干发酵过程中气体提升均热技术的实验研究

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作者:无, 字数:5618

  摘要:
  本实验应用的有机固体废弃物干发酵反应器为“棚—膜—封闭车库槽”组合厌氧反应器,由2个单槽容积为200m3发酵槽构成。将发酵槽、集气囊、日光棚有机组合在一起,其结构紧凑,减少工程占地,便于保温,便于单体反应器扩大。畜禽粪便与铡切秸秆按一定比例混合进料,送入反应器发酵槽中,进行物料好氧发酵补能增温,为厌氧发酵初期提供温度保障,同时促进物料水解,该过程采用气体提升均热系统向物料通入空气,补充氧气,加快好氧发酵升温,提高发酵产气率。
  关键词:
  干发酵;气体提升均热技术;好氧;厌氧
  中图分类号:S-3
  文献标识码:A
  DOI:1019754/jnyyjs20200630010
  
  引言
  吉林省是农业大省,又是畜牧业养殖大省,每年产生大量的畜禽粪便固体废弃物,沼气技术处理畜禽粪便固体废弃物得到社会和许多专家学者的认可,是一项利好的畜禽粪便处理方法。粪便厌氧发酵生产沼气和沼肥,沼气用于生产生活,沼肥用于生态农业生产,不仅能够大大减少环境污染,还可促进生态农业发展。近年来,开发出一些干式沼气发酵工艺,原料干物质含量一般控制在20%~40%[1],并在工程上成功应用。气体提升均热系统多应用于干发酵工艺中,其工作原理是利用增压风机将厌氧反应器内产生的沼气由进气管吸入增压后输出经换热管换热增温,然后由曝气管上的曝气孔通入物料,利用气体穿透料层促进物料传热,更好地提高发酵产气率和提升发酵速度。
  1气体提升均热系统好氧试验
  11试验方案
  对物料好氧预处理设计4个测试。发酵槽均装入相同的物料,料堆长10m、宽4m、高3m,4个测试分别记为A1、A2、A3、A4,每天均曝气3次,对应的每次曝气时间分别是15min、25min、30min、40min。测温时间为08∶00、16∶00和24∶00 3个时间段,温度测定完毕进行曝气。
  12料堆工艺条件
  料堆测温点布局如图1,各测温点布置如下。
  13温度指标分析方法
  测量堆肥的温度可以简单而快速地确定堆肥腐熟度[2]。温度的测量选用温度控制仪(杭州路格科技有限公司,型号L93-4),对堆体温度于8∶00、16∶00和24∶00进行3次测量,统计数据并计算每日平均温度。
  14通气量对好氧发酵温度变化曲线的影响
  在前处理好氧发酵阶段,使用气体提升均热系统通过对不同通气量条件下实验,得出前处理好氧发酵阶段料堆上、中、下3层温度变化曲线如图2。从图2中可以发现,不同通气量料堆温度变化存在差异。每天通气3次,每次通气25min、30min相对料层温度高,说明通气量适宜,供氧充分;通气15min料层相对温度低,说明通气量少,供氧不足;通气40min料层相对温度低,说明通气过量,供氧虽然充足,但会造成大量热量散失,反而相对温度低。4个测试料堆温度变化特征如表1所示。
  从表1中可以看出,前处理好氧发酵过程中通气量的多少对料堆温度的影响非常大,通气量少,料堆温度上升慢,平均升温速率低;通气量过多,也会影响料堆升温,降低平均升温速率,只有通气适中才能保证料堆升温快。因此,确定本研究前处理好氧发酵通气参数为每天通氣3次,每次通气25~30min。
  2气体提升均热系统厌氧试验
  21试验方案
  将牛粪与揉碎的秸秆混合物料送入反应器发酵槽内,总进料量占反应器容积的80%,料堆宽4m、高3m。接着进行好氧预处理,间隔8h启动罗茨风机1次对发酵物料进行好氧曝气,每次曝气时间30min,当物料温度达到50~55℃时,封反应器进行厌氧发酵。厌氧发酵初期产生的杂气排出,排气大约3d左右,当检测沼气中甲烷的体积分数不低于50%时进行沼气净化储存。从厌氧储气开始进行测试记录,对厌氧产气设计4个测试,分别记为B1、B2、B3、B4。B1不曝气;B2每天曝气3次,每次15min;B3每天曝气3次,每次30min;B4每天曝气3次,每次45min。曝气时间为08∶00、16∶00和24∶00 3个时间段。厌氧曝气工艺路线如图3所示。
  22通气量对厌氧产气的影响
  在厌氧发酵阶段,使用气体提升均热系统通过对不同通气量条件下产气试验,得出厌氧发酵阶段前7d产气情况如表2。从表中看出,7d平均容积产气率3组曝气比不曝气都高,曝气15min组比不曝气组高出159%,曝气30min组比不曝气组高出698%,曝气45min组比不曝气组高出365%。结果表明,曝气量过小和曝气量过大,产气效果都不是最好的,适度地曝气能够达到较好的产气效果。因此,确定本研究厌氧阶段的通气量参数为每天曝气3次,每次曝气30min。
  参考文献
  [1]
  韩捷,向欣,李想.覆膜槽沼气规模化干法发酵技术与装备研究[J].农业工程学报,2008,24(10):100-104.
  [2]郑玉琪,陈同斌,孔建松.利用耗氧速率判断好氧堆肥腐熟度的探讨[J].环境科学学报,2004,24(05):930-935.
  (责任编辑周康)

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