厌氧发酵系统中消化液循环利用试验研究

摘要

随着畜牧业生产规模的不断扩大，厌氧发酵已成为处理畜禽粪便的首选方式，而厌氧发酵会产生大量的厌氧消化液，这些厌氧消化液如果不加处理向外排放，势必造成二次污染，违背厌氧发酵净化环境的初衷；如果处理使其达到排放标准，势必造成沼气工程建设成本和运行成本的增加。因此，厌氧消化液的处理和排放问题已经成为制约湿法厌氧发酵发展的瓶颈问题。厌氧消化液最经济、有效的方法是在发酵系统中循环利用，然而循环利用会对厌氧发酵系统中挥发酸含量、氨氮含量、COD等指标产生一定的影响，影响可能有利有弊，因此本试验围绕消化液回用的问题展开了一系列研究。
　　 本试验以牛粪为原料进行了两方面的研究：在两相厌氧发酵系统中，将产甲烷相排出的消化液经过固液分离以后，用来稀释新鲜牛粪，添加到产酸罐中，选择消化液的不同回用量进行对比试验，试验周期为25 d；将产甲烷相的料液不固液分离直接按进料量的一定的比例回用到产酸相中，改变消化液的回用比例进行试验，试验周期为25 d。研究结果表明：
　　 1.固液分离后的消化液回用对牛粪两相厌氧发酵的pH值影响较大，回用量为800 mL时产酸相pH值过高，影响酸化效果；分离后的消化液回用对挥发酸含量影响较大，易发生丙酸积累，回用量越高，丙酸累积现象越明显；消化液回用对消化系统内氨氮影响较大，回用量越高，氨氮浓度越高；在固液分离后的消化液回用试验中，各组总COD去除率分别为62.61％，70.05％，77.49％，可见消化液回用量提高，COD去除率也相应提高；提高消化液回用量对总产气量有较大影响，三组的总产气量分别为139.5 L、146.82 L、163.27 L，三组的甲烷平均含量分别为67.49％，69.30％，66.16％，消化液回用量越高，总产气量越高，然而对甲烷含量影响不显著。
　　 2.不经过固液分离的消化液的不同回用比例对产酸相及产甲烷相的pH值有一定的影响，但pH值均处于适宜的范围内；消化液不同的回用比例对挥发酸含量影响较大，但对其中的丙酸含量影响不显著；当消化液回用比例为0、20％、25％时，对产酸相的氨氮浓度影响不显著，消化液回用比例为30％的试验组与其它组氨氮浓度有显著的差异，消化液回用比例对产甲烷相的氨氮浓度有一定影响但并不显著；随着消化液回用比例的提高，COD去除效果越好，四组的COD去除率分别为56.12％、72.58％、75.02％、77.89％。随着消化液回用比例的提高，四组试验的总产气量分别为155.35 L、156.82 L、165.48 L、175.27 L，甲烷平均百分含量分别为67.52％、68.94％、71.3％、67.3％，回用比例为25％时甲烷含量较高。
　　 3.固液分离后的消化液回用试验中，从整个系统的稳定性来考虑，选择较低的消化液回用量为宜，回用量过高容易造成丙酸及氨氮的积累；在不固液分离的消化液的不同回用比例试验中，20～30％的比例均是合理的，但从甲烷含量来考虑，最佳比例为25％。

目录

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英文目录

1 引言

1.1 研究的目的和意义

1.2 厌氧消化基本原理

1.3 国内外发展现状及研究进展

1.3.1 国外两相厌氧消化技术的发展现状及研究进展

1.3.2 国内两相厌氧消化技术的发展现状及研究进展

1.3.3 厌氧消化液回用的应用研究

1.3.4 厌氧消化液回用过程中氨氮问题的研究进展

1.4 两相厌氧消化的影响因素

1.4.1 温度

1.4.2 pH值和碱度

1.4.3 氧化还原电位

1.4.4 发酵原料浓度和颗粒粒径

1.4.5 发酵原料的碳氮比

1.5 本研究的主要内容和方案

2 试验装置、材料、仪器与方法

2.1 试验装置

2.2 试验材料

2.3 试验仪器与药品

2.4 试验指标与测定方法

2.4.1 试验指标

2.4.2 各指标的测定方法

3 消化液固液分离后回用的试验研究

3.1 试验目的与意义

3.2 试验设计

3.3 试验结果与分析

3.3.1 pH值的变化

3.3.2 VFA的变化

3.3.3 氨氮浓度的变化

3.3.4 COD去除率的变化

3.3.5 产气量的变化

3.3.6 CH4含量变化

3.4 小结

4 消化液不固液分离回用的试验研究

4.1 试验目的与意义

4.2 试验设计

4.3 试验结果与分析

4.3.1 pH值的变化

4.3.2 VFA的变化

4.3.3 氨氮浓度的变化

4.3.4 COD变化

4.3.5 产气量的变化

4.3.6 CH4含量变化

4.4 小结

5 结论

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的学术论文