厌氧处理牛粪

厌氧处理牛粪（共3篇）

厌氧处理牛粪 篇1

0 引言

随着农业现代化进程的加快,我国养殖业逐步由小规模、分散型向大规模、集约型转化,依靠家庭养殖废物维系的许多户用沼气池出现原料紧缺,以致废弃沼气池改换柴灶的现象已屡见不鲜。我国是个农业大国,每年产生农作物秸秆总量约7×109 t,其中蔬菜废弃物1×109～1.5×109t[1,2,3]。据报道,秸秆理论产气量为0.53m3/kg(TS),与粪便的理论产气量接近[4]。如果将秸秆通过厌氧消化产生沼气,可使1kg秸秆的有效热值提高到64%[5];并且将秸秆进行厌氧发酵可杀死秸秆中的病源虫卵,避免秸秆直接还田造成的作物病虫害问题[6],另外可以从源头减少焚烧秸秆带来的众多环境问题。秸秆中含有大量的纤维素、半纤维素和木质素,直接作为发酵原料,会影响到厌氧发酵产气的效果[7]。本试验结合广大农村实际,针对大棚蔬菜基地大量的废弃秸秆直接焚烧、随意堆置、不能合理利用和农村户用沼气池发酵原料不足的问题,研究了西瓜蔓与牛粪在常温下混合发酵的产气效果,探索了鲜秸秆和干秸秆分别与牛粪混合发酵的产气的差异,旨在为农村地区大棚蔬菜基地秸秆的能源化利用提供技术依据。

1 材料与方法

1.1 发酵原料与接种物

发酵原料为西瓜蔓和牛粪,接种物为正常产气的常温厌氧发酵沼气池的沼液。发酵原料与接种物分别取自西北农林科技大学附近的大棚蔬菜种植区和沼气示范村(崔西沟)的农户。

1.2 试验装置

采用橡皮塞封口的2.5L试剂瓶作为反应器和集气瓶,集水瓶用1 000mL的三角瓶,并用玻璃管和硅胶管在各装置间进行连接,如图1所示。

1.发酵罐 2.导气管 3.集气瓶 4.集水瓶

发酵原料经预处理加接种物后装入发酵瓶中密闭,置于室温下进行厌氧发酵,消化过程产生的沼气通过导气管导入装水的密闭集气装置中,以排水法收集产气。

1.3 试验方法

将西瓜鲜秸秆和干秸秆用粉碎机粉碎至粒径约1～2cm左右,在牛粪与秸秆的干物质比(g/g)为1:1,接种物为30%的条件下,TS含量设4个处理,TS浓度分别为6%,8%,10%,12%。每个试剂瓶内装入计算好的发酵原料2kg,并对鲜秸秆与牛粪混合发酵和干秸秆与牛粪混合发酵在不同原料浓度下的产气规律进行对比研究。试验时间为2010年8月22-10月25日,温度变化范围为16～30℃,在常温条件下进行发酵,每日9:00用量筒测量水的体积,统计产气速率。

1.4 测定项目及方法

总固体质量分数(TS)测定采用烘干法[7]。

计算方法如下式

TS=A/B×100%

式中 A—样品烘干以后的质量(g);

B—样品的鲜重(g)。

产气量:排水法收集沼气[8],每天读取集水瓶中水的体积。

2 结果与分析

2.1不同原料浓度对西瓜鲜秸秆和干秸秆与牛粪混合发酵产气速率的影响

图2表示不同原料浓度的西瓜鲜秸秆和干秸秆与牛粪混合发酵的日产气量。由图2可知鲜秸秆与牛粪混合发酵的4个处理,发酵期间均有2个产气高峰:第1个产气高峰在产气开始的前2天,之后产气量迅速下降,从第6天开始又有小幅度的回升,然后持续下降,到第9天的时候产气基本停止,直到20天产气才开始恢复;第29天时均达到第2个产气高峰,并在整个产气过程中达到最大日产气量(6%,8%,10%,12%的4个处理的最大日产气量分别为751,967,980,945mL/kg),之后产气量迅速下降,到第34天的时候趋于稳定,之后又有较小的下降,在40天之后又恢复平稳。

