高含固率秸秆和牛粪混合物料发酵产甲烷工艺

【摘要】：该研究针对高含固率纤维质物料难以连续厌氧发酵、甲烷产率低的问题,利用所研制的一套能连续进出料、具有高有机负荷承载力的新型反应器,以玉米秸秆和牛粪为原料,通过调控搅拌强度和投料强度在反应器内建立了"分区发酵"体系,比较了3种高含固率(10%、15%和20%)物料在不同有机负荷下的甲烷容积产率,系统研究了物料含固率、搅拌强度和投料强度对"分区发酵"体系形成功能分区的高度、各功能区的pH值和甲烷容积产率的影响,旨在为纤维质物料产甲烷提供高效的发酵工艺和可靠的运行参数。结果表明,含固率为10%和15%的反应器,甲烷容积产率随有机负荷的增加而增加,平均甲烷体积分数稳定在52%左右,二者在有机负荷分别为13.44和20.17 kg/(m3·d)时,甲烷容积产率最高,分别为1.62和1.66 m3/(m3·d),在有机负荷分别为20.17和30.0 kg/(m3·d)时,甲烷产量明显下降;含固率为20%的反应器,甲烷容积产率随有机负荷的增加基本保持不变且较低(0.98 m3/(m3·d)),当有机负荷达到30.0 kg/(m3·d)时,发酵体系酸败,甲烷产量明显下降。双因素优化结果表明,当物料含固率为10%和15%、搅拌强度为6~12 h/d、投料强度为6.5~10 d时,发酵体系可形成高效的酸化区和产甲烷区,二者的高度之比为1.1~1.6:1,甲烷容积产率可达1.63~1.69 m3/(m3·d)。综上,该反应器可实现含固率为10%~20%的纤维质物料连续进出料,并在含固率为10%和15%时能高效、稳定地产甲烷,通过调控搅拌强度和进料强度能提高其甲烷容积产率。该发酵工艺有规模化应用的前景。 【作者单位】： 中国农业大学农学与生物技术学院/生物质工程中心;天水师范学院生命科学与化学学院;北京市农业机械试验鉴定推广站;
【关键词】： 秸秆 粪 发酵 高含固率 甲烷 分区发酵工艺
【基金】：国家科技支撑计划(2012BAD14B06) 北京市重点学科经费
【分类号】：S216.4;X71
【正文快照】： 0引言中国是天然气消费大国,供需缺口日益加剧。根据中国石油经济技术研究院发布的数据,2011年中国天然气的对外依存度为26%,并预测到2020年消费量达1 850亿m3,对外依存度将高达40%以上[1]。发展生物甲烷是缓解这一局面的有效途径。尽管中国近中期内有年产近900亿m3的甲烷巨大

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