高含固率秸秆和牛粪混合物料发酵产甲烷工艺

该研究针对高含固率纤维质物料难以连续厌氧发酵、甲烷产率低的问题，利用所研制的一套能连续进出料、具有高有机负荷承载力的新型反应器，以玉米秸秆和牛粪为原料，通过调控搅拌强度和投料强度在反应器内建立了“分区发酵”体系，比较了3种高含固率（10%、15%和20%）物料在不同有机负荷下的甲烷容积产率，系统研究了物料含固率、搅拌强度和投料强度对“分区发酵”体系形成功能分区的高度、各功能区的pH值和甲烷容积产率的影响，旨在为纤维质物料产甲烷提供高效的发酵工艺和可靠的运行参数。结果表明，含固率为10%和15%的反应器，甲烷容积产率随有机负荷的增加而增加，平均甲烷体积分数稳定在52%左右，二者在有机负荷分别为13.44和20.17 kg/（m3·d）时，甲烷容积产率最高，分别为1.62和1.66 m3/（m3·d），在有机负荷分别为20.17和30.0 kg/（m3·d）时，甲烷产量明显下降；含固率为20%的反应器，甲烷容积产率随有机负荷的增加基本保持不变且较低（0.98 m3/（m3·d）），当有机负荷达到30.0 kg/（m3·d）时，发酵体系酸败，甲烷产量明显下降。双因素优化结果表明，当物料含固率为10%和15%、搅拌强度为6～12 h/d、投料强度为6.5～10 d时，发酵体系可形成高效的酸化区和产甲烷区，二者的高度之比为1.1～1.6：1，甲烷容积产率可达1.63～1.69 m3/（m3·d）。综上，该反应器可实现含固率为10%～20%的纤维质物料连续进出料，并在含固率为10%和15%时能高效、稳定地产甲烷，通过调控搅拌强度和进料强度能提高其甲烷容积产率。该发酵工艺有规模化应用的前景。