与鲜秸秆与牛粪混合发酵相似,不同的是干秸秆与牛粪发酵的第1个产气高峰出现在前4天,之后的产气下降幅度较小,也较平稳,第17天才基本停止,第20天开始恢复,最大日产气量较鲜秸秆小。6%,8%,10%,12%的4个处理的最大日产气量分别为647,776,663,567mL/kg。

在整个发酵过程中,各处理产气速率随着原料浓度的增加而呈增加趋势,并且日产气量有几处较大的波动,而原料浓度较小的处理其产气量相对稳定一些。干秸秆和牛粪混合发酵产气量较鲜秸秆小,后期较鲜秸秆的产气量大,日产气量变化趋势也较鲜秸秆稳定。分析原因,鲜秸秆中纤维素和木质素较少,较易于被微生物分解,有利于微生物的生长,因此发酵前期的产气速率快,后期由于可被降解的有机质含量较少,不足以提供甲烷菌生长繁殖所需的营养,菌种的比生长速率降低,活性也降低,从而导致其发酵后期产气量相对于干秸秆小一些。

2.2不同原料浓度分别对西瓜鲜秸秆和干秸秆与牛粪混合发酵累计产气量的影响

图3表示不同原料浓度的西瓜鲜秸秆和干秸秆与牛粪混合发酵的累积产气量。由图3可知,鲜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,原料浓度为6%的处理的累计产气量较其他3个处理增长缓慢,最终累积产气量最低,为7 786mL/kg;8%和10%的处理的累积产气量基本相当,在发酵前20天10%处理的累积产气量略低于8%的处理,随后其增长幅度增大;12%的处理累积产气量相对其它3个处理增幅波动比较大,最终累积产气量最大,为15 091mL/kg。

干秸秆与牛粪混合发酵时,原料浓度为6%,8%,10%处理的累积产气量基本一致,发酵前期6%和8%处理的累积产气量相近,10%处理的累积产气量相对高于6%和8%的处理;48天后,6%处理的累积产气量增长缓慢,并且明显低于8%和10%的处理,最终累积产气量也最低,为8 266mL/kg;8%处理的累积产气量增幅相对加快,到产气结束时其累积产气量和10%处理的累积产气量相近。12%处理的累积产气量在前期和其他处理基本一致,在20天后其增幅迅速加快, 并且一直比较大, 其最终累积产气量也最大, 为13 603mL/kg。

由图3可知,原料浓度在6%～12%的范围内,累积产气量随着原料浓度的增加而增加,但是原料浓度为12%处理的增幅相对不稳定。从整体趋势上看,鲜秸秆与牛粪发酵的累积产气量在0～9天增幅较快,随后基本不变,在20～31天增幅再次加快,之后增幅又一次减慢并趋于平稳;干秸秆和牛粪混合发酵的累积产气量基本上持续上升,其波动较鲜秸秆小。由此可知,鲜秸秆的累积产气量虽然比干秸秆的累积产气量大,但其产气速率没有干秸秆的产气速率稳定。

2.3温度分别对西瓜鲜秸秆和干秸秆与牛粪混合发酵的影响

图4表示温度对西瓜鲜秸秆和干秸秆与牛粪混合发酵的日产气量的影响。

由图4可知,鲜秸秆前几天的产气量随着温度的下降呈下降趋势,随后又随着温度的升高有小幅度的回升,在第6～20天期间,虽然温度基本稳定,产气量却一直跌落甚至最后停止产气。分析原因,发酵在此期间进入产酸阶段,pH对发酵的影响远大于温度对它的影响。20～30天产酸阶段结束,产气量随着温度的上升而升高,到第29天产气量达到峰值,温度也上升至最高,31天后温度基本呈下降趋势,产气量也随之呈下降趋势。与鲜秸秆与牛粪混合发酵相似,干秸秆和牛粪混合发酵的产气量也基本上随着温度的变化而上下浮动。

