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沼气工艺技术由于兼具有机废弃物处理和清洁能源生产两大功能,成为可再生能源的重点研究方向之一。厌氧干发酵作为沼气工艺的核心技术已成为世界各国处理有机固体废弃物以及生产清洁能源的重要选择,但其应用受到传质限制和搅拌能耗高的制约。提出了一种基于自产沼气压力脉动调控的新型干发酵工艺,即“周期性聚气增压,间歇性喷淋强化传质、定期快速释气泄压”,旨在降低干发酵搅拌能耗,强化传质,提高产气率和产气质量,从而实现干发酵直接产出CH4含量高的沼气。开展了压力对厌氧干发酵体系影响的理论分析,结合理论重点开展了压力调控实现干发酵自搅拌的模拟试验,并在此基础上初步开展了沼气压力调控厌氧干发酵的试验研究。本文采用空气为模拟气源,系统研究了聚气压力、释压时间、聚气空间分布对搅拌效果的影响,以物料盒子分形维数为搅拌效果定量评价指标,盒子分形维数是图像局部结构特征的分形维数。并以芦竹秸秆和果蔬垃圾为发酵原料开展了两组压力调控下混合厌氧干发酵探究试验,发酵总固体浓度分别为15%和20%。通过上述研究,得出以下结论:(1)参与厌氧发酵的微生物菌群具有压力选择适应性,厌氧干发酵过程在一定压力范围内不受制约。根据亨利定律,可利用沼气自身携带的压能实现甲烷原位富集,直接产出高CH4含量的沼气。(2)“周期性聚气增压,定时快速释气泄压”可实现厌氧干发酵自搅拌,物料分形维数随聚气压力的增加而增大,即累积搅拌效果随聚气压力增大而增加。当压力逐步升至0.7MPa,分形维数相对搅拌前增加了12.06%;释压时间为0.6~0.8s,聚气压力为0.3~0.4MPa时,分形维数变化率达最大值0.1584。搅拌效果有显著提升。(3)“周期性聚气增压,间歇性喷淋强化传质、定期快速释气泄压”压力调控可提高干发酵的原料产气率和纤维素降解率,直接产出CH4含量高达80%的富甲烷沼气。压力调控下的厌氧干发酵最大日产气率为62.55ml/g VS,相对常压发酵提高了29.64%;50d发酵周期内料液pH值均在7.0~7.69之间波动,累积产气量达820.47ml/g VS,是常压发酵的2.09倍。此外,压力调控下的原料纤维素降解效果优于常压发酵,其纤维素降解率达30.2%,约为对照组的1.2倍。因此该压力调控工艺可作为厌氧干发酵制备高CH4含量沼气的一种途径。