農(nóng)村廢棄生物質(zhì)兩相厭氧-太陽能輔熱發(fā)酵技術(shù)研究.pdf

1、中國是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，許多農(nóng)作物的總產(chǎn)量居世界前列，農(nóng)林資源豐富。隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，中國農(nóng)村現(xiàn)有種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)等生產(chǎn)模式中會產(chǎn)生大量的秸稈、餐廚垃圾、畜禽糞便等有機(jī)廢棄物，既是污染源，又是潛在的農(nóng)林生物質(zhì)和綠色化工產(chǎn)品的原料。如未妥善處理，不僅造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，還會影響到人類的健康生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
　　針對這種現(xiàn)狀，本文采用中溫兩相厭氧-太陽能輔熱的中試發(fā)酵產(chǎn)沼技術(shù)處理農(nóng)村廢棄生物質(zhì)，分別從系統(tǒng)啟動研究、不同有機(jī)負(fù)荷對系統(tǒng)運(yùn)

2、行效能的影響、系統(tǒng)全年運(yùn)行特性研究及產(chǎn)氣罐仿真模擬等四個方面開展了實(shí)驗(yàn)研究工作，得出以下結(jié)論:
　　考察了兩相厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的啟動運(yùn)行特性。主要考察了啟動馴化階段，兩相內(nèi)ORP、pH值、總堿度、氨氮和產(chǎn)氣量等性能指標(biāo)的變化，結(jié)果表明:經(jīng)過30天的馴化培養(yǎng)，產(chǎn)酸相和產(chǎn)氣相內(nèi)的pH分別穩(wěn)定在6.80～7.00和7.10～7.20范圍內(nèi)，ORP分別保持在-300～-260mV和-320～-290mV之間，堿度基本維持穩(wěn)在一定范圍內(nèi)，分別到

3、達(dá)1210和1802mgCaCO3/L。同時當(dāng)反應(yīng)時間進(jìn)行到22天后，系統(tǒng)產(chǎn)氣相的SMA值穩(wěn)定在0.33LCH4/(gVS·d)左右。
　　研究了不同有機(jī)負(fù)荷對兩相厭氧發(fā)酵系統(tǒng)產(chǎn)酸產(chǎn)氣性能的影響，實(shí)驗(yàn)在OLR為1.2、2.4、4.8、7.2gVS/(L·d)條件下分別運(yùn)行25天，尋求廢棄生物質(zhì)兩相厭氧發(fā)酵最佳工藝參數(shù)，結(jié)果表明:最優(yōu)有機(jī)負(fù)荷為2.4gVS/(L·d)，最大有機(jī)負(fù)荷為4.8gVS/(L·d)。在2.4gVS/(L·d

4、)條件下，系統(tǒng)平均COD去除率最高，達(dá)到90％，產(chǎn)甲烷率為0.32m3CH4/(kgVS)，產(chǎn)酸相和產(chǎn)氣相平均甲烷含量分別穩(wěn)定在55％～60％和60％～66％范圍內(nèi)。有機(jī)負(fù)荷1.2～2.4gVS/(L·d)條件下，產(chǎn)酸相和產(chǎn)氣相pH值分別穩(wěn)定在6.70～7.00和7.20～7.42范圍內(nèi)，ORP分別穩(wěn)定在-300～-320mV和-330～-350mV范圍內(nèi)，系統(tǒng)VS產(chǎn)氣率分別高達(dá)0.56和0.54m3/(kgVS)。在有機(jī)負(fù)荷1.2～7

5、.2gVS/(L·d)時，產(chǎn)酸相揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)質(zhì)量濃度在7100～24370mg/L，產(chǎn)酸相和產(chǎn)氣相氨氮質(zhì)量濃度分別在375～825mg/L和916～1746mg/L。該研究結(jié)果為提高農(nóng)村廢棄生物質(zhì)兩相厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼效率提供了理論依據(jù)，具有重要意義。
　　研究了兩相厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的全年運(yùn)行特性，分別考察了在采用太陽集熱器聯(lián)合相變蓄熱罐實(shí)驗(yàn)組和單獨(dú)太陽能集熱器對照組兩種不同的供熱模式下，在不同季節(jié)太陽能對兩相厭氧裝置供熱的影響

6、，不同季節(jié)的環(huán)境溫度對系統(tǒng)兩相水解酸化和產(chǎn)氣的影響，結(jié)果表明:在全年運(yùn)行過程，外界環(huán)境溫度與太陽輻射強(qiáng)度之間的變化無顯著相關(guān)性，冬季實(shí)驗(yàn)周期二者日平均值為全年最低，分別為-1.4℃和280.87W/(m2·h);此外，太陽能集熱器的月平均集熱溫度最低為冬季對照組(46℃)，最高為夏季對照對(68℃);全年運(yùn)行期間，環(huán)境溫度的變化對本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的pH影響較小，對照組兩相中沼液溫度受環(huán)境溫度影響變化幅度較大;全年運(yùn)行階段，實(shí)驗(yàn)組和對照組的總產(chǎn)

7、氣量分別為96.84m3和67.69m3，相對于對照組，實(shí)驗(yàn)組的產(chǎn)氣量增加了43％;雖然實(shí)驗(yàn)組中冬季產(chǎn)氣量為全年最低，但是在冬季寒冷情況下，冬季實(shí)驗(yàn)組的產(chǎn)氣量也遠(yuǎn)高于對照組。在太陽能集熱器與箱變蓄熱罐聯(lián)合供熱模式下，能夠?qū)崿F(xiàn)兩相厭氧發(fā)酵系統(tǒng)在全年運(yùn)行過程中穩(wěn)定高效產(chǎn)沼。
　　采用Fluent軟件模擬了產(chǎn)氣罐內(nèi)沼液傳熱及流動情況，并結(jié)合實(shí)測溫度數(shù)據(jù)，分析了不同供熱及攪拌對產(chǎn)氣罐內(nèi)溫度場及流場的分布，模擬結(jié)果表明:增加攪拌模式和供熱溫