由此可知,沼气发酵产气量受温度影响显著,并且其日产气量基本上随着温度的变化而变化,这与魏世清,覃文能,李金怀等[9]人的研究结果一致,即沼气产气量与发酵温度之间具有一定的线性关系,温度的变化对沼气的产量影响显著。同时,由图4可以看出,温度对鲜秸秆与牛粪混合发酵产气量的影响要大于干秸秆。

2.4不同原料浓度分别对西瓜鲜秸秆和干秸秆与牛粪混合发酵原料产气率的影响

不同原料浓度的原料产气率如图5所示。由图5可知,发酵原料为鲜秸秆和牛粪时,原料浓度为8%处理的产气率最高,为73 194 mL/kg, 10%的处理次之,原料浓度为12%的处理最低,为64 546 mL/kg。发酵原料为干秸秆和牛粪时,原料浓度为6%的处理产气率最高为73 050mL/kg, 8%的处理次之,原料浓度为12%的处理最低,为60 004 mL/kg。

由累积产气量可知鲜秸秆和干秸秆与牛粪混合发酵的累积产气量均随着原料浓度的增加而增加,而原料产气率并不随着原料浓度的增加而增加,对不同原料浓度的产气率进行比较,鲜秸秆和牛粪:8%>10%>6%>12%;干秸秆和牛粪:6%>8%>10%>12%。由此可知,原料浓度为10%和12%处理的原料产气率反而低于6%和8%的处理。

分析原因,沼气发酵适宜的干物质浓度为4%～10%,即发酵原料含水量为90%～96%。发酵浓度随着温度的变化而变化,夏季一般为6%左右,冬季一般为8%～10%。浓度过高或过低,都不利于沼气发酵。浓度过高,则含水量过少,发酵原料不易分解,并容易积累大量酸性物质,不利于沼气菌的生长繁殖,影响正常产气;浓度过低,则含水量过多,单位容积里的有机物含量相对减少,产气量也会减少,不利于沼气池的充分利用[10]。因此,从累积产气量和原料利用率两个因素考虑,西瓜鲜秸秆和干秸秆与牛粪混合发酵的最佳原料浓度均为 8%,这样既可以有效地利用原料又可以提供较高的产气量。

3 结论

1)西瓜秸秆与牛粪以1:1混合发酵时,西瓜鲜秸秆与牛粪混合发酵的累积产气量较干秸秆与牛粪混合发酵高,尤其是前期产气量较大;干秸秆与牛粪混合发酵后期产气量较大,温度对其影响较小。因此,为保证沼气池产气量的持续和稳定,在实际应用中不宜单独使用鲜秸秆作为发酵原料,可直接与干秸秆和牲畜粪便混合发酵或在发酵前适当加氨水或石灰水进行预处理后再进行发酵。

2)鲜秸秆与牛粪混合发酵的产气率,8%>10%>6%>12%;干秸秆与牛粪混合发酵的产气率,6%>8%>10%>12%。鲜秸秆和牛粪混合发酵的最佳产气率的原料浓度大于干秸秆的原料浓度。综合累积产气率和原料的产气率两个因素,当西瓜鲜秸秆和干秸秆与牛粪以1:1混合发酵时,最佳原料浓度均为8%。

摘要：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。

关键词：鲜秸秆,干秸秆,厌氧发酵,西瓜蔓,牛粪

参考文献

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厌氧处理牛粪 篇2

关键词：牛粪,CSTR,折流反应器,产气率

厌氧发酵[1,2]是将畜禽粪便、农作物秸秆及工农业排放废水中所含的有机物在适宜的厌氧条件下,通过微生物的作用,最终转化为沼气的过程。在此过程中,温度是影响厌氧发酵的关键因素。厌氧发酵微生物对温度的要求范围较宽,一般在10℃～60℃都能生长[3,4,5]。

本研究充分考虑寒区环境特点,在单一厌氧发酵模式下,采取两级厌氧发酵系统对奶牛粪便进行处理,大大提高了原料的利用率,使产气量达到最大程度,解决寒区沼气工程冬季因热能损耗大而不能过冬的技术难题,具有广阔的发展前景[6,7,8]。

