摘 要: 实 验 分 4 组 进 行, 以猪 粪 为 原 料, 加 入驯 化 过 的 接种 物 , 控 制 总 固体 浓 度 为 6. 6% , 发 酵 温 度 设 置 为 室 温
( 平 均 15e ) , 20, 35 和 5 5e , 记 录 41d 产 气量 。 通 过甲 烷 含 量 的测 定 和 甲 烷累 计 产 量 、产 能的 计 算 , 探 究 猪 粪 厌
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2010年 4月
农机 化 研 究
第 4期
55e 组持续到 27d后也开始大幅下降; 20e 组到 36d 后才开始降低; 室温组则 没有太大变化。可见, 温度 对物料消耗时间有影响, 温度高, 物料消耗快, 发酵周 期短。对于大中型已建沼气装置的 畜禽养殖场, 可以 通过适当提高 进料温度 和反应温 度缩短禽 畜粪便的 消化周期, 提高处理效率。 2. 2 不同温度条件猪粪厌氧发酵甲烷产量变化
37. 945 50 40. 605 70
4# 37. 710 20 31. 389 50 32. 675 05 35. 119 75 34. 133 80 31. 778 50 37. 521 60 37. 408 40
二氧化碳含量
2#
3#
50. 413 55 47. 550 20
48. 097 00 35. 923 05
45. 000 75 37. 509 25
41. 584 15 39. 843 90
38. 424 85 41. 324 75
35. 509 20 40. 809 60
37. 459 00 41. 749 70
3) 甲烷含量使用色谱法分析。甲烷含量分析使 用 SP- 6890型气相色谱仪 ( 山东 鲁南瑞虹 化工仪器
有限公司生产 ) 测定。测定 条件: 色谱柱为 不锈钢填 充柱, 填 充 碳 分 子 筛 ( TDX - 01 ) ; 柱 长 为 1. 5m @ < 3mm; 柱温为 60e ; 汽化温度为 80e ; 检测器温度为 100e ; 载气 为氢气; 手动进 样, 进 样量为 100uL。每
酵 也 能 得到 较 高 的 产能 , 但发 酵 周 期 较长 , 适 合 规 模 小、粪便 产 量 较 少的 养 殖 场 。对 于 年 均 气温 接 近 20e 的 广 大
华 南 地 区, 农 户利 用 20e 常 温 发 酵也 能 得 到 较好 的 产 能 效益 。 要 进 一步 提 高 厌 氧发 酵 产 能 , 必 须改 进 发 酵 装置 ,
厌氧发酵受到众多因素影响, 尤其是受温度影 响 [ 3- 5] 较大。发酵温度升高, 能加速沼气生产, 但维持 温度恒定 的能耗也 大大提升。如何 兼顾畜禽 粪便消 化效率和产能的关系成为重要的课题。为此, 以猪粪 为原料展开相关研究, 探究畜禽粪便厌氧发酵的适宜 温度条件, 以期为养殖企业沼气发酵提供科学指导。
甲烷含量
时间 /d
1#
2#
3#
4#
9
42. 721 05 44. 392 80 47. 865 95 50. 418 05
13
41. 578 90 46. 598 60 55. 017 95 58. 530 10
18
42. 485 55 48. 742 90 59. 520 45 55. 440 70
41
45. 499 20 60. 519 70 53. 579 50 48. 115 75
时间 /d
9 13 18 22 27 31 36 41
1# 37. 078 35 49. 359 15 45. 822 30 49. 710 50 53. 191 50 52. 715 10 56. 027 40 50. 587 80
表 1 反应器原料投配
Tab. 1 M aterial of anaerob ic d igestion
发酵 装置
1#
原料 种类
猪粪 沼液 清水 总计
实投 质量
/kg 7. 4 2. 3 15. 8 25. 5
折合 干固体占
干质量 总质量比例
备注
/kg
/%
1. 48
5. 8
0. 20 0
0. 8 猪粪 TS 19. 9%
( TS )、沼气日产量和甲烷含量。 1) TS使用 105~ 110e 烘干重量法测定。 2) 沼气日产量使用水压式集气法测定。沼气日
产量使用医用 6L 肺活量测定仪 ( FL J- A, 常州好德医 疗器械厂生产 ) 测定, 早中晚各测定 1次并记录时间, 用 24h累计产气量作为日产气量, 再由克拉伯龙方程 ( C lapyron equat ion ) 将 各 温 度 组 产 气 体 积 换 算 为 98kPa、常温 25e 条件下的体积, 比较沼气产量变化。
0 引言
随着农村经济的发展和农业结 构的调整, 畜禽养 殖已由过去的农户分散养殖过渡为集中养殖, 并大多 集中在城 市附近 [ 1] 。向城 市周边排 放大量的 畜禽粪 便及污水, 使畜禽 粪便污染成为 突出的环境问 题, 严 重威胁城 乡环境质量 [ 2] ; 另一方 面, 畜 禽粪便又是优 质的厌氧发酵原料, 有效地利用畜禽粪便发酵生产沼 气, 变废为宝, 实现畜禽粪便的能源化转换, 减少化石 燃料的消耗。因此, 实施畜禽粪便厌氧发酵对于发展 再生能源和保护环境有重大意义。
