法

將9個10L的厭氧發(fā)酵反應(yīng)器進(jìn)行編號，分別記為1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#、9#，裝入相同成分及體積的物料，設(shè)定相同的發(fā)酵溫度，攪拌轉(zhuǎn)數(shù)8r/min，然后對攪拌時間和攪拌次數(shù)進(jìn)行設(shè)定：

1#：每次攪拌時間5min，每天攪拌2次;

2#：每次攪拌時間5min，每天攪拌4次;

3#：每次攪拌時間5min，每天攪拌6次;

4#：每次攪拌時間10min，每天攪拌2次;

5#：每次攪拌時間10min，每天攪拌4次;

6#：每次攪拌時間10min，每天攪拌6次;

7#：每次攪拌時間15min，每天攪拌2次;

8#：每次攪拌時間15min，每天攪拌4次;

9#：每次攪拌時間15min，每天攪拌6次。

做28d厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣測試，通過對實驗數(shù)據(jù)的比較分析，確定本工藝沼氣發(fā)酵的每次攪拌時間和攪拌次數(shù)。

1.4 實驗步驟

1.4.1 備料

備足鮮牛糞，測定其干物質(zhì)濃度（TS）為18.13%。

1.4.2 調(diào)配

取適量鮮牛糞加入相當(dāng)于牛糞總質(zhì)量30%的接種物，干物質(zhì)濃度調(diào)至18%， pH值調(diào)整為6.8～7.2。

1.4.3 裝料

將調(diào)配好的物料分別等量裝入9個10L厭氧反應(yīng)器內(nèi)。

1.4.4 密封

通過膠管連接好集氣箱和排水箱，集氣箱貯滿水，并封閉好系統(tǒng)各密封處，形成厭氧環(huán)境。

1.4.5 設(shè)定溫度及攪拌進(jìn)入?yún)捬醢l(fā)酵狀態(tài)

發(fā)酵溫度均設(shè)置35℃，攪拌轉(zhuǎn)數(shù)8r/min，每天攪拌次數(shù)及每次攪拌時間按實驗方法中規(guī)定進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置完成后進(jìn)入?yún)捬醍a(chǎn)氣階段。

1.4.6 排氣記錄數(shù)據(jù)

每天定時排氣、補(bǔ)水，并記錄日產(chǎn)氣量。

1.4.7 產(chǎn)氣量的測定

實驗中日產(chǎn)氣量采用排水法測量，反應(yīng)期內(nèi)每天10∶00用量筒測量集水箱中水的體積來統(tǒng)計產(chǎn)氣量，即得到日產(chǎn)氣量，做好28d的連續(xù)產(chǎn)氣記錄。

1.4.8 實驗數(shù)據(jù)

根據(jù)所得的實驗數(shù)據(jù)繪制不同攪拌參數(shù)條件下產(chǎn)氣情況表1。

2 結(jié)果與分析

由表1可以看出，每次攪拌10min和15min的反應(yīng)器，其產(chǎn)氣量都比攪拌5min的產(chǎn)氣量高，說明攪拌時間足夠長才能達(dá)到較好的混料效果，促進(jìn)產(chǎn)氣量的提高。而從5min、10min、15min各攪拌組對比看出，每天攪拌4次對應(yīng)各組平均容積產(chǎn)氣率相對較高，其中5#厭氧反應(yīng)器，每天攪拌4次，每次攪拌10min對應(yīng)平均容積產(chǎn)氣率最高，28d平均容積產(chǎn)氣率達(dá)到0.812L/（L·d）。每天攪拌2次產(chǎn)氣率偏低，說明對于同一時長攪拌組，每天攪拌次數(shù)少，不能保證全天各個時間段發(fā)酵細(xì)菌與發(fā)酵原料充分接觸，從而造成產(chǎn)氣率不高;每天攪拌6次產(chǎn)氣率最低，說明攪拌次數(shù)過多，會破壞甲烷菌生長所需的相對寧靜環(huán)境，不利于產(chǎn)甲烷菌和產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌以互營聯(lián)合關(guān)系存在于有結(jié)構(gòu)的污泥中，不利于種間氫的轉(zhuǎn)移，反而使沼氣發(fā)酵效率降低，影響產(chǎn)氣量，除此之外過多攪拌還會增加動力消耗。通過實驗分析認(rèn)為本課題攪拌裝置每天按攪拌4次，每次攪拌10min工作較為合理。

參考文獻(xiàn)

[1] 王飛， 蔡亞慶， 仇煥廣.中國沼氣發(fā)展的現(xiàn)狀、驅(qū)動及制約因素分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報， 2012， 28 （1） ：184-189.

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作者簡介：

張重（1985- ），男，副研究員。研究方向：農(nóng)業(yè)有機(jī)固體有機(jī)廢棄物的處理和轉(zhuǎn)化以及相關(guān)的設(shè)備設(shè)計。