本文作者：吳麗麗、劉天舒、黃希國、李道義、卜明、馬嬌 單位：中國農業機械化科學研究院
溫度對厭氧消化過程的影響不僅限制產氣的速率，而且影響厭氧消化程度［3］。在其他反應條件相同的條件下(反應條件見表1所示)，比較不同溫度對牛糞高濃度厭氧發酵產氣效果的影響。根據厭氧發酵優勢微生物菌群不同，此次選擇微生物的最適溫度區，分別選定高溫區(55℃)和中溫區(35℃)，發酵時間為28d。試驗結果如圖2和圖3所示。從圖2和圖3可以看出:二者總產氣量相差不大，高溫累計產氣量相對中溫發酵略高;高溫高濃度厭氧發酵產氣速度較快，第2d就到達產氣高峰，且高峰日產氣量較中溫高峰日產氣量2倍還多;第7d產氣量相對較低，產氣速度變慢，而此時累計產氣量已經到達總產氣量的84．9%;發酵第10d累計產氣基本到達了總產氣量的90%以上;第15d累積產氣量基本都達到了總產氣量的95．3%;建議高溫牛糞高濃度厭氧發酵停留時間設計為15d之內，在以下試驗中高溫發酵時間設計為15d。中溫35℃發酵產氣速度雖然相對較慢，但產氣速度平穩，第18d累積產氣量已經達到總產氣量的90%以上。通過以上分析可知，高溫高濃度厭氧發酵速度較快，這可能是因為高溫條件下優勢菌種為高溫菌種，其分解原料的能力較強，分解率高，產氣速率快，但氣量不穩定，且能耗高。工程中，溫度的選擇應從可利用餘熱、發酵物料滅菌要求以及能耗方面考慮。
在其他反應條件相同的條件下(反應條件見表3所示)，比較不同乾物質含量(TS)對牛糞高濃度厭氧發酵產氣效果的影響，試驗結果如圖4和圖5所示。從圖4和圖5可以看出:中溫35℃發酵條件下，TS為20%和TS為12%均實現正常啟動，二者乾物質日產氣速度基本相當;發酵結束後，TS20%累計乾物質產氣率為160mL/g•TS，TS12%累計乾物質產氣率為153mL/g•TS。高溫發酵乾物質含量對牛糞高濃度厭氧發酵產氣效果的影響如圖6和圖7所示。從圖6和圖7可以看出:高溫55℃發酵條件下，TS為20%和TS為7%均實現正常啟動，均在第2d達到產氣高峰。TS為7%時，厭氧發酵啟動時速度較快，這可能是因為TS7%時物料較TS20%水分含量多，物料流動性好，傳質與傳熱均勻，啟動效果好;反應進行到第6d後，TS20%累計乾物質產氣率較TS7%稍高;發酵結束後，TS20%累計乾物質產氣率為198．21mL/g•TS，TS7%累計乾物質產氣率為184．22mL/g•TS。現行濕法厭氧發酵技術乾物質含量一般在10%以下，傳質與傳熱效果好，啟動快，但一般需添加大量的新鮮水，不僅浪費清潔水源，而且存在沼液消納問題，反應器體積一般較大，效率低。高濃度厭氧發酵乾物質產氣率與低濃度厭氧發酵乾物質產氣率基本相當，建議通過攪拌等方式使微生物與發酵原料充分接觸，強化發酵過程傳質與傳熱，擴大活性層［4］，使得所產沼氣容易分離而逸出，從而提高產氣率。高濃度厭氧發酵可以有效提高反應器效率，節水且節能，反應器占地面積小。