1 试验材料与方法

本研究以泰康镇奶牛广场的新鲜奶牛粪便为原料,采用CSTR厌氧发酵装置和厌氧往复折流装置,确定一级厌氧和二级厌氧的各项工艺参数,结合产气量、COD降解率等指标,确定两级厌氧发酵工艺。以产气量作为主要考察指标,通过调节两级厌氧反应器参数,着重考察参数对两级厌氧发酵系统的影响,提高发酵原料利用率,为寒区兴建大型沼气工程提供试验基础。

2 试验方法设计

2.1 一级厌氧发酵试验

2.1.1 单因素试验

投料浓度对平均产气量的影响:将新鲜牛粪分别按照6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%的投料浓度,加入到CSTR反应器中,发酵温度53℃,发酵周期14 d,搅拌时间6 h/d,接种量30%,来研究投料浓度与平均产气量之间的关系。

接种量对平均产气量的影响:将新鲜牛粪分别按照8%投料浓度,加入到CSTR反应器中,发酵温度53℃,发酵周期14 d,搅拌时间6 h/d,接种量梯度为:0%、10%、20%、30%、40%、50%,研究不同接种量与平均产气量之间的关系。

搅拌时间对平均产气量的影响:将新鲜牛粪分别按照8%投料浓度,加入到CSTR反应器中,发酵温度53℃,发酵周期14d,研究在不同搅拌时间0h/d、2h/d、4h/d、6 h/d、8 h/d与平均产气量之间的关系,接种量30%。

2.1.2 正交试验

根据单因素试验结果,选定各因素的水平,对投料浓度、接种量、搅拌时间三个因素选用L9(34)表,进行正交试验,全面考察各因素对产气量效果的影响,并通过极差分析获得较优组合。

2.2 二级厌氧发酵试验

将一级厌氧发酵最优试验结果经孔径为0.5 mm的螺杆压滤分离机分离,分析沼液的各项参数,进行二级厌氧发酵的单因素试验。

单因素试验:研究沼液不同温度20℃、35℃、53℃下与产气量之间的关系,分析沼液COD的降解率,水力停留时间。

3 结果与分析

3.1 一级厌氧发酵单因素试验结果与分析

3.1.1 投料浓度对平均产气量的影响

随着投料浓度的增加,平均产气量稳步上升,在投料浓度为8%时达到最大值107.3 L,但是随着投料浓度的继续增加到9%～12%时,平均产气量迅速下降,这是由于在固定接种量为30%的情况下,投料浓度的增加导致厌氧体系中过度产酸,抑制了微生物的甲烷化过程,使平均产气量迅速下降,故选取固含量为7%、8%、9%的三个水平进行正交试验。

3.1.2 接种量对平均产气量的影响

随着接种物(上批厌氧发酵物)接种量的增加,可提高厌氧体系中的产甲烷菌群总量,使得牛粪中大分子有机物经水解酸化阶段后迅速甲烷化,既可防止罐内酸化中毒,又可加快反应进程。因此,在接种量为0%-30%时,平均产气量有上升趋势,尤其在10%～30%时平均产气量呈对数增长,在接种量为30%时,达到最大值100.5 L。但是在接种量为30%～50%时,平均产气量迅速下降,究其原因是由罐内的装料容积引起的。在装料容积保持不变的情况下,随着接种量的增加,导致投料量减少。虽然接入了大量的甲烷菌群,但是微生物可利用的底物减少,使平均产气量下降。综上所述,选取接种量为20%、30%、40%的三个水平进行正交试验。

3.1.3 搅拌时间对平均产气量的影响

结果显示,随着每天搅拌时间的延长,平均产气量也随之缓慢增加,而对平均产气量的影响不大。但是在不搅拌的情况下,平均产气量较每天搅拌2h的试验组高,原因可能是在厌氧消化过程的初始时期,罐内还处于好氧阶段,抑制了罐内液面处甲烷菌的生长,如果这时搅拌开启,会使更多的甲烷菌受到抑制,所以在进料初期不宜搅拌。在厌氧消化后期,则是搅拌时间越长越有利于甲烷菌与底物之间的作用面积,故选取4 h/d、6 h/d、8 h/d三个水平进行正交试验。

