沼氣干發(fā)酵的工藝條件
1 原料的 C/N比
發(fā)酵原料的 C/N比 ,是指原料中有機碳素和氮素含量的比例關(guān)系。在沼氣發(fā)酵過程中 ,由于有CH4不斷生成 ,原料的 C/ N 比是不斷下降的 ,因此進料的 C/ N比可適當高些。當原料中 N 的含量過高時 ,高濃度的氨態(tài)氮(NH32N)將抑制厭氧發(fā)酵 ,在消化過程中當氨濃度增加到2000 mg· L - 1以上時 ,甲烷產(chǎn)量降低。目前 ,一般認為沼氣干發(fā)酵適宜的C/N比為 25～30。為了保證合適的 C/ N 比 ,需要對發(fā)酵過程的營養(yǎng)物質(zhì)進行調(diào)控。孫國朝等在干發(fā)酵的工藝條件研究中 ,以不同的草糞比 1∶ 1 ,2∶ 1 進行試驗 ,研究結(jié)果表明兩者的發(fā)酵效果均良好 ,產(chǎn)氣效果沒有明顯區(qū)別。鄒元良等選用豬糞、 麥秸為原料進行原料的配比試驗 ,結(jié)果表明配比為7∶ 3或者6∶ 4是比較合適的。Zhang Ruihong在試驗研究中把NH3 添加到稻草消化液中 ,作為N 源的補充 ,以調(diào)節(jié)發(fā)酵原料的碳氮比為25左右。
2 原料的預(yù)處理
原料預(yù)處理包括物理預(yù)處理、化學(xué)預(yù)處理和生物預(yù)處理。物理預(yù)處理包括切碎、研磨等方法。Zhang Ruihong在用稻草為底物的沼氣干發(fā)酵試驗中 ,采用研磨和切碎兩種物理預(yù)處理方法處理稻草 ,研磨比切碎在沼氣產(chǎn)量上高出 12.5 %。L M Pal2mowski 等研究了有機廢棄物厭氧消化時 ,廢棄物顆粒大小對產(chǎn)氣效果的影響 ,對于纖維素含量高的固體廢物,粉碎能顯著提高沼氣產(chǎn)量和有機物的降解率以及縮短消化時間 ,減小了消化體積。冷成保等在暗河式生活垃圾干發(fā)酵處理研究中 ,把垃圾用破碎機破碎以減少垃圾的粒徑。化學(xué)預(yù)處理包括酸堿浸泡、 熱處理等。Ghosh 等研究了用堿預(yù)處理城市固體垃圾后進行高溫(55 ℃)兩相消化處理 ,甲烷產(chǎn)量提高 35 %。Zhang Ruihong在進行稻草固體厭氧消化的研究中 ,對稻草分別進行 60 ℃,90℃,110 ℃ 的熱處理 ,結(jié)果是預(yù)處理的溫度越高 ,甲烷生成量越多。生物預(yù)處理主要是指發(fā)酵原料的好氧堆漚 ,鄒元良等在農(nóng)村沼氣干發(fā)酵的研究中指出 ,對發(fā)酵原料進行 3～5 天的堆漚 ,有利于控制發(fā)
酵原料的酸堿度 ,使原料獲得抗酸化的能力 ,可有效解決干發(fā)酵中易出現(xiàn)酸化的問題。
3 干物質(zhì)濃度
水分是微生物活動不可缺少的重要因素 ,在干發(fā)酵過程中如果干物質(zhì)濃度過高而水分含量過低 ,會導(dǎo)致?lián)]發(fā)性酸的積累 ,引發(fā)酸中毒 ,從而導(dǎo)致干發(fā)酵過程的終止。劉曉風(fēng)等對城市有機垃圾進行干發(fā)酵研究發(fā)現(xiàn) ,TS濃度在30 %～40 %是比較理想的干物質(zhì)濃度。冷成保在暗河式生活垃圾干發(fā)酵處理研究中指出 ,在控制總 C/ N(為30∶ 1 左右)滿足厭氧消化順利進行的情況下 ,對垃圾固體含量從8 %～40 %進行實驗 ,認為25 %～30 %是較理想的干物質(zhì)濃度。孫國朝等以草和糞為發(fā)酵原料 ,在TS含量為8 %～30 %時 ,隨著 TS含量的增加 ,產(chǎn)生的沼氣中甲烷含量有所下降 ,CO2 含量有所上升 ,但產(chǎn)生的總沼氣量相應(yīng)增加 ,當 TS含量為 35 %時 ,pH為5. 5～5. 6 ,發(fā)生酸積累 ,沼氣發(fā)酵受抑制。
