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添加活性炭的猪粪厌氧干发酵研究
时间 : 2019-03-02 浏览量 : 69

近几十年来,随着中国人民生活水平和饮食结构的改善,人们对肉类的需求也在逐年增加。据统计,2015年全国生猪数量达到7.0825亿头,猪肉产量达到5487万吨。然而,由于受居民消费习惯的影响,肉类消费以猪肉消费为主体,2000年和2014年猪肉消费占肉类消费的65%左右。猪粪日排放系数为2.20~4.25 kg·d~(-1)≤3。由于生猪养殖比重大,粪便排放总量大,产量达40亿吨,在多种畜禽粪便中居首位。因此,合理利用和处理猪粪,有利于改善环境。

质量,对促进生猪乃至整个畜禽养殖业的健康发展具有重要意义。猪的黑膜沼气池厌氧发酵不仅可以解决畜禽的污染问题,而且还可以生产无公害产品,可以代替化肥将残渣返回田间。因此,黑膜沼气池厌氧工艺在畜禽处理中得到了广泛的应用。


目前,湿法发酵在我国得到广泛应用,随着社会的不断完善和日益严重的环境问题,湿法发酵的一些问题逐渐被发现,如:湿法发酵后的二次污染问题;沼气泥浆返回油田的污染问题:浪费水和其他问题。与黑膜沼气池湿发酵相比,干发酵反应该系统的总固体(t)含量达到20%-30%0,具有浓度高、体积小、沼气浆易于利用的优点。近年来,它在国外得到了广泛的关注。但同时,黑膜沼气池厌氧干发酵在启动操作中也存在着易酸化、启动缓慢、产气不稳定等缺点。从国外黑膜沼气池厌氧消化的发展历史来看,干发酵逐渐取代湿发酵是必然趋势。目前,国内对干黑膜沼气池厌氧发酵的研究较少,尤其是在提高干黑膜沼气池厌氧发酵产气效率方面。以干法发酵为主要研究对象,探讨了添加活性炭对提高猪粪干法发酵产气效率的效果,以及添加活性炭对提高猪粪干法发酵产气效率的效果,为黑膜沼气池厌氧菌的生产提供了较好的方法。c工程上畜禽粪便的干发酵处理。


材料与方法


1.1实验材料


昆明市附近猪场猪粪黑膜沼气池厌氧干燥发酵;接种是实验室驯化猪粪接种;活性炭(西鲁化工有限公司)。材料的基本性质见表1。


1.2实验装置


该黑膜沼气池厌氧干发酵装置是一种常规的500ml分批发酵装置。


1.3实验方法


为提高黑膜沼气池厌氧干发酵产气效率,探讨活性炭对猪干发酵的影响,设计了4个试验组和4个对照组,每组分4个平行组,发酵浓度约为20%。35天黑膜沼气池厌氧介质温度(37℃±0.5℃)

氧气发酵。 4个实验组加入0g活性炭,发酵干物质1%活性炭,发酵干物质5%活性炭和发酵干物质10%活性炭。具体实验设计见表2. 1,4分析项目和方法


(1)总固体(TS)含量:干燥法(105、2干燥至恒重,计算样品脱水后的干物质质量)

(2)挥发性固体(vs)含量:干燥法(将t的总常重量燃烧到550°c±20°c时计算挥发性物质的质量分数)

(3)采气量:采用排水集气法测定采气量。由于试验开始前的日产气量较大,启动后的第一周每半天记录一次,以后每天记录一次。

(4)甲烷含量:气相色谱法测定

(5)pH值:用精密试纸(6.4-8.0)测量


结果与分析


2.1天产气量对比分析


从图1,不添加活性碳(活性碳+头发)

猪粪(0%原料)干发酵日产气量的变化可分为3个阶段。第一阶段是从第1天到第21天。第1天337ml后,第2~21天产气量基本持平,平均日产气量为90mL。第二阶段为22~44d,日产气量略高于第一阶段,平均日产气量为223mL。第三阶段是从45天到产气结束。45天后进入产气高峰期。在第61天,日产气量达到最大值610mL,此后产气量开始下降,直至结束。


在添加活性炭(1%活性炭发酵干物质)的猪干发酵试验中,日产气量与非活性炭组基本相似,平均日产气量在1d左右。日产气量从22天增加到44天,日平均产气量达到305 mL,开始进入日产气高峰,在日产气日达到最大值,然后逐渐下降到终点。

