為了研究沼液回流對(duì)推流式厭氧反應(yīng)器（PFR）厭氧消化效率的影響,文章采用有效容積為36 L的PFR,以牛糞為底物,進(jìn)料濃度TS為7～10%,發(fā)酵溫度38℃±1℃,水力停留時(shí)（HRT）為20 d條件下連續(xù)運(yùn)行100 d。結(jié)果發(fā)現(xiàn):50%的沼液回流能夠提升反應(yīng)器產(chǎn)氣效率,在沼液回流運(yùn)行期,日產(chǎn)氣量最高達(dá)到57.92 L·d^-1,容積產(chǎn)氣率為1.58 L·L^-1d^-1,甲烷含量為68.9%。平均揮發(fā)性有機(jī)物產(chǎn)氣率為433.03 L·kg^-1 VS (干物質(zhì)產(chǎn)氣率為366.99 L·kg^-1 TS),相比于未回流沼液運(yùn)行期提升42.46%,底物轉(zhuǎn)化效率提高了17.84%。通過對(duì)沼液回流運(yùn)行期的微生物群落組成分析可以看出,細(xì)菌主要以Firmicutes和Bacteroidetes具有降解纖維類及大分子的水解酸化菌為主。古菌則以Methanothrix和Methanospirillum為絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)甲烷菌為主。該研究結(jié)果可為以牛糞為原料的大型沼氣工程提高整體效率和能量輸出提供基礎(chǔ)參考數(shù)據(jù)。 

【文章來源】：中國沼氣. 2020,38(03)

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

推流式(PFR)厭氧發(fā)酵實(shí)驗(yàn)裝置流程圖

快速穩(wěn)定的啟動(dòng)對(duì)于一個(gè)厭氧反應(yīng)器十分必要。為了縮短反應(yīng)器啟動(dòng)期的時(shí)間,在啟動(dòng)階段(第1 ～18 天)采用100%的體積比沼液接種,同時(shí)根據(jù)日產(chǎn)氣量的情況逐漸增加進(jìn)料量來保證快速穩(wěn)定的啟動(dòng)。如圖2所示,反應(yīng)器運(yùn)行的前5天,產(chǎn)氣量一直處于較大的波動(dòng)狀態(tài),造成這樣現(xiàn)象的原因主要是接種物剛進(jìn)入一個(gè)新環(huán)境,它有一個(gè)適應(yīng)期和延滯期。有研究結(jié)果表明,產(chǎn)甲烷菌的水力停留時(shí)間要超過5 d之后才能夠開始利用揮發(fā)酸等營養(yǎng)物質(zhì)生產(chǎn)甲烷[18]。反應(yīng)器從第6 天開始,日產(chǎn)氣量開始逐漸上升,直至第18 天達(dá)到38.19 L·d-1,容積產(chǎn)氣率達(dá)到了1.06 L·L-1d-1。從第19 天 到 46 天的運(yùn)行,反應(yīng)器的容積產(chǎn)氣率變化不大,在一定范圍內(nèi)進(jìn)行波動(dòng),這表明反應(yīng)器在第18 天時(shí)啟動(dòng)成功,內(nèi)部的厭氧微生物已經(jīng)適應(yīng)新的環(huán)境。圖3 日產(chǎn)沼氣中氣體成分變化情況

圖2 日產(chǎn)氣量變化曲線及每日沼液回流量反應(yīng)器在成功啟動(dòng)后,進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行期(第19 d～46天),即每日不回流沼液到進(jìn)料中。如圖2所示,反應(yīng)器在穩(wěn)定運(yùn)行期內(nèi),日產(chǎn)氣量在35.93 L·d-1～45.96 L·d-1之間波動(dòng),平均日產(chǎn)氣量為40.79 L·d-1,但整體保持平穩(wěn)狀態(tài)。造成每日產(chǎn)氣量波動(dòng)的原因主要是因?yàn)槊咳者M(jìn)料底物中營養(yǎng)物質(zhì)一直處于一個(gè)波動(dòng)的狀態(tài),造成產(chǎn)氣量產(chǎn)生波動(dòng)。反應(yīng)器從第47天開始,進(jìn)料底物中每日回流進(jìn)料量一半的沼液,從圖2中可以看出從回流沼液開始,日產(chǎn)氣量逐漸上升,直至第52 天,日產(chǎn)氣量達(dá)到峰值57.92 L·d-1(容積產(chǎn)氣率為1.61 L·L-1d-1)。從第53 天開始至運(yùn)行結(jié)束,日產(chǎn)氣量在48.45 L·d-1～57.92 L·d-1之間波動(dòng),日均產(chǎn)氣量為52.52 L·d-1。相較于未回流沼液運(yùn)行階段,日產(chǎn)氣量提升了28.76%。由此表明沼液回流能夠提高反應(yīng)器整體的產(chǎn)氣量。在厭氧發(fā)酵過程中,底物的水解程度關(guān)系到整個(gè)發(fā)酵過程的效率,沼液回流能夠提升PFR厭氧反應(yīng)器前端的微生物濃度,強(qiáng)化牛糞水解酸化效果進(jìn)而提高沼氣產(chǎn)量。這與王文政[19]和盧艷娟[20]在研究沼液回流對(duì)玉米秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣性能影響和沼液回流對(duì)厭氧沼氣工程的影響時(shí)得出的回流對(duì)日產(chǎn)氣量無明顯作用的結(jié)果不太相同。

【參考文獻(xiàn)】：
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