3.2 一级厌氧发酵正交试验结果与分析

以上述三项单因素试验分析结果为基础,进行正交试验,并进行极差分析。正交试验方案和结果如表1所示。

由极差分析可知,各因素对平均产气量影响计算值的大小顺序为A>B>C,即投料浓度>接种量>搅拌时间,最佳的因素水平组合为A3B1C1,即投料浓度9%、接种量20%、搅拌时间4 h。而利用单因素试验结果做因素效应曲线图得到的观测值为A2B2C3,即投料浓度8%、接种量30%、搅拌时间8 h。将结果进行验证试验,结果为通过正交计算得到的工艺参数是准确的,最佳的因素水平组合为A3B1C1,其平均产气量为157.8L。各因素与水平直观图如图1所示。

进行正交结果方差分析可知,A投料浓度为显著性因素,采用q检验法对A因素各水平进行多重比较,根据表2计算LSRα,k得出,在α=0.05水平下,A1与A2均数间差异不显著,其余均数间均差异显著。在α=0.01水平下,A1与A2均数间差异不显著,其余均数间均差异显著。多重比较结果显示,以A3最好,即投料浓度为9%对试验所取得的效果最好。对于B、C因素,由于各水平间的差异不显著,所以理论上可以在各自所取得的水平范围内任意选取一水平,实践中可从操作的难易度、成本的经济性、试验条件的可行性等方面综合因素考虑确定。三个投料浓度水平对试验效果的多重比较,如表2所示。

3.3 二级厌氧发酵单因素试验结果与分析

由于二级厌氧发酵试验采用200 L厌氧往复折流复合反应器,其最大的水力停留时间(Hydraulic Retention Time简写作HRT)为反应器有效容积与水流速度之比,即HRT=V/Q (h)=134/(4.8×80%)=35 d,为方便观测沼液二级发酵过程中不同温度下COD的去除率及产气量的影响关系,在折流反应器的出料管位置下部增加4个出料口,使得HRT可调整为7 d、14d、21 d、2 d、35 d。由下图可以看出沼液不同温度20℃、35℃、53℃下与COD的降解率、产气量、水力停留时间之间的关系。

根据一级厌氧发酵试验结果,测得经固液分离机分离的沼液COD为24 800 mg/L,由图2所示沼液COD含量在0～7 d内迅速下降,因为沼液刚进入反应器内,往复折流板限制了沼液的流速,其中的悬浮固体被沉降在反应器底部,导致发酵前期COD降解的效果比较明显,由次要坐标轴显示的数据看,53℃时沼液平均产气量比35℃和20℃的产气量高,这是由于二级厌氧发酵试验的温度与一级发酵试验时相同,而35℃和20℃的试验组则需要菌种的适应时间,故在发酵初期产气量不高。在7～35 d发酵期间内,沼液COD呈缓慢下降趋势,其中35℃和53℃的试验组在35 d时达到900 mg/L以下,而各温度试验组的产气量虽有提高,但是在21 d时,35℃试验组的产气量高于53℃试验组,原因是由于高温菌群经过了一级厌氧发酵,继续发酵产气量呈下降趋势,而35℃试验组在21 d后产气量超过了53℃实验组,考虑是中温菌群的作用所致,需要进一步研究。35℃和53℃的试验组平均产气量均高于20℃试验组。综上所述,根据试验条件的可行性、成本的经济性等方面的因素,二级厌氧发酵试验的发酵温度为35℃。

4 结论

本研究利用畜禽粪便进行厌氧发酵生产沼气,不仅可以从源头上减少焚烧干牛粪所带来的环境污染,并且可以产生大量的有机生态肥——沼渣,施用沼渣可很好地改善土壤理化性状,提高土壤肥力,减少使用化学肥料所带来的环境污染,加快生态农业建设。另外,通过高温厌氧发酵能杀死畜禽粪便中的病原虫卵,避免畜禽粪便直接还田所产生的作物病虫害等问题。

