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厌氧发酵是一种处理处置有机固废物的重要手段,具有清洁环保、处理费用低廉等特点,广泛的应用于处理市政污泥、生活垃圾以及农业固体废弃物等。厌氧发酵依据其原料含固率分为湿式(含固率低于10%)、高固(含固率为10～20%)与固体(含固率大于20%)发酵,相比于湿式发酵,高固体发酵具有物料浓度高、前处理简单、发酵原料来源广泛、发酵过程需水少、能耗低、沼液产生量小,沼渣处理简单等优点,成为目前的研究热点。然而高固体发酵因其物料浓度高,传质困难,影响发酵效率甚至导致发酵失败。人们通常采用渗滤液回流的办法来增强传质,但对于在高固发酵条件下,渗滤液实际下渗特征了解甚少,因此,探明高固体发酵中渗滤液在物料中的分布以及渗滤特性,可以更好地采取措施,提高渗滤液回流效率,优化高固体发酵中渗滤液回流技术。本论文以小麦秸秆为原料,在发酵物料浓度14～15%条件下,采用不同体积的特制发酵罐进行厌氧发酵试验,以锂离子作为回流示踪剂,在发酵结束时,进行回流试验,回流结束后,立即冷冻取样,测定样品中残留锂离子、胞外多聚物(extracellular polymeric substances,EPS)以及挥发性脂肪酸(volatile fatty acids,VFAs)含量,利用Sufer软件得到上述三者的等值线图,同时测定发酵后物料层湿容重与物料纤维素、半纤维素以及木质素含量,以期揭示麦秸高固体厌氧发酵中渗滤液对发酵物料的淋滤特征。论文主要包含3部分试验,主要结果如下:1、渗滤液回流在物料纵剖面分布表征。在特制的5 L发酵罐内进行麦秸高固体厌氧发酵试验,设置3个重复。结果表明:3个发酵罐在发酵进程中累积TS产气量分别为282、254、274 mL/g,甲烷含量先增加后保持不变,最终稳定在50%左右。3个发酵罐不同物料层间VFAs含量并没有出现明显的变化趋势,物料层EPS含量均在第1层处最高,该层位于发酵内胆底部,渗滤液淋滤效果差,微生物受到抑制导致。3个发酵罐物料湿容重呈现相似的变化趋势,随着深度的增加,物料层湿容重先增加后降低,并均在物料第2层处最大值。2、物料堆高对渗滤液回流与产沼气影响。本试验基于试验1中的问题,通过分隔板将物料分层表征不同堆高,设置T1(分3层)、T2(分2层)、T3(不分层)3个处理,并采用等值线图来表征3个处理中渗滤液在物料中的分布,结果表明:T1、T2、T3处理在发酵进程中累积TS产气量为270、280、276mL/g,没有显著差异,3个处理甲烷含量的变化均呈现出先增加后基本稳定变化趋势,稳定在50%左右。通过T1、T2、T3处理剖面物料残留锂离子等值线图可以看出,3个处理物料中均存在渗滤液淋滤不充分的区域,且区域面积依次增大,表明堆高的降低有利于渗滤液的均匀分布,并在EPS等值线图中得到印证。T3处理物料层湿容重随物料所在高度的降低呈现出先增加后基本稳定的趋势,稳定在0.6 g/cm3左右。3、中试条件下秸秆高固体发酵中物料理化性状变化与渗滤液淋滤特征。本次试验利用高度200 cm、容积130 L的发酵罐,进行2次相同的厌氧发酵试验(F1、F2),研究麦秸高固体厌氧发酵中渗滤液淋滤特征,同时分析了发酵不同阶段物料中渗滤液下渗速率、物料柱沉降情况以及发酵后不同层次物料纤维素、半纤维素以及木质素含量的变化,结果表明:F1、F2发酵过程在35d内累积TS产气量为293、286mL/g。从F1、F2剖面残留锂离子等值线图与EPS等值线图中可以看出:两个发酵过程同时在剖面底部存在回流不充分的区域,两次发酵过程在发酵过程启动期、产气高峰以及发酵后期三个阶段40 min内渗滤液回收占比分别51.35、90.74、85.85%,51.43、90.76、84.43%,说明物料短流现象发生,并随发酵进程而有所加重。两次发酵过程中物料高度随发酵进程有明显降低,到发酵结束时分别降低了分别下降51.42%、50.72%,各层物料湿容重随物料层次的降低总体上呈现先增加后保持不变的趋势。对比两次重复试验发酵后各层物料木质素含量,同时在第一层物料层含量最低,与物料残留锂离子等值线图以及EPS等值图对应。综上所述:以麦秸为原料,在高固含量厌氧发酵条件下,渗滤液在物料淋滤过程中存在着短流与淋滤不均匀等现象,要改善回流液在传质中效果,还需要进一步开展技术研发工作。