各组 41d累计产气量如图 3所示。
图 3 累计产气量 变化 F ig. 3 Cumu lat ive b iogas yield at d ifferent tem peratu res
由图 3可以看 出: 在相同 质量发 酵原 料条件 下, 55e 高温组累计产气量 最高, 达 到 693. 4L; 35e 中温 组次之, 达到 641. 7L; 20e 组和室温组分别为 471. 6L 和 294. 1L。累计产气量随温度的升高明显升高, 说明 温度升高能促 进发酵微生物 生长, 增加微生物活 性, 从而加 速物 料复 杂有 机质 的分解 [ 7] , 并产 生大 量沼 气。随着发酵的进行, 不同温度组产气开始不同程度 的衰减。 35e 组在 反应 15d 后 沼气 产量 迅速 减 少;
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不同温度猪粪厌氧发酵甲烷产量和产能实验
魏荣荣 a , 成官文 a , 罗介均 a , 梁 凌 a , 朱宗强 b , 徐 珊 a , 韦文渊 a
( 桂 林理 工 大 学 a. 资源 与 环 境 工程 系 ; b. 广 西 环 境 工程 与 保 护 评价 重 点 实 验室 , 广 西 桂林 541004 )
产甲烷菌为极端严格厌氧微生物 [ 8] , 生长繁殖需 要严格的厌氧环境。为了减少装料, 启动期混入空气 的影响, 沼气色谱检测从第 9d开始, 发酵至 41d, 共检 测 8次, 色谱检测出甲烷、二氧 化碳和杂质气 3 种气 体, 具体结果如表 2所示。
表 2 沼气各组分气象色谱检测含量 Tab. 2 G as chrom atograph test resu lts of b iogas com ponen t %
22
44. 031 00 54. 009 45 55. 323 05 50. 081 95
27
41. 626 15 59. 467 80 53. 857 90 56. 439 95
31
44. 444 10 62. 874 15 54. 524 55 58. 086 85
36
42. 816 65 60. 964 40 53. 685 55 51. 757 45
氧 发 酵 的最 适 温 度 条件 。 结 果 表明 , 低 温 不 利 于 甲 烷 的 生 产, 温 度 升 高 能 较 大 幅 度 地 提 高 甲 烷 的 产 量。 为 了 兼
顾 消 化 时间 和 产 能 效益 , 以 35e 中温 条 件 、31d 为 发 酵周 期 , 对 规 模 较大 幅 度 地 的养 殖 场 较 为 适 宜。 20e 常 温 发
4d检测 1次, 记录各组甲烷含量。
2 结果与分析
2. 1 不同温度条件猪粪厌氧发酵沼气产量变化 不同温度厌氧发酵沼气产量如图 2所示。
图 2 日产气量 变化 Fig. 2 B iogas daily yield at d ifferent tem peratures
由图 2可以看出, 沼气产量主要集中在反应前期。 在反应前 20d, 温度 高产气量也高, 且增长 迅速; 35e 中温组 在第 3d 就进入产 气高峰期; 55e 高温 组因投 料温度变化大, 产甲烷菌还没有适应高温环境, 导致 产气时间和产气高峰滞后, 显示温度急骤变化给产甲 烷微生物活性带 来显著 影响 [ 6] ; 室 温组 ( 平 均 15e ) 和 20e 组产气量虽然也呈上升趋势, 但是增长较为平 缓, 产气量也明显低于中温和高温组。
1. 2 实验材料 实验采用鲜猪粪作为发酵原料, 以常温发酵沼气
池的沼液为接种物, 猪粪和沼液均来源于桂林市七星 区花园村养殖场。 1. 3 实验方法 1. 3. 1 接种物驯化
为了使 接种 物 满足 实 验要 求, 以 猪粪 为 驯化 底 物, 通过调整温度对接种物进行不同温度适应性驯化 培养。培养装置编号为 1# , 2# , 3# 和 4# 共 4组, 各组反 应物料和接种物用量相同, 总固体浓度为 6. 6% , 接种 物含量为 39. 2% , 原料总质量为 25. 5kg。驯化温度分
1 实验装置及其研究方法
1. 1 实验装置 实验装置为自制的恒温厌氧发 酵装置, 主要由发
收稿 日期: 2009- 07 - 01 基金 项目: 广西高 校人才小 高地建 设 / 环境 工程 0创 新团 队资 助计 划
(桂教人 [ 2007 ] 71 ); 广西重 点实 验室 研究基 金项 目 ( 桂科 能 0801Z005) 作者 简介: 魏荣荣 ( 1983 - ) , 男, 福 建松溪人, 硕 士研究 生, ( E - m ail) w illenw e@i 163. com。 通讯 作者: 成官文 ( 1962 - ) , 男 , 湖 北荆 州人, 教 授, 博 士, ( E - m ail) chenggw@ g lite. edu. cn。