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农业废弃物干法厌氧发酵技术的研究

文档作者：曲静霞姜洋何光设潘亚洁文档来源：辽宁省能源研究所"		点击数：	更新时间： 2022年11月16日
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农业废弃物干法厌氧发酵技术的研究
曲静霞! 姜洋! 何光设! 潘亚洁
!辽宁省能源研究所" 辽宁营口!!"####
摘要! 文章介绍了以农业废弃物为原料的干法厌氧发酵工艺的试验结果$ 当发酵温度为!$"%!% &amp;amp;"’( 含量
为)#*"原料滞留期为+# , 时"平均池容产气率为) - . !-&amp;amp;,%"甲烷含量为+"*以上$
关键词! 农业废弃物’ 干法厌氧发酵’ 试验研究
中图分类号! ()!+/)0 ()!+/1 文献标识码( 2 文章编号! !+3!4")5)))##1%#)4##1#4#)
! 干法发酵工艺的意义和原理
干法发酵是指以固体有机废弃物为原料!其
中总固体含量在)#*以上%" 进行厌氧发酵的一
种工艺$ 其主要优点是节约用水"节省管理沼气
池所需的工时"池容产气率较高"可缩小池体积等$
干发酵物料中总固体含量较高"在发酵过程
中容易产生过量的有机酸" 引起发酵物料的酸
化"导致67 值下降"从而停止产生甲烷$ 发酵物
料的酸化是大量有机酸积累的结果"其实质是发
酵性细菌将可溶性物质!如可溶性糖类*肽*氨基
酸和脂肪酸等%分解转化为乙酸*丙酸*丁酸等的
反应" 与甲烷菌利用这些酸的反应的平衡被破
坏" 即产生的酸量大于被利用的有机酸的量"因
而造成发酵物料的酸化$ 所以"干发酵工艺技术
的关键是67 值的控制" 即维持产酸和用酸的平
衡$ 经过几个月的试验证明"采取一定的工艺技
术"完全能够做到这一点$
" 装置
"!#瓶试
共) 套仪器设备$ 每套包括! 个!# -!其中
有效容积为8 -%玻璃瓶9作发酵瓶用’! 个" - 玻
璃瓶"作水封瓶用"配上橡胶塞*导气管*气体计量
用气袋$ 用恒温水浴控制发酵瓶温度" 在中温
!$"%!% &amp;amp;下进行厌氧发酵$
")$罐试
发酵罐有效容积为+# -"上部有气室’! 个!#
- 玻璃瓶9作水封瓶用$ 用湿式气体流量计计量气
体体积"发酵罐温度用恒温水浴控制在!$"%!% &amp;amp;$
# 材料
%!$发酵原料的种类&amp;amp;用量和成分
瓶式发酵原料为猪粪"其’( 含量为)#*’罐
式发酵原料为玉米秸秆和猪粪"’( 比为!:!"碳氮比
为)":!"’( 含量为)#*$ 原料成分见表!$
")$发酵原料的预处理
$%&amp;amp;%’()* +, -(. ’,’%(+/0) 1%(2%,3’30+,
/. ’4(0)5635(’6 (%15&amp;amp;%
收稿日期! )##$4!)4)1
作者简介! 曲静霞!!5+#4%"女"副研究员"主要从事生物质能技术的研究和开发工作$
表! 发酵原料的组成成分*
原料总固体挥发性固体纤维总碳总氮
玉米秸秆5#/$# 88/+1 ))/$! $5/$"
猪粪$"/## 31/)8 )!/"8 $)/#1 !/8"
;< =>?@4A>B" =C2DE FB?@9 7G EHB?@4IJK9 L2D FB4M>K
!->BN?>?@ C?IO>OHOK NP G?KQ@R SKIKBKTJ" F>?@UNH !!"###9 VJ>?B%
7/&amp;amp;3(’)3! 2? B?BKQNW>T ,>I@KIO>?@ KA6KQ>XK?O N? ,QR PKQXK?O>N? WR B@Q>THYOHQBY QKPHIK >I >?Z
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可再生能源!""#$!!总第%%# 期"
瓶试原料!在温度为!" #"相对湿度为$"%
左右的调温调湿箱中堆沤&amp;amp; ’"然后装瓶#
罐试原料! 先将玉米秸秆铡成( )* 长的
小段" 按比例加水和猪粪" 堆沤&amp;amp; ’" 然后装
罐#
! 分析测试方法
$+%总固体$,-%&amp;amp;挥发性固体$.-%含量!采用
沼气常规分析方法测定’
