農(nóng)村戶用水壓式沼氣池秸稈兩相厭氧發(fā)酵及出料間沼氣泄漏試驗研究.pdf

1、今年來隨著傳統(tǒng)能源帶來的能源安全，環(huán)境問題等，可再生能源特別是生物質(zhì)能源開始受到青睞，我國是世界上秸稈資源最為豐富的國家之一。本文對以往不同的預(yù)測方法進行總結(jié)，預(yù)計2010年我國的秸稈總產(chǎn)量約9億t，其中可收集利用的數(shù)量約為8億t。將此量大而又廉價的農(nóng)業(yè)廢棄物秸稈作為原料轉(zhuǎn)變成能源是一項非常有價值的研究。
　　 我國沼氣工程發(fā)展迅速，但戶用沼氣池的使用普遍存在著缺乏科學(xué)的管理的問題，典型問題如糞草聯(lián)合入池發(fā)酵存在的，結(jié)塊結(jié)餅、進

2、出料難的問題。另外，根據(jù)觀察，發(fā)現(xiàn)在實際應(yīng)用中，開放式的沼氣池出料間會不斷有細小的氣泡產(chǎn)生，直至覆蓋整個出料間沼液液面，有時還會有大氣泡從池底翻滾上來。
　　 針對以上問題，本試驗設(shè)計了秸稈兩相厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的總體試驗設(shè)計，通過比較沼液和酶法預(yù)處理對秸稈及其浸泡液的處理效果，提出了利用酶法預(yù)處理后的秸稈進行兩相厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的解決方案，并且通過沼液回流，提高系統(tǒng)COD利用率。另外通過對普通水壓式沼氣池的出料間產(chǎn)氣收集分析，得到了

3、出料間的沼氣產(chǎn)生速率。
　　 實驗室試驗中以新鮮豬糞作為沼氣發(fā)酵原料，以30％的TS濃度接種，以纖維素酶和沼液的處理過的秸稈的浸泡液進行間歇進料，探求纖維素酶能否對秸稈的兩相消化起到積極作用。通過不同的秸稈浸泡液置換量、置換濃度和置換頻率模擬沼液回流，研究了沼液回流對秸稈兩相發(fā)酵的影響，試驗結(jié)果顯示，用酶處理的浸泡液對產(chǎn)甲烷的作用略好于用沼液處理的浸泡液，大量置換后（2L/次，HRT=2天）的累積沼氣產(chǎn)量要明顯大于其它幾組（1L

4、/次，HRT=4天），而高置換頻率（3d一次）的累積產(chǎn)氣量要高于低置換頻率（7d一次）。不同COD濃度的置換試驗中，一定范圍內(nèi)高濃度置換對產(chǎn)CH4促進作用明顯，置換液COD濃度為2000mg/L時產(chǎn)氣量最高。
　　 實際沼氣池發(fā)酵試驗，雖然只采用了未經(jīng)任何預(yù)處理的秸稈與青草聯(lián)合進行兩相厭氧發(fā)酵，但是經(jīng)過多次試驗證實了這種厭氧發(fā)酵的可行性和實用性。試驗發(fā)現(xiàn)，在武漢地區(qū)夏季典型氣溫條件下（低溫15℃以上，高溫25℃以上），當(dāng)秸稈浸泡

5、液浸泡約4天后COD濃度即可上升到約8000mg/L的水平。兩相厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的產(chǎn)酸器與產(chǎn)甲烷器容積比約為1∶4，浸泡液以每4天進料200kg，沼液回流200kg（水力滯留期分別為10天和30天，不計算沼液回流）的條件下，平均產(chǎn)氣量達到了630～750L/d，甲烷平均含量約為70％。按照普通農(nóng)戶日常用氣量1.5m3計算，該工藝僅可以滿足日常用氣量的一半。但由于只采用的未經(jīng)任何預(yù)處理的秸稈作為兩相發(fā)酵原料，因此如果采用機械粉碎，添加化學(xué)腐熟

6、劑，酶法等預(yù)處理后，該工藝可以得到進一步改進和優(yōu)化，并且達到滿足日常用氣量的需要。
　　 在出料間氣體收集試驗中，發(fā)現(xiàn)一個8m3的普通沼氣池的出料間平均產(chǎn)氣率達到了6L/m3·d，最高日產(chǎn)氣量(143L)達到了當(dāng)日主消化池產(chǎn)氣量的(770L)19％，6天總產(chǎn)氣量(373L)達到了主消化池(4069L)的9.2％。收集到的氣體含甲烷約70％。以及CO2和微量H2S，證明收集到的氣體為典型的沼氣。
　　 本文通過對秸稈沼氣兩

7、相發(fā)酵研究對目前普遍存在的農(nóng)村戶用沼氣使用和管理問題進行總結(jié)和提出整改建議。一系列實驗室試驗和實際沼氣池中試試驗，證實了秸稈和青草聯(lián)合兩相厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的可行性和經(jīng)濟行。同時針對出料間污泥產(chǎn)沼氣和秸稈/青草兩相發(fā)酵的水力停留時間不夠的問題，提出了沼液回流以提高戶用沼氣池的的解決方法且驗證了其實用性。并且，本文在國內(nèi)首次提出了戶用沼氣池的出料間沼氣泄漏問題，通過試驗證明了沼氣的泄漏的確存在且問題嚴重，并且深入探討了出料間產(chǎn)生沼氣的原因。相