沼氣干發酵的工藝條件
1 原料的 C/N比
發酵原料的 C/N比 ,是指原料中有機碳素和氮素含量的比例關系。在沼氣發酵過程中 ,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 ,高濃度的氨態氮(NH32N)將抑制厭氧發酵 ,在消化過程中當氨濃度增加到2000 mg· L - 1以上時 ,甲烷產量降低。目前 ,一般認為沼氣干發酵適宜的C/N比為 25～30。為了保證合適的 C/ N 比 ,需要對發酵過程的營養物質進行調控。孫國朝等在干發酵的工藝條件研究中 ,以不同的草糞比 1∶ 1 ,2∶ 1 進行試驗 ,研究結果表明兩者的發酵效果均良好 ,產氣效果沒有明顯區別。鄒元良等選用豬糞、 麥秸為原料進行原料的配比試驗 ,結果表明配比為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 ,以調節發酵原料的碳氮比為25左右。
2 原料的預處理
原料預處理包括物理預處理、化學預處理和生物預處理。物理預處理包括切碎、研磨等方法。Zhang Ruihong在用稻草為底物的沼氣干發酵試驗中 ,采用研磨和切碎兩種物理預處理方法處理稻草 ,研磨比切碎在沼氣產量上高出 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。化學預處理包括酸堿浸泡、 熱處理等。Ghosh 等研究了用堿預處理城市固體垃圾后進行高溫(55 ℃)兩相消化處理 ,甲烷產量提高 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 ,結果是預處理的溫度越高 ,甲烷生成量越多。生物預處理主要是指發酵原料的好氧堆漚 ,鄒元良等在農村沼氣干發酵的研究中指出 ,對發酵原料進行 3～5 天的堆漚 ,有利于控制發
酵原料的酸堿度 ,使原料獲得抗酸化的能力 ,可有效解決干發酵中易出現酸化的問題。
3 干物質濃度
水分是微生物活動不可缺少的重要因素 ,在干發酵過程中如果干物質濃度過高而水分含量過低 ,會導致揮發性酸的積累 ,引發酸中毒 ,從而導致干發酵過程的終止。劉曉風等對城市有機垃圾進行干發酵研究發現 ,TS濃度在30 %～40 %是比較理想的干物質濃度。冷成保在暗河式生活垃圾干發酵處理研究中指出 ,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 %是較理想的干物質濃度。孫國朝等以草和糞為發酵原料 ,在TS含量為8 %～30 %時 ,隨著 TS含量的增加 ,產生的沼氣中甲烷含量有所下降 ,CO2 含量有所上升 ,但產生的總沼氣量相應增加 ,當 TS含量為 35 %時 ,pH為5. 5～5. 6 ,發生酸積累 ,沼氣發酵受抑制。
4 接種物
優質足量的接種物是沼氣干發酵順利啟動的重要保證。鄒元良等指出 ,取產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 ,可保證接種物質量。劉曉風等對城市有機垃圾厭氧進行干發酵研究中 ,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 ,結果表明發酵和產氣均正常。孫國朝等指出 ,加大接種量 ,是防止干發酵前期偏酸、 縮短干發酵啟動時間的關鍵措施 ,但是干發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 %范圍內為宜。
5 發酵溫度
根據發酵溫度不同 ,厭氧干發酵分為常溫發酵、中溫發酵(30 ℃～38 ℃) 和高溫發酵(50 ℃～55℃)。常溫發酵 ,產氣率低 ,產氣周期長 ,受環境溫度影響大。中溫發酵與常溫發酵相比 ,分解快、 產氣率高、 氣質好 ,有利于規模化生產。高溫發酵 ,分解快、 產氣率高、 環保效果好 ,但氣質稍差、 耗能較多。
6 pH值
厭氧發酵的適合pH值為6. 8～7. 4 ,6. 4 以下或7. 6以上都對產氣有抑止作用 ,pH值在5. 5以下 ,產甲烷菌的活動則完全受到抑止。在沼氣干發酵過程中 ,如果水解發酵階段與產酸階段的反應速度超過產甲烷階段 ,則pH值會降低 ,影響甲烷菌的生活環境。在沼氣干發酵啟動過程中 ,時常有這種現象發生 ,即酸中毒。對發酵原料進行1～3天的好氧堆漚 ,可減少揮發性脂肪酸 ,從而有利于沼氣干發酵啟動時的 pH 值處于正常范圍內。在發酵過程中 ,對發酵原料的pH值進行監控 ,當pH值低于6. 4時 ,可加入石灰水或者氨水調節 ,可保證沼氣干發酵過程的順利進行。
7 攪拌
對發酵物進行適當的攪拌 ,可使微生物與發酵原料充分接觸 ,增加原料的分解速度 ,擴大活性層 ,使得所產生的沼氣容易分離而逸出 ,提高產氣率。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酵液從反應器底部抽出 ,再從反應器頂部以一定角度噴回。車庫型干發酵系統、 滲濾液儲存桶型干發酵系統都采用了液流攪拌。機械攪拌是指在反應器內安裝葉輪等進行的攪拌。目前 ,已有對沼氣干發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酵處理攪拌反應器的試驗研究。
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