项目组根据寒区大型沼气工程发酵原料利用率低、冬季不能连续稳定运行的问题,运用CSTR反应器和厌氧往复折流反应器两级厌氧发酵系统对奶牛粪便进行处理,使发酵原料高效利用的同时,降低后续沼液处理工艺的难度,达到最佳的厌氧发酵效果。一级厌氧发酵试验得到最优工艺条件组合为投料浓度9%、接种量20%、搅拌时间4 h。二级厌氧发酵试验的最适温度为35℃。为充分发挥现有工艺设施的潜力,进一步提高我国的畜禽粪便综合处理效率,实现沼气工程的工业化生产,特别是对以牛粪作为发酵原料的大型沼气工程提供基础参考数据。

参考文献

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厌氧处理牛粪 篇3

近年来,在沼气发酵工艺上,单一原料发酵已得到深入细致的研究,并形成了较成熟的技术体系。但人畜粪便含有较多的易分解化合物,发酵周期较短,而农作物秸秆含纤维素木质素多,发酵周期长[7,8]。因而粪便和秸秆混合发酵,不仅可以弥补单一原料的发酵缺陷,还能解决秸秆在发酵时易浮料结壳的缺点,提高发酵效果[9]。

因此,现以富集出的寒区产甲烷菌群为菌种,牛粪与稻秆两种原料按不同比例混合发酵,系统研究寒区混料配比产沼气工艺特性,旨在为今后有关低温沼气混料发酵的实际应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

接种菌种选取采集于黑龙江省典型生境沼气池污泥及原始湿地淤泥,经低温富集后活性较高的样品。牛粪选用黑龙江省农业科学院畜牧研究所奶牛场牛粪,装入塑料桶密闭20℃堆沤,堆沤时间为30 d。同时测量其生理生化指标。稻秆来源于黑龙江省农业科学院试验田,测量其生理指标后,将稻秆粉碎成长度2～3 cm,加1∶1的水和沼液浸湿,装入塑料桶内密封20℃堆沤,每隔3 d搅拌一次,堆沤时间为30 d[10]。

1.2 试验装置

采用自行设计的厌氧消化反应器,主要由5 L的广口瓶和1 L的量筒组成,分别作为原料的消化瓶、沼气集气瓶和集水量筒。用乳胶管连接组成一套气体连通装置,消化瓶和集气瓶必须保证严格的密封,同时设置取气口和取液口,采用玻璃胶配合橡胶塞进行密封,并随时进行气密性检查。

1.3 检测方法

干物质含量(TS):105℃干燥恒重法测定;挥发性固体含量(VS):50℃马弗炉灼烧恒重法测定;分光光度计比色法测定其吸光值;安捷伦7890A气相色谱法测定甲烷含量;排水法测定产气量;产气量每日定时测量,其它指标每6 d取样进行测量。

1.4 试验设计

发酵原料为牛粪和稻秆,试验设5个配比组,即原料干物质比例分别为0∶1,3∶1,1∶1,1∶3,1∶0,5个配比组合分别记为T1、T2、T3、T4、T5。按8%TS配置发酵料液,接种量为20%,发酵天数为60 d。共使用10套反应器,每组试验做2个平行样品,结果取其平均值。在5 L的玻璃广口瓶里分别装入搅拌均匀的发酵料液2 400 g,再加入600 g的接种物。试验在20℃恒定温度下进行,在试验过程中,同时加料,同时开始。采用排水集气法,每天定时测量产气量及各项指标。

2 结果与分析

2.1 牛粪与稻秆混合的厌氧发酵

由图1可看出,20℃下,除T1处理外,各处理都能在较短时间内启动发酵并正常产气。发酵初期,除T5处理产气速率较快外,其余各组产气速率相差不大,随发酵进行,各组产气速率均经历先增大后减小的过程,但不同处理间产气高峰出现时间及高峰值存在差别。

