打捆麦秸水解产酸技术参数的优化研究

【摘要】农作物秸秆厌氧发酵产沼气过程按照有机物转化进程可分为水解产酸阶段和产甲烷阶段。Vieitez和Nopharatana等研究均表明,固体有机物的水解产酸速率低于产甲烷速率,是固体有机物厌氧发酵的限速步骤。因而两相厌氧发酵水解产酸成为了本研究的焦点。加之秸秆沼气工程面对的对象是农村、农民,工程投资及运行成本是决定该技术是否可行的重要因素,随着现代化的发展,秸秆的机械化收集成为了秸秆资源化利用的前提,机械收集后秸秆的紧实度大幅增加,对后续秸秆厌氧生物产气的影响如何还不清楚。温度是影响微生物活性的重要方面,从而影响麦秸水解产酸的速率。因此我们开展了不同紧实度麦秸在不同温度下水解产酸特性研究,本研究麦秸三种处理方式：打捆、压实、疏松(实质TS浓度不同,分别为5.88%、3.77%、2.30%)、分别置于三种不同温度10、20、30℃下,分析了麦秸水解过程水解酸化液中pH值、水解酸化液水溶性有机物含量、酸化液挥发性脂肪酸产量,结果表明,温度是影响麦秸水解速率和水解率的重要因素,沼气工程中应尽量提高水解相温度；将麦秸打捆后进行水解产酸,对麦秸中有机物的水解溶出影响不大,表明打捆麦秸直接用于水解产酸是可行的。不仅可避免浸泡过程中麦秆上浮、解体等现象,麦秸完全浸泡于沼液中,利于秸秆充分水解。打捆麦秸水解酸化液中有机酸组成发生了较大变化,但并不影响其后续沼气利用。本实验待水解酸化稳定后,发酵罐内水解液分别设排空、排1/2、1/3等3个处理,然后用等量沼液加入到发酵罐内,以促进秸秆进一步水解酸化。试验运行73d,进行4次出料,分析了水解过程中pH值、COD、SCOD和VFAs以及秸秆水解前后的干物质,纤维素、半纤维素、木质素等含量的的变化。其结果表明：水解液全量出料更有利于秸秆的水解产酸,秸秆干物质产COD量较出料1/2和出料1/3分别提高了32%和43.48%,秸秆干物质损失率较出料1/2和出料1/3分别提高了42.86%和100%。维持水解液较高的COD浓度不利于秸秆的水解产酸。结合前期试验,在秸秆水解相水解液稳定后进行全排,提高了秸秆的降解率。为此本实验对打捆麦秸水解液回流的效果进行了较为系统的研究,水解液设置不循环、1天一循环、3天一循环的不同回流频次处理对麦秸产酸产气的影响,研究了水解发酵过程中的PH值、COD、VFA、日产气量、甲烷含量、发酵前后麦秸的理化特性和结构的变化,其结果表明：循环处理对麦秸水解产酸有较大的影响,3天一循环处理COD排出量分别比1天一循环和不循环处理提高了14.40%、20.24%。循环有利于促进秸秆中有机物的溶出,但过于频繁的循环反而会抑制产酸菌的活性,降低了产酸菌的酸化水解能力；为研究混合水解对麦秸水解产酸的影响,以猪粪、厨余和蔬菜废物为原料,研究了其分别与麦秸混合水解产酸的特性。分析了水解过程中水解液pH值、COD、SCOD和挥发性脂肪酸的变化,结果表明：无论是麦秸单独水解还是与其他有机废物混合水解,水解物最佳出料时间均为水解产酸3-7d,7d后水解液COD浓度下降；将蔬菜废物与麦秸混合水解,水解液pH值降低幅度最大,水解液中总有机酸浓度最高,pH值最低为5.31,有机酸浓度最高达6.46g/L,且水解液中SCOD浓度最大；添加猪粪明显促进了麦秸有机物的水解溶出,麦秸单位干物质水解率和产酸率较对照分别提高了43%-134%和50.53%,但对提高水解液SCOD浓度、TVFA浓度、降低水解液pH值的效果不如蔬菜废物；添加厨余垃圾的效果处理猪粪和蔬菜废物之间。从促进麦秸水解产酸的角度,以添加猪粪的效果最好。
【作者】吕利利；
【导师】常志州；周立祥；
【作者基本信息】南京农业大学，环境工程，2013，硕士
【关键词】打捆麦秸；水解酸化；两相发酵；沼气；混合水解；

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