基于Fluent流场模拟的半干式连续厌氧发酵反应器的设计及中试试验

为实现干清粪便的无害化处理,提高干清粪便的厌氧发酵效率,设计了一款300 m^(3)适合干清粪便的半干式连续厌氧发酵反应器。介绍了半干式连续厌氧反应器的基本构造与工作原理,通过对发酵罐体的结构参数,主要装置部件等设计计算,利用有限元分析进行强度的校核,并利用Fluent流场模拟软件对物料运动状态进行仿真,确定了厌氧发酵反应器结构参数,并进行中试试验。试验结果表明:半干式连续厌氧反应器可在工作过程中维持稳定的工作环境,并且能够迅速将发酵原料进行厌氧消化反应,能够维持平均日产气量在410.6 m^(3),容积产气率达1.37 m^(3)·m^(-3)d^(-1)。针对畜禽干清粪便厌氧发酵来说,半干式连续厌氧发酵更为适合,并且能够维持较高的产气效率,沼气工程整体运行稳定,工作性能可靠。

增氧和施有机肥对土壤肥效及水稻生长的影响

研究土壤增氧条件下施加绿肥(紫云英)和施加农家肥(干牛粪)对水稻生长和产量的影响。于水稻生长过程中不同时期采集处理组土壤样品,分析其碱解氮含量、速效磷含量和速效钾含量的变化;于水稻成熟后测定各处理组水稻的分蘖数、叶面积指数和产量等农艺性状指标。结果表明:增氧处理能够促进有机肥肥效元素的释放,提高土壤有效态肥效元素含量;增氧条件下,施加绿肥和农家肥均可促进水稻的分蘖生长,OAF(增氧施绿肥)和OCF(增氧施农家肥)处理的总分蘖数分别为51.34和50.16,对照组总分蘖数为36.93;增氧施农家肥处理比单施农家肥处理组的叶面积指数显著提高,增氧施绿肥处理与不增氧施绿肥处理组叶面积指数的差异无统计学意义;增氧施加有机肥处理组水稻的稻穗长度、穗结实粒数、每株谷粒质量均显著大于单施有机肥处理组,大于对照组。增氧与施有机肥相结合可有效提高土壤的肥效,促进作物生长。

浮萍与奶牛粪混合厌氧干发酵研究

对浮萍和奶牛粪为发酵原料在中温条件下进行了半连续厌氧干发酵实验,研究物料配比对发酵过程的影响。实验设置奶牛粪与浮萍配比(质量比)分别为1.00∶0.33、1.00∶0.50、1.00∶0.67和1.00∶1.00,水力停留时间(HRT)均采用30d。结果表明,在HRT为30d条件下,奶牛粪与浮萍配比为1.00∶0.67时产气情况最佳,容积产气率和原料产气率(以挥发性固体(VS)计)分别为0.50L/(L·d)和0.33L/g。

牛粪批次干发酵过程中腐植酸的变化趋势初探

牛粪作为秸秆类原料经过反刍动物瘤胃消化后的产物,是生物腐植酸的发酵原料之一。该研究对3种牛粪干发酵过程中腐植酸的变化趋势及红外光谱特征进行了分析,结果表明:在为期90天的批次厌氧干发酵过程中,3种牛粪(奶牛粪、水牛粪、黄牛粪)中腐植酸的含量均有所增加,且木质素含量和腐植酸含量变化趋势相似。研究结果为后续深入开展牛粪干发酵过程中腐植酸形成机理及积累过程奠定了一定基础,进而为农业废弃物的资源化利用提供理论参考。

灰分添加量对牛粪干发酵产气效率的影响

文章研究了灰分对牛粪厌氧干发酵产气效率的影响。将核桃壳在600℃烧制成的灰分加入发酵体系中,添加量分别为发酵底物总TS的2%,6%,10%(添加质量分别为0.8,2.4,4.0 g),接种量为总发酵体积的30%,总发酵浓度为21%。结果表明,灰分添加量为6%组和10%组的甲烷含量高于无添加的对照组和添加量为2%组。在整个发酵周期中,前25 d为厌氧干发酵高峰期;添加灰分量为2%组和6%组显示了对牛粪厌氧干发酵的促进作用,比无添加的对照组产甲烷量分别提高了20.85%和17.77%。添加灰分量10%组出现了对厌氧干发酵的抑制作用,产甲烷量比对照组降低了5.65%。测定发酵后的pH,VFA发现,pH值随着灰分添加量加大而升高,VFA随着灰分添加量升高而降低。这说明灰分在厌氧干发酵过程中起到保护作用,在易酸化的体系中形成了酸碱缓冲体系,有益于厌氧干发酵的进行。实验结果可对牛粪厌氧干发酵加入外源添加剂的相关研究提供实验数据支持。