T5处理产气高峰最早,培养7 d后达到产气最高值600 mL·d-1,随着秸秆比例的增加,产气时间和产气高峰到达的时间越晚,T1、T2、T3、T4处理分别在第12、16、18、20天达到各自的产气高峰。各处理在60 d的发酵过程中产气速率变化趋势显著,产气峰值明显,主要产气集中在第7～20天,其平均累积产气量占总累积产气量的60%以上。产气峰值过后,各组产气量都呈明显的下降趋势(见图2)。试验结束时,不同处理的累积产气量分别为8 347、27 270、18 376、12 454、9 420.62 mL,即T2>T3>T4>T5>T1,T2产气量最高,但是除了T1处理外其余处理都比T5处理产气量高,说明混合发酵可以显著提高寒区沼气产气效率。前10 d的产气量,以T5处理最高,此种现象说明牛粪有较短的发酵启动期,启动后产气量也比较大,但持续产气高峰时间较短。秸秆虽然进行了预处理,启动时间仍然较长,产气高峰到来的时间较晚,但产气持续时间较长,总产气量较高。所以在低温沼气发酵过程中如何控制秸秆与牛粪的比例及产气时间以获得最佳的产气效率,是寒区沼气发酵工艺的关键。

2.2 牛粪与秸秆配比对pH及甲烷含量的影响

由图3可知,pH 在试验过程中基本稳定,pH均呈先稳定后增加的趋势,并没有呈现明显的先下降后增加再保持稳定的趋势,主要是因为秸秆在预处理的过程中,积累了一部分酸,导致在起始时整个反应体系pH较低,而寒区甲烷菌群活性较高,大部分小分子酸被及时分解利用,使得pH较为稳定。其中T1处理pH最小,依次为T4

由图4可看出,各处理甲烷含量均呈现先上升最后趋于稳定的趋势,T2处理甲烷含量最高,可达60%以上,平均甲烷含量52%,T1处理平均甲烷含量最低只有33.8%,甲烷含量依次为T2>T5>T3>T4>T1。产气量越高,甲烷含量也越高。分析其原因是发酵原料中水稻秸秆比例越小,越利于沼气发酵及甲烷的生成,相反,秸秆越多越不利于产气和甲烷的生成,如T2处理甲烷的最高含量达到了62%,而100%秸秆处理的甲烷最高含量也只有44%左右。原因可能是纯秸秆作原料发酵产气缓慢,导致沼气中甲烷含量上升也慢。

3 结论与讨论

研究表明,原料配比对发酵效果有显著影响,主要体现为累积产气量的差异。混合后发酵效果显著好于牛粪与稻秆单独发酵效果,原料混合发酵是提高沼气发酵效果的有效方法。该试验中以粪草比3∶1产气效果最好,稻秆比例越高,产气量越低,100%秸秆的产气量最少。但牛粪与稻秆究竟采取多大的百分比例才能达到最佳的发酵效果,尚需做进一步的研究探讨。

在保持相同发酵浓度、温度的条件下,牛粪与稻秆按不同的原料配比进行沼气发酵试验,其产气量的大小顺序为:T2>T3>T4>T5>T1,而所产沼气中甲烷的含量大小顺序为T2>T5>T3>T4>T1。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,纯秸秆原料也能产气,但发酵慢、产气量较低。

摘要：选取黑龙江省典型生境沼气池污泥和原始湿地淤泥,经低温富集后活性较高的菌种样品,采用牛粪和稻秆混合作为原料,根据TS不同比例,设置5个配比组,在20℃恒定温度下,研究了寒区混料配比产沼气工艺特性。结果表明:混合发酵是提高厌氧发酵效果的有效方法。其中以粪草比3∶1产气效果最好,而稻秆比例越高,产气量越低。在保持相同发酵浓度和温度的条件下,其产气量以及甲烷含量的大小顺序为:T2>T3>T4>T5>T1,T2>T5>T3>T4>T1。

关键词：牛粪,稻秆,沼气

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