农村家用沼气发酵工艺参数的优选研究

摘要

沼气发酵技术是建设社会主义新农村、缓解我国农村能源紧张、环境污染严重的重要途径之一。发酵的工艺参数对沼气产气量和质量影响很大，采用合适的发酵工艺参数是高效生产沼气的关键。 本试验模拟农村水压式沼气池的工作原理，通过自制沼气发酵装置，从实际需要出发，研究了换料时间间隔、接种物的种类、接种物的接种量这3个影响沼气发酵的重要因素对产气效果的影响。另外，通过综合工艺试验，得到了堆沤处理方式、换料时间间隔、接种物的种类和接种物的接种量4个因素的最佳组合。 通过设置3个不同换料时间间隔，研究换料时间间隔对产气效果的影响。结果表明，在原料的总固体浓度为8﹪、pH值介于6.8～7.4、接种沼气池污泥量为原料干物质重量的20﹪、发酵周期为30d时，对发酵系统间隔9d换料的效果最好，其在总产气量、日均产气量、池容产气率、料容产气率和原料产气率分别达到了42490.70mL、1416.36mL、0.217m3/m3.d、0.241m3/m3.d和0.090m3/kg·TS，都比不换料的对照处理有很大提高，分别提高了153.41﹪、153.41﹪、152.33﹪、153.68﹪和150﹪，沼气中的甲烷含量也在70﹪以上。 恰当的接种物能够提高沼气发酵的效率。本试验在发酵原料总固体浓度为8﹪、换料时间间隔为7d，pH值在6.8～7.4之间、发酵周期为30d时，对原料分别接种占原料干物质重的20﹪的生活污泥、池塘污泥和沼气池污泥。结果表明，对发酵原料接种沼气池污泥的效果最佳，其沼气的总产气量、日均产气量、池容产气率、料容产气率和原料产气率分别达到了25338.16mL、844.61mL、0.129m3/m3.d、0.144m3/m3.d和0.054m3/kg·TS，分别比接种池塘污泥的处理提高212.37﹪、212.37﹪、214.63﹪、213.04﹪和217.65﹪，比接种生活污泥的处理提高161.85﹪、161.85﹪、163.27﹪、161.82﹪和157.14﹪。3个处理中，接种沼气池污泥的处理所产沼气的甲烷含量也最高，达到了77.21﹪。 通过对沼气池污泥的接种量设置不同的梯度，研究接种量对产气效果的影响。试验的其它条件为：原料总固体浓度为8﹪、换料时间间隔为7d、pH值在6.8～7.4之间、发酵周期为30d，沼气池污泥的接种量分别为10﹪、20﹪和30﹪。结果表明，在本试验的试验条件下，对发酵原料接种30﹪的沼气池污泥效果最好，其沼气的总产气量、日均产气量、池容产气率、料容产气率和原料产气率分别达到了37057.66mL、1235.25mL、0.189m3/m3.d、0.21m3/m3.d、0.0785m3/kg·TS，比接种20﹪和10﹪的沼气池污泥的处理的总产气量分别提高了46.25﹪和185.46﹪，池容产气率提高了45.95﹪和184.21﹪，料容产气率提高了46.34﹪和185.71﹪，原料产气率分别提高了46.73﹪和185.45﹪。接种量为30﹪的处理所产的沼气中甲烷含量也最高，达到了80.56﹪。 另外，本论文还进行了包括发酵原料的堆沤处理、接种物的接种量、换料时间间隔及接种物种类这4个对农村家用沼气发酵影响较大的因子的综合工艺试验，每个因子设置3个水平：堆沤处理方式包括池外堆沤处理、池内堆沤处理和不堆沤，换料时间间隔为5d、7d和9d，接种物的种类有生活污泥、池塘污泥和沼气池污泥，接种物的接种量为10﹪、20﹪和30﹪，采用L9(34)正交设计，原料总固体浓度为8﹪，料液pH值为6.8～7.4之间，发酵周期为30d。结果表明，本试验中的4个因子对沼气产量的影响大小依次为：原料投放时间间隔＞堆沤方式＞接种物的种类＞接种物的接种量。得出最佳理论组合是：池外堆沤、接种量为30﹪、间隔5d换料、接种沼气池污泥，实际最佳组合是：不堆沤、接种量为30﹪、换料间隔时间为9d、接种沼气池污泥。综合考虑认为这2种组合实际上条件相同，在生产实践中可根据具体的发酵条件和要求来选择应用哪种组合。 最后，本试验在上述4个试验的基础上还研究了环境温度对发酵系统的启动速度和日产气量的影响。结果表明，环境温度较低时，系统的启动速度较慢，启动时间较长，日产气量也较少；当环境温度较高时，系统启动速度较快，启动所需时间较短，日产气量也较高。因此，在有条件的地方进行沼气发酵时，可以考虑调节系统的环境温度来提高启动速度和产气量。 论文最后指出，换料时间间隔与原料有机质利用率之间的关系在本试验结果上分析不具有明显的规律性，需要做进一步的试验进行论证。发酵原料的堆沤处理方式和堆沤时间也是影响沼气发酵的重要因子，建议在以后的试验中对此条件进行进一步的筛选。

目录

文摘

英文文摘

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第1章文献综述

第2章引言

第3章材料与方法

第4章结果与讨论

第5章结论与建议

参考文献

附录自制沼气发酵装置

致谢

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