在猪粪干发酵实验中加入4.0g活性炭(活性炭+ 5%发酵干物质),第一天至第24天黑膜沼气池产气高峰期,最高产气量达到700mL第17天,然后产生气体逐渐下降到第24天。第25天后,天然气产量开始逐渐上升,直到第42天日产气量的第二个峰值达到673 mL,然后天然气产量逐渐下降到天然气产量结束。

加入8.0g活性炭(活性炭+发酵干物质)

10&lock;gt;-rrb-猪粪干发酵试验,在1~18日的气峰生产,10天的日气量达到833毫升的高峰,而后日燃气量逐渐下降,19~42天天然气产量相对稳定。日产的日平均天然气产量为405毫升,此后,日产的天然气产量逐渐下降到天然气生产的末期。


2.2甲烷含量的比较分析


如图2所示,不添加活性炭的试验组在产气第二天甲烷含量为%,然后逐渐增加,维持在50%左右,黑膜沼气池平均甲烷含量为50%。试验组在产气第二天添加1%干物质后,甲烷含量增加到50%以上,维持在50%左右,平均甲烷含量为50%。当活性炭试验组添加5%的干物质时,甲烷含量在产气第二天达到约50%,直到第二天达到50%以上。再过一天,甲烷含量开始下降。活性炭试验组平均甲烷含量为10%,第2天甲烷含量达45%,第2天仍保持在55%左右,随后甲烷含量开始下降。煤中甲烷含量为%。各试验组产甲烷量均在50%以上,品质较好。


2.3累计天然气总产量的对比分析


图3表明,5%干物质活性炭实验组的总沼气产量为24454ml,其次是10%干物质活性炭实验组。活性炭实验组的沼气总产气量为22835毫升,而不含5%干物质的活性炭实验组和添加1%干物质的活性炭实验组的沼气总产气量为22835毫升。

活性炭实验组生产的沼气总量大致相同,分别为21742毫升和21760ml。


从表3中可以看出,在第44~第2天,无活性炭实验组的累计产气量增长最快,这一时期是实验组产气量的高峰时期。在干物质含量为1%的试验组中,沼气的累积产量在第44天增长最快。因此,在第44~64天,试验组产气高峰:添加5%干物质的试验组在第12~44天的累计产气量增长最快。

添加10%干物质的试验组在第4~4天的累积干物质产量最快,因此,时间是试验组的高峰时期。与四组产气高峰期相比,添加活性炭的试验组产气高峰期比不添加活性炭组提前,且添加量越多,产气高峰期越早。


如果累积气体产量达到总气体产生时间的80%,则可以获得实验的HRT。没有活性炭实验的HRT约为66d;干物质质量为1%的HRT约为58d;添加干物质质量5%活性炭实验的HRT约为42d;用10%干物质质量的活性炭实验的HFT约为35d。添加活性炭有利于缩短猪粪干法发酵的HRT,随着活性炭用量的增加,猪粪干法发酵的HRT也会越来越短。


2.4产气效率比较


试验组用8g活性炭(占发酵干物质的10%),试验组用4g活性炭(占发酵干物质的5%),试验组用0.8g活性炭(占发酵干物质的1%),试验组不含活性炭分别为411。

440 ml·g-,392 ml·g-1和391 ml·g 1.通过对表4的参数比较,表明5%干重的活性炭实验组和10%干质的活性炭实验组的参数均优于非活性炭实验组。然而,添加1%干料质量的活性炭组参数与非添加活性炭组的参数并无差异。以5%干性物质质量的活性炭实验组为指标,发酵气体生产效率最高。因此,当活性碳添加到一定数量时,有利于提高猪粪黑膜沼气池厌氧干燥发酵的效果,而不是添加活性碳时尽可能好。


3结论


主要研究结果如下:(1)当活性炭用量达到一定量时,有利于提高猪粪黑膜沼气池厌氧干发酵的效果。当活性炭用量过小时,效果不明显,但并不是活性炭投加量越多,效果越好。

当加碳量为发酵系统干物质的5%时,产气效果最好。

(2)干物质质量分别为发酵体系0%,1%,5%和10%的活性炭实验组的HRT分别为66d,58d,42d和35d。活性炭实验组的HRT高于未添加的活性炭实验组。低添加活性炭可提前提高黑膜沼气池猪粪干法发酵产气量,从而缩短猪粪干发酵的HRT;加入活性炭越多,峰值气体产生时间越早,HRT越短。


摘自《中国沼气》2018第1期 郑盼 尹芳 张无敌 赵兴玲 吴凯 王昌梅 柳静 杨红


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