好氧预处理对干法沼气发酵产气量的影响及能量损失_韩捷

第27卷第12期农业工程学报Vol.27No.122462011年12月TransactionsoftheCSAEDec.2011好氧预处理对干法沼气发酵产气量的影响及能量损失韩捷，向欣，程红胜，刘丽红（农业部规划设计研究院农村能源与环保研究所，北京100125）摘要：研究好氧发酵预处理对干法沼气发酵产气效果的影响及能量损失情况，是以好氧发酵升温为预处理方式的干法沼气工程经济运行的重要依据。该文采用恒温沼气发酵装置，以牛粪及少量混合秸秆粉作为发酵原料，研究了不同好氧发酵预处理条件下，干法沼气发酵的产气效果并对其能量损失情况进行了分析探讨。结果表明：以牛粪为主要发酵原料时，好氧预处理对物料干法沼气发酵的产气量有较明显影响，随着好氧发酵时间增加和温度提高，总产气量减少，能量损失增大；好氧发酵预处理温度与沼气发酵温度相同（均为35℃）时，能量损失较少，好氧发酵升温法合理；好氧发酵预处理温度（55℃）显著高于沼气发酵温度，好氧发酵升温法会带来较大能量损失。因此，在对覆膜槽生物反应器操作时，应准确把握好氧发酵的时间和温度，一旦达到所需温度，应立即转入沼气发酵，以提高沼气产量，减少能量损失。关键词：沼气，发酵，经济性，干法沼气发酵，产气量，能量损失，好氧发酵预处理doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2011.12.046中图分类号：216.4文献标志码：A文章编号：1002-6819(2011)-12-0246-04韩捷，向欣，程红胜，等.好氧预处理对干法沼气发酵产气量的影响及能量损失[J].农业工程学报，2011，27(12)：246－249.HanJie,XiangXin,ChengHongsheng,etal.Effectsofaerobicfermentationpre-treatmentondryanaerobicfermentationgasproductionanditsenergyloss[J].TransactionsoftheCSAE,2011,27(12):246－249.(inChinesewithEnglishabstract)0引言干法沼气发酵能量回收效率高[1-3]，且没有沼液的再处理问题，近年来发展较快，特别是工程化的干法沼气技术成为国内外沼气研究者关注的焦点。沼气发酵反应器的单位容积日产气量（容积产气率m3/(m3·d)），是其重要的性能指标。在反应器容积相同的情况下，容积产气率越高，能生产的沼气越多。因此，提高容积产气率能有效降低沼气工程建设投资，减少占地面积。沼气发酵温度对容积产气率影响很大，在一定范围内，随着发酵温度升高，容积产气率相应提高。沼气发酵可分为3个温度范围：50～65℃称高温发酵；20～45℃称中温发酵；20℃以下称低温发酵。此外，随自然温度变化的发酵方式称常温发酵[4]。中国常温发酵的户用沼气池平均容积产气率仅为0.11m3/(m3·d)，传统的大中型沼气工程（常温发酵）平均容积产气率＜0.4m3/(m3·d)；而欧盟国家的新型沼气发酵反应器，有沼气发电余热加温，发酵温度35～52℃，容积产气率可达3.0m3/(m3·d)[5-8]，沼气发酵温度高是其容积产气率高的主要原因。现有沼气工程一般采用中温发酵工艺。常用的方法是采用外加热源加热，使发酵物料温度达到中温沼气发酵条件。用煤等化石能源加热，致使沼气工程的运行成收稿日期：2011-03-09修订日期：2011-08-10基金项目：“十一五”国家科技支撑计划重大项目“农林生物质工程”之“沼气规模化干法厌氧发酵技术与装备研究”课题（2006BAD07A02）作者简介：韩捷（1949－），男，研究员，研究方向为农业废弃物处理及资源化利用。北京农业部规划设计研究院农村能源与环保研究所，100125。Email：hanjie@vip.sina.com本居高不下，甚至得不偿失[9-11]。覆膜槽生物反应器（membranecoveredtroughbioreactor，简称MCT反应器）干法沼气发酵技术利用固体有机物料好氧发酵可快速升温的特性，获得适合中温沼气发酵的初始温度，进而实现无外加热源条件下的中温沼气发酵，现已实现工程化应用[12-13]。与一般秸秆沼气堆沤预处理的目的有所不同，对于MCT干法沼气发酵技术而言，以好氧发酵预处理使物料升温而取代外热源加热是主要目的。本文就好氧发酵预处理对干法沼气发酵产气效果的影响及由此产生的能量损失问题进行了分析研究。1材料和方法1.1材料1.1.1发酵原料发酵原料为粉状风干牛粪和混合秸秆粉。牛粪取自北京沧达农工商公司奶牛场，质量含水率15%；秸秆粉取自内蒙古杭锦后旗，质量含水率7%。秸秆粉为玉米、小麦、葵花秸秆经粉碎并通过2mm筛的混合体，3种成分质量各占1/3。1.1.2接种物接种