試驗以150g新鮮牛糞為原料，高溫55℃條件下，發酵時間28d比較不同接種率對牛糞高濃度厭氧發酵產氣的效果，結果如圖8和圖9所示。優質足量的接種物是沼氣發酵順利啟動的重要保證，從日產氣量可以看出，厭氧發酵均實現順利啟動，沒有出現酸敗。從變化曲線可以看出:高溫厭氧發酵第3d，均達到了產氣高峰，而且隨著接種率的加大，高溫厭氧發酵啟動越迅速，平均日產氣量越高，產氣速度越快，總產氣量越大，有效發酵時間越短;接種率為100%時，第6d累計產氣量為4527mL，占總產氣量的80%以上;第7d以後產氣量相對較小，第10d累計產氣量已經達到總產氣量的90%以上，但是發酵所需反應器容積大，反應器處理效率低;接種率為20%和10%時，產氣速度相對較慢，產氣高峰值也相對較低，分別在第8d和第9d才達到累計產氣量的80%。
孫國朝［5］等指出，加大接種率是防止干發酵前期偏酸和縮短干發酵啟動時間的關鍵措施，但是干發酵接種率達到一定時，分解率就達到了一定極限。接種量不足會引起有機酸容易聚集，發酵受阻，可能是導致20%發酵料液乾物質產氣率下降的原因［6］。考慮到反應器及物料的處理效率及發酵順利啟動，建議工程應用中接種率在30%左右為宜。對所產氣體進行抽樣分析，5組試驗中甲烷含量均在55%以上。
通過研究牛糞高濃度批次厭氧發酵試驗，探討溫度、乾物質TS含量和接種率對牛糞高濃度厭氧發酵效果的影響，並對其發酵過程中的日產氣量、累計產氣量、乾物質日產氣量和乾物質累計產氣量的變化進行了分析。
1)高溫高濃度厭氧發酵產氣速度較快，發酵周期短，但能耗高;中溫高濃度厭氧發酵產氣速度慢，產氣平穩，發酵周期長;工程設計中應考慮有滅菌要求和能量平衡。
2)牛糞高濃度畜禽糞便厭氧發酵反應器容積產氣率高，節水與節能，建議通過攪拌等方式強化發酵過程的傳質和傳熱，提高沼氣產率。
3)綜合考慮厭氧順利啟動和反應器處理效率，建議接種劑量在30%左右為宜。
本研究以新鮮牛糞為原料，考察乾物質含量TS對厭氧發酵效果影響有一定的局限性，原料自身特性和接種物料特性也會對結論有一定的影響。本研究為高濃度農畜廢棄厭氧發酵工程應用提供了理論基礎。
溫度對厭氧消化過程的影響不僅限制產氣的速率，而且影響厭氧消化程度［3］。在其他反應條件相同的條件下(反應條件見表1所示)，比較不同溫度對牛糞高濃度厭氧發酵產氣效果的影響。根據厭氧發酵優勢微生物菌群不同，此次選擇微生物的最適溫度區，分別選定高溫區(55℃)和中溫區(35℃)，發酵時間為28d。試驗結果如圖2和圖3所示。從圖2和圖3可以看出:二者總產氣量相差不大，高溫累計產氣量相對中溫發酵略高;高溫高濃度厭氧發酵產氣速度較快，第2d就到達產氣高峰，且高峰日產氣量較中溫高峰日產氣量2倍還多;第7d產氣量相對較低，產氣速度變慢，而此時累計產氣量已經到達總產氣量的84．9%;發酵第10d累計產氣基本到達了總產氣量的90%以上;第15d累積產氣量基本都達到了總產氣量的95．3%;建議高溫牛糞高濃度厭氧發酵停留時間設計為15d之內，在以下試驗中高溫發酵時間設計為15d。中溫35℃發酵產氣速度雖然相對較慢，但產氣速度平穩，第18d累積產氣量已經達到總產氣量的90%以上。通過以上分析可知，高溫高濃度厭氧發酵速度較快，這可能是因為高溫條件下優勢菌種為高溫菌種，其分解原料的能力較強，分解率高，產氣速率快，但氣量不穩定，且能耗高。工程中，溫度的選擇應從可利用餘熱、發酵物料滅菌要求以及能耗方面考慮。
