论文部分内容阅读
利用厌氧消化技术处理麦秸与奶牛场废水制取沼气可以实现资源利用和污染治理的双赢。本文进行了麦秸与奶牛场废水不同质量比、堆肥预处理的厌氧产气试验,同时进行了推流式反应器工艺试验,为实现麦秸与奶牛场废水高效的能源转化、提高其生物产气量与秸秆沼渣的合理施用提供理论依据。在实验室条件下,以麦秸和奶牛场废水为原料,设计麦秸与奶牛场废水质量比1：4(T1)、1：3(T2)和1：2(T3)以及对照(麦秸与水质量比1：4(T4))四个处理,观测发酵过程中日产气量、甲烷含量、发酵前后麦秸理化特性和结构的变化。结果表明：将奶牛场废水与麦秸按不同比例混合后进行中温厌氧发酵可以正常进行,对甲烷含量的影响不大；厌氧发酵初始干物质(Total Solid, TS)浓度对系统产气的影响较大,麦秸产气量随TS浓度的增加而降低,以T1的产气效果最好,麦秸TS产气量为0.41L/g,较T4提高了18.25%,平均甲烷含量为48.78%；厌氧发酵后,麦秸半纤维素含量大幅降低,纤维素含量少许降低,降低幅度均为T1>T2>T4>T3,木质素含量稍有增加,各处理间无显著差异(P>0.05)；傅氏转换红外线光谱分析仪(Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FTIR)和X射线衍射(X-Ray Diffraction, XRD)的结果表明,厌氧发酵后,麦秸纤维素结晶区的相对含量增加,混合发酵促进了厌氧微生物对麦秸纤维素结晶区的破坏。以上结果表明,将麦秸与奶牛场废水(质量比)1：4混合发酵产沼气的效果最好。为加快麦秸与奶牛场废水混合发酵产气与提高其产气量,研究了堆肥预处理对秸秆厌氧发酵产沼气的影响,分别以堆肥0d(T1)、3d(T2)、6d(T3)和9d(T4)的麦秸与奶牛场废水混合物(质量比1：2)为原料进行厌氧消化实验。结果表明：堆肥造成麦秸干物质大量损失,堆肥3d、6d和9d麦秸TS损失率分别为2.63%、11.46%和20.00%,各处理间差异显著(P<0.05),堆肥后麦秸纤维素结晶程度增强；厌氧发酵后,T1、T2、T3和T4的TS产气量分别为377.50、388.85、354.71和353.65mL/g,考虑到堆肥过程中麦秸TS的损失,T2、T3和T4的TS产气量仅为T1的100.30%、83.19%和77.59%；各处理麦秸产气中甲烷含量差异不显著(p=0.3681)；堆肥后麦秸产气速率和产气峰值均增加,T2、T3累积产气量达到总产气量80%的时间较对照提前了8d和2d,T2产气峰值较对照增加了2.65mL/d,但堆肥9d麦秸产气速率和产气峰值反而降低；厌氧发酵后麦秸TS和VS损失率均随着堆肥时间的延长而降低。综上所述,堆肥预处理可以加快反应器启动,对麦秸产气速率提高有一定促进作用,以堆肥3d的效果最好,但从提高麦秸产沼气量的角度看,堆肥预处理会降低原料产气量。在前期实验的基础上,以质量比1：2的麦秸与奶牛场废水混合物为原料,在中温35℃条件下,采用半连续进料工艺,于卧式推流式厌氧反应器中,进行麦秸与奶牛场废水混合物厌氧发酵试验,以研究半连续进料工艺运行的可行性及产气效果,为麦秸沼气工程提供基础数据。半连续进料固体停留时间(Solid Retention Time, SRT)为20天,以出料沼液为接种物,结果表明：产气量稳定在180-190mL/g之间,容积产气量在0.31～0.33m3/m3·d。综上所述,麦秸与奶牛场废水以1：2～4比例混合,可显著提高麦秸原料产气量,对麦秸进行高温堆肥预处理3天,可提高产气速率,采用推流式半连续发酵工艺,可实现麦秸、奶牛场废水混合物的连续发酵产沼气。