牛粪固液分离液两相厌氧发酵技术

第27卷第7期3002011年7月农业工程学报TransactionsoftheCSAEVb1．27NO．7Ju1．20ll牛粪固液分离液两相厌氧发酵技术关正军，李文哲※，郑国香，毕兰平(东北农业大学工程学院，哈尔滨150030)摘要：与单相沼气发酵相比，两相厌氧发酵具有有机负荷大、发酵稳定性高、水力停留时间短、产气效率高的特点，为了提高牛粪厌氧发酵效率，该文在中温(35士2)℃条件下对牛粪加水固液分离后分离液进行两相厌氧发酵试验研究，在发酵液体积为5L，总固体质量分数为6．60％，产酸相水力停留时间为3d，产甲烷相水力停留时间为7d，后发酵1d的条件下，化学需氧量去除率达到52．81％，底物(以挥发性固体计)的产气率达到181．45L／kg，研究结果为提高牛粪资源化利用效果提供了一定的参考价值。关键词：粪，沼气，发酵，固液分离doi：10．3969／j．issn．1002—6819．2011．07．053中图分类号：$216．4文献标志码：A文章编号：1002—6819(2011)一07—0300—06关正军，李文哲，郑国香，等．牛粪固液分离液两相厌氧发酵技术[J]．农业工程学报，2011，27(7)：300-305．GuanZhen~un，LiWenzhe，ZhengGuoxiang，eta1．Technologyfortwo—phaseanaerobicfermentationbysolid—liquidseparatedsolutionofdairymanure[J]．TransactionsoftheCSAE，2011，27(7)：300-305．(inChinesewithEnglishabstract)0引言伴随中国畜牧业、养殖业的规模化发展，畜禽粪污对环境污染日趋严重，长期堆置或随意排放后对水体、大气、土壤及人体健康和生态系统造成直接或问接的影响ll】。仅采用单一的治理技术，粪便利用率低、遗留问题难于解决，必须把现有的资源化技术在一定程度上进行科学组合和综合治理，使畜禽粪便得到多层次的循环利用，才能有效解决养殖业的环境污染问题【2】。尤其是奶牛养殖场牛粪，与其他动物粪便相比，厌氧发酵总固体含量(totalsolid，TS)甲烷产率低【31，可发酵成分比例低，产气效率低，发酵设备利用率差，尤其在高寒地区，为了维持发酵系统的温度和发酵速度，必须为系统提供足够多的热量，这将严重影响养牛场沼气工程建设的积极性。因此，研究先进的发酵工艺，提高牛粪厌氧发酵效率，对促进养牛场沼气工程建设具有重要意义。有机废弃物的厌氧发酵生产沼气过程主要经过3个阶段，即水解(液化)阶段、酸化阶段和甲烷化阶段l4J，与全混合厌氧发酵相比，两相厌氧发酵工艺的本质特征是实现了生物相的分离，即通过一定的调控手段，使水解酸化过程和产甲烷过程成为2个独立的处理单元，营造了适合产酸发酵微生物和产甲烷发酵微生物发挥最大潜能的生态条件，为大幅度提高厌氧发酵装置的效率和收稿日期：2010．0917修订日期：20II-07．05基金项目：863计划项目(2007AA100705)；国家科技支撑计划项目(2011BADI5B04)；黑龙江省科技攻关项目(GZ09B501)作者简介：关正军(197O一)，男，哈尔滨市人，副教授，主要从事生物质转化与利用方面研究工作。哈尔滨东北农业大学工程学院，150030。Email：zhjguan@163．com，农业工程学会会员(E040500025M)※通信作者：李文哲(1955一)，男，哈尔滨市人，教授，主要从事生物质转化与利用方面研究工作。哈尔滨东北农业大学工程学院，150030。Email：liwenzhe9@l63com运行的稳定性提供前提保障。目前实现相分离的技术可以分为物理化学法和动力学控制法]，邵丕红等人研究了通过反应器结构设计实现生物相的分段控制f6】，谭钦文等人研究了在产酸反应器中添加产甲烷菌抑制剂钼酸盐，采用物理化学法来实现两相厌氧反应器相分离[，王忠江等人研究了产酸反应器内温度波动对牛粪两相厌氧发酵中高浓度水解酸化过程的影响，利用产酸相的温度波动实现相分离J。Demirer等人研究了利用两相厌氧发酵处理未分离的牛粪，得出可以缩短水力停留时间(hydraulicretentiontime，HRT)$D提高有机负荷的结论【9]。Rincon等人研究了利用单相厌氧发酵和两相厌氧发酵处理橄榄工J剩余物有机负荷、HRT和运行稳定性的差异，结果表明两相厌氧发酵优势显著ll。此外，Ueno等和Cooney等人分别在中温(35=t=0．1)℃和高温55℃条件下，利用两相厌氧发酵工艺处理有机固体废弃物生产氢气和甲烷，得出可以缩短HRT和提高有机负荷的结论[11-12]，参考文献表明采用动力学控制法即控制有机负荷和HRT实现相