在其他反應條件相同的條件下(反應條件見表3所示)，比較不同乾物質含量(TS)對牛糞高濃度厭氧發酵產氣效果的影響，試驗結果如圖4和圖5所示。從圖4和圖5可以看出:中溫35℃發酵條件下，TS為20%和TS為12%均實現正常啟動，二者乾物質日產氣速度基本相當;發酵結束後，TS20%累計乾物質產氣率為160mL/g•TS，TS12%累計乾物質產氣率為153mL/g•TS。高溫發酵乾物質含量對牛糞高濃度厭氧發酵產氣效果的影響如圖6和圖7所示。從圖6和圖7可以看出:高溫55℃發酵條件下，TS為20%和TS為7%均實現正常啟動，均在第2d達到產氣高峰。TS為7%時，厭氧發酵啟動時速度較快，這可能是因為TS7%時物料較TS20%水分含量多，物料流動性好，傳質與傳熱均勻，啟動效果好;反應進行到第6d後，TS20%累計乾物質產氣率較TS7%稍高;發酵結束後，TS20%累計乾物質產氣率為198．21mL/g•TS，TS7%累計乾物質產氣率為184．22mL/g•TS。現行濕法厭氧發酵技術乾物質含量一般在10%以下，傳質與傳熱效果好，啟動快，但一般需添加大量的新鮮水，不僅浪費清潔水源，而且存在沼液消納問題，反應器體積一般較大，效率低。高濃度厭氧發酵乾物質產氣率與低濃度厭氧發酵乾物質產氣率基本相當，建議通過攪拌等方式使微生物與發酵原料充分接觸，強化發酵過程傳質與傳熱，擴大活性層［4］，使得所產沼氣容易分離而逸出，從而提高產氣率。高濃度厭氧發酵可以有效提高反應器效率，節水且節能，反應器占地面積小。
試驗以150g新鮮牛糞為原料，高溫55℃條件下，發酵時間28d比較不同接種率對牛糞高濃度厭氧發酵產氣的效果，結果如圖8和圖9所示。優質足量的接種物是沼氣發酵順利啟動的重要保證，從日產氣量可以看出，厭氧發酵均實現順利啟動，沒有出現酸敗。從變化曲線可以看出:高溫厭氧發酵第3d，均達到了產氣高峰，而且隨著接種率的加大，高溫厭氧發酵啟動越迅速，平均日產氣量越高，產氣速度越快，總產氣量越大，有效發酵時間越短;接種率為100%時，第6d累計產氣量為4527mL，占總產氣量的80%以上;第7d以後產氣量相對較小，第10d累計產氣量已經達到總產氣量的90%以上，但是發酵所需反應器容積大，反應器處理效率低;接種率為20%和10%時，產氣速度相對較慢，產氣高峰值也相對較低，分別在第8d和第9d才達到累計產氣量的80%。
孫國朝［5］等指出，加大接種率是防止干發酵前期偏酸和縮短干發酵啟動時間的關鍵措施，但是干發酵接種率達到一定時，分解率就達到了一定極限。接種量不足會引起有機酸容易聚集，發酵受阻，可能是導致20%發酵料液乾物質產氣率下降的原因［6］。考慮到反應器及物料的處理效率及發酵順利啟動，建議工程應用中接種率在30%左右為宜。對所產氣體進行抽樣分析，5組試驗中甲烷含量均在55%以上。
通過研究牛糞高濃度批次厭氧發酵試驗，探討溫度、乾物質TS含量和接種率對牛糞高濃度厭氧發酵效果的影響，並對其發酵過程中的日產氣量、累計產氣量、乾物質日產氣量和乾物質累計產氣量的變化進行了分析。
1)高溫高濃度厭氧發酵產氣速度較快，發酵周期短，但能耗高;中溫高濃度厭氧發酵產氣速度慢，產氣平穩，發酵周期長;工程設計中應考慮有滅菌要求和能量平衡。
2)牛糞高濃度畜禽糞便厭氧發酵反應器容積產氣率高，節水與節能，建議通過攪拌等方式強化發酵過程的傳質和傳熱，提高沼氣產率。
3)綜合考慮厭氧順利啟動和反應器處理效率，建議接種劑量在30%左右為宜。
本研究以新鮮牛糞為原料，考察乾物質含量TS對厭氧發酵效果影響有一定的局限性，原料自身特性和接種物料特性也會對結論有一定的影響。本研究為高濃度農畜廢棄厭氧發酵工程應用提供了理論基礎。
收藏