华南地区稻秸常温干式厌氧发酵试验研究
摘要: 该文将经过预处理后的稻秸, 进行厌氧干式发酵, 研究了稻秸发酵过程中的生物气产量、pH 值、乙酸及甲烷含量的变化。结果表明, 稻秸经过调节C/N 和白腐菌预处理后, C/N 从37.18 降低到28.01, 前45d 的累积产气量约占总产气量的80.4%; 发酵原料总固体产气率为0.457m3/kg, 与常规湿式厌氧发酵相比, 不仅提高了池容效率, 而且缩短了发酵周期,同时提高了单位原料产气率。发酵液的pH值稳定在 6.8～ 7.5; 当发酵前期甲烷含量长期处在较低水平时, 可以通过再接种的方法提高甲烷含量。实验结果表明厌氧干发酵产沼气是一种技术上可行的农业废弃物资源化方式, 该实验结果为稻秸的大规模生物气化提供重要的工艺设计依据。
关键词: 稻秸, 干式厌氧发酵, 沼气
中国是农业大国, 农作物秸秆资源拥有量居世界首位, 年产稻秸达6.4 亿t。大量秸秆露天焚烧不但造成极大的资源浪费, 而且带来严重的大气污染。而作为农用燃料, 燃烧效率极低, 使用的热效率仅为 10%～30% , 如果1kg 秸秆转化为沼气燃烧可使秸秆的有效热值提高到 64%。因此, 研究适用的方法处理利用秸秆, 实现其资源化, 将成为缓解当今中国面临的资源、能源、环境危机的重要途径之一。厌氧消化是一种集废物处理和产能处理工艺于一体的技术, Ilyin, Singhal,Neves 和 Isci等人分别以木屑, 风信子, 麦秆和棉花秆作为原料进行了深入的厌氧消化实验研究;Angelidaki,Braber 对城市固体废弃物以及Sven sson 对农业废弃物的厌氧消化从经济可行性以及发展趋势层面上作了详细的阐述。
自从 1980 年, 康奈尔(Cornell)大学根据美国能源部的要求首先进行干式发酵研究以来, 世界各国开始研究低水分的城市垃圾、农林残余物及相似的有机沉积物的厌氧发酵。干发酵法, 即高固体厌氧消化, 它是指以固体有机废物为原料, 在无流动水的条件下进行沼气发酵的工艺, 可以将传统的厌氧消化工艺中固态物含量由低于8% , 提高到35%以上, 一般情况下干物质含量在20%左右较为适宜。干发酵不仅提高了池容产气率和池容效率, 而且消化后的产品不需脱水即可作为肥料或土壤调节剂使用, 简化了操作处理, 降低了成本, 这些优点引起了国内外研究者对干发酵在处理城市生活垃圾和农林残余物方面的广泛重视。
根据此前的预实验研究表明, 在总固体浓度为20%时中温条件下的产气效果较好, 而沼气技术在农村的应用大都在环境温度下进行, 因此在本实验中选择环境温度(罐内温度随外界温度变化而变化)下进行厌氧发酵放大实验, 以对该技术在农村的应用提供依据。在实验中, 稻秸经过调节C/N 和白腐菌预处理后, 采用循环发酵液的干式厌氧发酵技术, 研究了稻秸在环境温度下的生物气产量、pH 值、乙酸及气体组分含量的变化情况, 并考察了稻秸利用率。
1 材料与方法
1.1 厌氧消化实验装置
1.2 材料
1.3 方法
2 结果与分析
2.1 稻秸的预处理
2.2 稻秸的厌氧消化
3 结论与讨论
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