(/%总碳含量!采用 0/12/3&amp;amp;*)*外热源法测
定’
((%总氮含量!采用凯式总氮法测定’
(4%纤维素含量!采用硝酸乙醇法测定’
(5%气体成分和,.6!用上海分析仪器厂的
+"( 型色谱仪测定’
" 产气率和原料利用率
经过几个月的试验表明"瓶试中猪粪的干发
酵产气率最高达到/75 8 9 (8!’%" 平均产气率为
/7" 8 9 (8+’%# 在罐试启动阶段$ 产气率较低$为
"75:"7$ 8 9 (8,’%;随着菌种的逐渐富集;产气率逐
渐提高;最高达到/7" 8 9 (8,’%’ 沼气中甲烷的含
量在!5%以上’ 试验结果见表/’
% 发酵前后原料成分的转化利用
为了了解干发酵原料的转化和利用情况"我
们在发酵前后对瓶试内的原料成分进行了分析
测试"其中,- 的减量为(4%"纤维素降解5"7$%
以上"总碳消耗(!7+%’ 瓶试原料发酵前后成分变
化情况见表(’
&amp;amp; 工艺的主要措施及其发酵参数
在试验研究中" 为使沼气干发酵启动顺利"
运行正常" 防止有机酸的积累" 我们主要采用(
种措施!适当的原料预处理-较大的接种剂用量和
运行过程中对发酵罐进行定时搅拌#试验表明"这
( 种措施是切实可行的# 在启动阶段"甲烷菌比较
少"活性差"为了能使运行中产生的大量有机酸转
化为甲烷"而不造成酸的积累"必须有足量的甲烷
菌"所以用较大量的接种剂# 试验表明"接种剂用
量占总料重的/5%时"效果较好# 原料的预处理
主要是指在进行厌氧发酵之前"要进行好氧发酵"
时间为一周左右" 这样有助于提高复杂有机物的
分解速度"有利于控制发酵原料的<= 值"能够使
原料获得一定的抗酸化能力" 进而提高干发酵的
容积产气率#对发酵罐进行定时搅拌"可防止料液
结壳现象的发生"使甲烷菌充分接触物料"充分利
用物料中的有机物"促进甲烷菌的生长繁殖"进而
加速物料的分解" 提高产气率" 降低物料的滞留
期"缩小发酵罐的容积"减少设备的投资及运行费用#
’ 结论
以牲畜粪便为原料的干法沼气发酵工艺产气
率比较高"可以相对缩小发酵装置的容积"进而节
省设备的投资及运行费用#
以牲畜粪便及秸秆为原料的干法沼气发酵的
容积产气率与纯牲畜粪便原料相比"产气率略低"
但就目前来讲尚属较高水平"其原因如下#
!原料配比比较合理"即碳氮比适中.
"原料预处理起到了关键的作用" 即将秸秆
粉碎与一定量的粪便混合"再加一定量的复合菌"
进行好氧预发酵.
#发酵过程中定时搅拌.
$启动时加入大剂量的接种剂’
上述诸多因素是保证干法发酵能够顺利且迅
速启动"运行正常且状态优良的重要条件’
参考文献#
>+? @ 0683A@BC-$D CEC3,60C$@ ,3F606-;GH)7FG2IJ2K
*LM)G JI LM CMHG2*NHHGMH 6ONHLHNJM BJHLHNMO P2Q*
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>/? 0683A@BC- @"D3[E,3[0CP@- A" 0@03- P"GH)7
PGVNOM JI L -JTN’ UVHLHG SNJ2GL)HJ2 IJ2 ,XG2*JZ?7()*6+,-*.+ 0,/12*3;+]]];!&amp;amp;!(+(U(+57
>(? 徐曾符7沼气发酵工艺学>\?7北京!农业出版社"+]$+7
表7 干发酵的试验结果
试验容积原料滞平均发酵容积产气,- 产气甲烷含量
装置8 留期’ 温度# 率8 9 (8,’% 率8 9 ^O %
瓶试$ !" (5 / /!5 !$
罐试!" !" (5 +75 /5" !!
表8 瓶试原料成分的变化情况
成分发酵前原料内发酵后残渣内转化利用占原料
各成分含量^O 各成分含量^O 情况^O %
,- +7!/" " +7"&amp;amp;" " "755" " (47"
.- +7/&amp;amp;" " "7&amp;amp;!" " "75+" " 4"7/
纤维素"7(5" " "7+&amp;amp;/ / "7+&amp;amp;&amp;amp; $ 5"7$
总碳"7!4/ " "74+" " "7/(/ " (!7+

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