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1、猪粪、湿垃圾、稻草共混沼气发酵试验特性研究稻草、猪粪、湿垃圾 , 这些是我们生活中常见的废弃物, 如果不及时处理 , 对我们的生活影响很大 , 且会破坏我们的生活环境。 这三种原料来源广泛 , 产量巨大。由于稻草的极其特殊物理化学结构, 使得微生物和酶很难对其吸附、降解,因此极大的限制了稻草在厌氧消化过程中的推广与应用; 我国养殖业规模庞大 ,畜禽粪便产量巨大 , 给养殖场周围的环境和居民的生活带来很大影响; 由于生活水平的提高 , 每天每人产生的生活湿垃圾很多, 集中处理成为一个大难题。 面对稻草、养殖场的粪便、日常生活产生的湿垃圾, 我们急需找到一个办法可以处理这三种废弃物 , 为一个区域
2、多种废弃物综合处理问题提供一种新的思路, 所以本研究突破性的以稻草、猪粪、湿垃圾为原料, 进行厌氧发酵工艺的优化。本文首先以猪粪和湿垃圾为原料, 进行序批式试验。湿垃圾主要是纤维、竹木、厨房菜渣等含有易分解物质的有机物, 且城市生活垃圾中50%以上为湿垃圾。前期试验以猪粪和湿垃圾为研究对象, 以二者的不同比例作为影响因素, 研究高温条件下猪粪和湿垃圾共混发酵的适应性及可行性。重点考察猪粪与湿垃圾以八种不同比例进行混合对发酵工艺的影响, 借助甲烷体积分数、总产气量、单位质量的 TS、VS产甲烷量等进行表征 , 进一步研究二者的发酵特性。然后将猪粪与稻草以不同比例混合发酵, 探究不同比例对各种表征
3、现象的影响 , 重点考察以这两种原料混合对发酵试验是否有利。之后再将这三种原料在序批式试验中得到的最优比进行连续试验 , 探究三者混合发酵是否优于两者混合发酵 , 最后再做一个添加了一定量的微量元素的对比连续试验 , 探究三者混合比的本身所含有的微量元素是否满足发酵试验所需要的微量元素。在进料浓度 5%、发酵温度 55时、发酵总重 200g、振荡频率为 100 r min-1时 , 试验得到最佳原料配比为猪粪 : 湿垃圾为 4:3, 发酵周期 27 天 , 在该条件下与单一猪粪组相比 , 总产气量可以提高 79%,SCOD去除率可以提高 12%,甲烷体积分数第 3 天就可以提高到 50%以上
4、, 且从第 3 天开始甲烷体积分数就一直稳定在 60%左右直到发酵结束。此外, 这种配比使发酵系统内具有更低的氧化还原电位和更稳定的弱碱性环境 , 对厌氧发酵非常有利。可以得出猪粪与湿垃圾混合发酵的效果要优于单一原料发酵。在同种试验条件下 , 发酵原料改为猪粪和稻草。结果表明 : 猪粪与稻草比例为4:3, 发酵周期 40 时 , 能够提高总产气量 , 同时可以迅速缩短甲烷体积分数超过50%的发酵周期 , 原假设成立。对比不同比例混合的表征参数发现 , 两种原料混合对产气速率有一定的影响, 且总产气量要比甲烷体积分数更加敏感 , 变化更大。庆幸的是以这两种原料混合每个试验组都可以产甲烷, 自始至
5、终任何一组都检测到甲烷的存在。序批式试验完成后, 将猪粪、湿垃圾、稻草以TS比为 4:3:3的条件下混合发酵 , 模拟实际工程进出料方式。试验分为三个阶段 , 包括前期驯化污泥、中期一次投料、后期每天定时进出料 , 发酵总周期为 90 天。未添加微量元素连续试验中日产气波动幅度前后不一,但维持在 900ml 到 2515ml 范围内。在发酵过程中前 31 天波动幅度比较大 , 分别出现 6 个产气高峰 , 日产气量分别为 2515ml、1535ml、1742ml、1637ml、1542ml、1638ml。后 29 天日产气量波动平缓 , 维持在 1123ml 到 1503ml 范围内。60 天
6、总产气量为 80686ml, 平均日产气量为 1345ml。可以看出连续试验前期的污泥需要一个驯化过程, 即发酵启动期 , 时间大约为 30 天 , 之后日产气量保持稳定 , 只要后期发酵日产气量不发生大幅度的波动, 可以维持一定的日产气量, 就可以在以后的工程设计中运用。甲烷体积分数第 1 天为 26%,之后迅速上升 , 第 9 天甲烷体积分数就上升到50%,之后虽然也呈现小幅度波动的特点, 但一直维持在 50%以上 , 其中第 15 天、第 21 天、第 26 天甲烷体积分数达到峰值 , 分别为 62%、63%、65%。在未添加微量元素连续试验中 , 前 30 天产气波动幅度较大 , 后期
7、产气波动幅度较小 , 可以看出随着试验的进行 , 连续发酵反应系统呈现一个更加稳定的产气状态 , 单位体积反应器产气量非常相近 , 维持在 100ml 上下波动。这与前两次序批式试验的后期产气波动情况相似 , 产气量有所提高 , 这说明猪粪、湿垃圾、稻草三者混合发酵的产气性能要优于前期的两种原料混合发酵,产气潜力更大。这与我们试验初期期待的结果相似, 更进一步说明这种试验步骤的可行性。不过在连续试验进行的前期单位体积反应器产气量波动范围较大, 在100ml150ml 范围内变化 , 后期也证明这种波动幅度随着试验的进行会进一步明显缩小。添加微量元素连续试验中第三阶段周期为60 天。与未添加微量
8、元素相比发酵周期中产气量更多, 产气波动幅度更小 , 表明添加了一定量的微量元素之后发酵效果更好, 优于未添加微量元素 , 说明未添加微量元素连续试验本身所含有的微量元素不能完全满足厌氧发酵的需要。如何通过发酵原料本身的混合 , 使其所含有的物质完全满足厌氧发酵所需, 值得进一步研究。综上所述 , 本文通过研究猪粪与湿垃圾, 猪粪与稻草及猪粪、 湿垃圾、稻草以不同比例混合厌氧发酵产气性能, 结果表明 : 两种原料的混合发酵效果优于单一原料发酵 , 三者发料混合优于两种原料发酵, 但三种原料混合所需的微量元素目前为止还不能通过本身所含有的物质完全满足。同时添加微量元素可以提高发酵系统的稳定性和产气量。此外 , 三种原料混合的另一个优势在于能够更好更充分地弥补单一原料发酵成分不能满足厌氧发酵的不足, 这样可以为一个区域长期稳定供气, 同时减少区域地区内由于猪粪、稻草、湿垃圾而带来的环境污染问题。