4 接種物
優(yōu)質(zhì)足量的接種物是沼氣干發(fā)酵順利啟動的重要保證。鄒元良等指出 ,取產(chǎn)氣正常的沼氣池中的活性污泥為接種物 ,以比重 1.03 ,波美度 4 作為一個粗略的指標 ,可保證接種物質(zhì)量。劉曉風(fēng)等對城市有機垃圾厭氧進行干發(fā)酵研究中 ,選擇厭氧消化污泥作為接種物 ,按試驗原料的總 TS量與接種物量 10∶ 1 進行接種 ,結(jié)果表明發(fā)酵和產(chǎn)氣均正常。孫國朝等指出 ,加大接種量 ,是防止干發(fā)酵前期偏酸、 縮短干發(fā)酵啟動時間的關(guān)鍵措施 ,但是干發(fā)酵接種量達到一定時,分解率就達到了一定極限 ,接種劑量在20 %～30 %范圍內(nèi)為宜。
5 發(fā)酵溫度
根據(jù)發(fā)酵溫度不同 ,厭氧干發(fā)酵分為常溫發(fā)酵、中溫發(fā)酵(30 ℃～38 ℃) 和高溫發(fā)酵(50 ℃～55℃)。常溫發(fā)酵 ,產(chǎn)氣率低 ,產(chǎn)氣周期長 ,受環(huán)境溫度影響大。中溫發(fā)酵與常溫發(fā)酵相比 ,分解快、 產(chǎn)氣率高、 氣質(zhì)好 ,有利于規(guī)模化生產(chǎn)。高溫發(fā)酵 ,分解快、 產(chǎn)氣率高、 環(huán)保效果好 ,但氣質(zhì)稍差、 耗能較多。
6 pH值
厭氧發(fā)酵的適合pH值為6. 8～7. 4 ,6. 4 以下或7. 6以上都對產(chǎn)氣有抑止作用 ,pH值在5. 5以下 ,產(chǎn)甲烷菌的活動則完全受到抑止。在沼氣干發(fā)酵過程中 ,如果水解發(fā)酵階段與產(chǎn)酸階段的反應(yīng)速度超過產(chǎn)甲烷階段 ,則pH值會降低 ,影響甲烷菌的生活環(huán)境。在沼氣干發(fā)酵啟動過程中 ,時常有這種現(xiàn)象發(fā)生 ,即酸中毒。對發(fā)酵原料進行1～3天的好氧堆漚 ,可減少揮發(fā)性脂肪酸 ,從而有利于沼氣干發(fā)酵啟動時的 pH 值處于正常范圍內(nèi)。在發(fā)酵過程中 ,對發(fā)酵原料的pH值進行監(jiān)控 ,當pH值低于6. 4時 ,可加入石灰水或者氨水調(diào)節(jié) ,可保證沼氣干發(fā)酵過程的順利進行。
7 攪拌
對發(fā)酵物進行適當?shù)臄嚢?,可使微生物與發(fā)酵原料充分接觸 ,增加原料的分解速度 ,擴大活性層 ,使得所產(chǎn)生的沼氣容易分離而逸出 ,提高產(chǎn)氣率。常用的攪拌方法有液流攪拌和機械攪拌。液流攪拌即從外部將發(fā)酵液從反應(yīng)器底部抽出 ,再從反應(yīng)器頂部以一定角度噴回。車庫型干發(fā)酵系統(tǒng)、 滲濾液儲存桶型干發(fā)酵系統(tǒng)都采用了液流攪拌。機械攪拌是指在反應(yīng)器內(nèi)安裝葉輪等進行的攪拌。目前 ,已有對沼氣干發(fā)酵機械攪拌進行的試驗研究如甘如海對畜禽糞便厭氧干發(fā)酵處理攪拌反應(yīng)器的試驗研究。
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