秸稈兼氧預(yù)處理裝置設(shè)計及實驗研究.pdf

1、我國是農(nóng)業(yè)大國，每年產(chǎn)生的農(nóng)作物秸稈資源量豐富，秸稈資源的不合理利用帶來大量的環(huán)境污染和資源浪費問題。秸稈厭氧發(fā)酵技術(shù)為秸稈資源化利用提供了有效途徑。但由于秸稈自身結(jié)構(gòu)原因?qū)е聟捬跸瘑勇?、產(chǎn)氣率低。因此需要對秸稈進(jìn)行預(yù)處理來破其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣率。生物預(yù)處理能夠有效的破壞秸稈內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降解木質(zhì)纖維素，利用生物復(fù)合菌預(yù)處理的研究也備受關(guān)注。目前，對復(fù)合菌預(yù)處理技術(shù)的研究開展很多，但是相關(guān)配套裝置的研究方面還不成熟。預(yù)處理裝置

2、的設(shè)計、預(yù)處理過程各項參數(shù)的監(jiān)測、預(yù)處理后傳遞物料與厭氧發(fā)酵過程配合連續(xù)生產(chǎn)、預(yù)處理過程中生物熱的研究和利用等問題有待深入的研究。
　　基于以上問題，自行設(shè)計了秸稈兼氧預(yù)處理裝置，由筒體、雙螺旋螺帶攪拌裝置、溫度監(jiān)測系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)等幾部分組成。在預(yù)處理裝置中，秸稈在好氧及微好氧微生物的聯(lián)合作用下使木質(zhì)素、半纖維素和纖維素等大分子物質(zhì)快速降解轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)與水溶性物質(zhì)，水溶性物質(zhì)隨滲濾液進(jìn)入料液儲存罐后根據(jù)工藝定量可以進(jìn)

3、入?yún)捬醴磻?yīng)罐。預(yù)處理裝置的絞龍在正常工位下實現(xiàn)對物料的攪拌，進(jìn)料工位時則可將降解后的固態(tài)物料輸送至后續(xù)的厭氧發(fā)酵裝置。該輸送過程不僅實現(xiàn)了反應(yīng)物料的輸送，也將好氧、微好氧條件下的生化反應(yīng)熱以物料顯熱的形式輸送到厭氧發(fā)酵裝置，為厭氧發(fā)酵過程提供熱量。
　　為了驗證秸稈預(yù)處理裝置的預(yù)處理效果，進(jìn)行了玉米秸稈進(jìn)行復(fù)合菌劑好氧預(yù)處理初步試驗研究。結(jié)果表明預(yù)處理后秸稈的的半纖維素降解率33.22％，半纖維素降解率21.94%，木質(zhì)素降解率3

4、0.63%。對處理后玉米秸稈進(jìn)行掃描電鏡分析，發(fā)現(xiàn)秸稈得到明顯的降解，微觀結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)大量裂縫以及孔洞。但是分解效果相比在30L小型預(yù)處理裝置上試驗的效果略低，工程應(yīng)用仍需調(diào)整各項運行參數(shù)進(jìn)行試驗研究，使預(yù)處理反應(yīng)產(chǎn)熱及秸稈分解效果達(dá)到最佳狀態(tài)。接著在預(yù)處理裝置上進(jìn)行了通風(fēng)量對玉米秸稈復(fù)合菌預(yù)處理的影響試驗研究，優(yōu)化裝置的通風(fēng)參數(shù)。在預(yù)處理裝置上進(jìn)行了四種不同的通風(fēng)方案下，玉米秸稈復(fù)合菌劑預(yù)處理效果試驗。試驗結(jié)果表明，在固定通風(fēng)量的情況

5、下，通風(fēng)量過大或過小，均對秸稈分解產(chǎn)生不利影響，造成微生物對物料的分解不充分。在反應(yīng)的不同階段，根據(jù)出氣口尾部氧氣含量的變化調(diào)整通風(fēng)量，可以使微生物得到充足的氧氣，加速分解利用秸稈中的有機物，同時也保證溫度和水分不會散失過快。該通風(fēng)方案下，物料能升高的溫度最高，利于后續(xù)厭氧發(fā)酵利用其產(chǎn)生的熱量，同時預(yù)處理后秸稈的分解效果也最好，可以作為厭氧發(fā)酵的優(yōu)質(zhì)原料。
　　根據(jù)試驗結(jié)果，分析預(yù)處理過程的產(chǎn)熱特性，利用預(yù)處理過程中溫度與時間的曲

6、線，擬合出溫度時間的多項式。然后按照能量守恒原理建立溫度場的數(shù)學(xué)關(guān)系式，得到導(dǎo)熱微分方程。經(jīng)過公式推導(dǎo)，引入測得的物性參數(shù)，得到內(nèi)熱源的生產(chǎn)熱經(jīng)驗公式。為了進(jìn)一步驗證經(jīng)驗公式的準(zhǔn)確性，采用fluent軟件對秸稈兼氧預(yù)處理裝置內(nèi)的溫度場進(jìn)行了模擬分析，模擬結(jié)果與試驗結(jié)果趨勢基本吻合。表明模擬結(jié)果正確，證明前面建立的數(shù)學(xué)模型是準(zhǔn)確的，對以后的試驗工作有參考意義。可以運用建立的Fluent模型預(yù)測和分析預(yù)處理過程中溫度場的實時分布于變化情況，