总固体浓度、碳氮比和水力停留时间对奶牛粪便厌氧发酵产气及其沼液性质的影响

【摘要】随着社会物质生活水平的不断提高,人们对于奶制品的需求量也越来越大。因此奶牛养殖场生产规模和数量也逐渐增加,随之带来的奶牛粪便污染问题不容小觑。如今奶牛粪便的处理问题已成为奶牛养殖场能否达标排放和可持续发展的关键。厌氧发酵法因其具有动力消耗低、污泥产量少、能消除臭气、杀死致病菌和致病虫卵以及产生生物能源(沼气)等特点被奶牛养殖场广泛采用。而厌氧发酵过程文受多个因素的影响,在影响厌氧发酵的因素中总固体浓度(TS)、碳氮比(C/N)和水力停留时间(HRT)对于厌氧发酵过程的影响较大且人为调控简单、方便、更加经济可行；另一方面对于TS、C/N和HRT对奶牛粪便厌氧发酵综合分析方面的研究较少。因此本文采用序批式工况和半连续式工况相结合的方法,研究TS、C/N和HRT对奶牛粪便厌氧发酵产气与沼液性质的影响并寻求高效产气与沼液性质低值排放的适宜发酵参数TS、C/N和HRT,为奶牛养殖场沼气工程的参数选择提供理论依据。以奶牛粪便为发酵原料,采用序批式发酵方式,改变发酵料液TS和C/N,得到不同TS不同C/N下的产气效果(沼气产气速率、累积产气量、干物质产气率和平均甲烷含量)以及发酵过程中沼液性质(pH、VFA、COD、TN、NH、-N、TP)的动态变化曲线。结果表明,C/N为25条件下,厌氧发酵过程较稳定且启动较快；TS为2%-10%时,池容产气率由0.16m3/m3d逐渐增加到0.54m3/m3.d。干物质产气率、平均甲烷含量均在C/N为25、TS为6%时最高,分别达到236.46mL/gVS和68.59%；此时沼液COD去除率、氨氮变化率、TP去除率分别达到48.47%、80%和55%以上。以产气效果(干物质产气率、平均甲烷含量)、沼液性质(COD、TN、TP去除率)为响应指标,采用因子序列生成法分析,进一步确认了序批式发酵产气效果好且沼液性质利于后续处理的适宜发酵参数是TS为6%和C/N为25。同样地,以奶牛粪便为发酵原料,采用半连续式发酵方式，固定筛选山的适宜发酵料液TS和C/N,得到不同HRT下的产气效果(沼气产气速率、累积产气量、干物质产气率和平均甲烷含量)以及发酵过程中沼液性质(pH、VFA、COD、TN、NH4+-N、TP)的动态变化曲线。结果表明,在整个试验周期中,前50d能正常产气而后10d则出现酸抑制现象；最大池容产气率为0.45m3/m3.d,出现在HRT为20d时,这个结果也为因子序列生成法所确认。为能预测奶牛粪便厌氧发酵过程中的产气状况便于人为操作和调控为实际应用提供理论依据和研究基础。对适宜参数TS为6%和C/N为25条件下的序批式发酵产气状况和TS=6%、C/N=25、HRT=20d条件下的半连续式发酵产气状况进行动力学分析,模拟了日产气量、累积产气址对发酵时间的动力学方程,均能很好拟合奶牛粪便厌氧发酵日产气量与累积产气量的变化曲线。综上所述,TS、C/N和HRT对奶牛粪便厌氧产气及其沼液性质有显著性影响,以产气效果好以及沼液COD去除率、TN去除率、TP去除率高为目标筛选的适宜发酵参数TS为6%、C/N为25、HRT为20d。本试验由于时间关系只以奶牛粪便作为发酵原料,只考虑了TS、C/N和HRT分别对厌氧发酵产气与沼液性质的单因素影响,在后续试验中可以进一步研究多原料多因素对厌氧发酵产气与沼液性质的复合影响。
【作者】乔小珊；
【导师】陈玉成；
【作者基本信息】西南大学，环境工程，2014，硕士
【关键词】沼气；沼液；总固体浓度；碳氮比；水力停留时间；

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