农牧废弃物恒温干/湿厌氧发酵过程研究

为对比干发酵和湿发酵过程中产气性能的差别,对比试验研究了3 m^3恒温(37±1)℃发酵罐内单一牛粪干/湿发酵过程中日产气量、累计产气量、产气率及甲烷体积分数和pH及氨氮的变化,并最后应用修正的Gompertz方程分析甲烷生产的动力学过程。试验结果表明:以TS(总固体浓度)为20%的干发酵系统累计产气量为51.375 m^3,最大日产气量可达2.198 m^3,分别比TS为8%的湿发酵多11.076 m^3和0.301 m^3;干发酵的池容产气率为0.558 m^3/(m^3·d),比湿发酵实验组提高了15.95%;干/湿发酵系统的日均甲烷体积分数分别为51.3%和48.6%。在试验过程中,干/湿发酵恒温沼气罐内的pH值及氨氮含量均介于正常范围之内,没有发生抑制现象使得试验可以顺利进行。通过修正的Gompertz方程对干/湿厌氧发酵的产甲烷过程进行拟合,拟合的结果R^2在均大于0.99,表明实际产甲烷潜力值和拟合的产甲烷潜力值很接近,显示出了较高的准确性。该研究结果可为农牧废弃物干发酵工程提供理论依据和指导。

添加蛭石对奶牛粪厌氧干发酵的影响

为了提高奶牛粪厌氧干发酵产气效率和研究蛭石对厌氧干发酵中酸积累的影响,文章尝试添加不同量的蛭石至发酵体系中,总发酵浓度为22%,蛭石添加量分别为总发酵浓度体积的2%,5%,8%。结果表明:添加蛭石在发酵前期能有效抑制VFAs的生成,减轻酸化作用,并且还能加快启动实验和提高产甲烷效果。蛭石最适宜添加量应该控制在5%左右。该研究为蛭石作为添加剂对厌氧干发酵的相关研究提供支持。

西瓜蔓与牛粪混合厌氧发酵研究

试验研究了常温条件下,西瓜鲜秸秆和干秸秆分别与牛粪以1:1比例在原料浓度为6%,8%,10%,12%条件下混合发酵的产气速率、累积产气量以及原料的产气率。结果表明:在发酵前期鲜秸秆与牛粪混合发酵的产气速率明显大于干秸秆,发酵后期却小于干秸秆;干秸秆对温度的变化不如鲜秸秆敏感,因而产气相对于鲜秸秆稳定;鲜秸秆和干秸秆与牛粪混合发酵的累积产气量随着原料浓度的增加而增加,但是原料产气率在超过一定原料浓度范围时反而降低;综合累积产气量和原料产气率,最适宜的发酵原料浓度为8%。该研究对解决农村地区大棚蔬菜基地秸秆的资源化利用提供了有益的参考。

干清牛粪半干式沼气发酵工艺研究

为解决干清牛粪的污染问题,针对干清牛粪进行半干式沼气发酵,通过对不同工艺参数的优化,以此确定适合干清牛粪的半干式沼气发酵工艺。对发酵系统的发酵温度、接种物比例、搅拌方式等进行了研究,结果表明:在温度与接种物比例试验中,发酵温度为中温35℃,接种比例为30%时,干清牛粪的厌氧产气情况较好,200 g牛粪的累积产气量可达4901.9 mL;在控制不同搅拌参数试验中,当搅拌周期4 h,搅拌强度为10 r·min^(-1),搅拌时长为2 min的条件下,干清牛粪半干式沼气发酵具有较高的产气效率。研究表明,干清牛粪半干式沼气发酵可维持较高的产气情况与较好的干清牛粪降解情况,对干清牛粪的资源化利用有很好的指导意义,并对指导工程实践也具有重要意义。

利用干牛粪制备复合载体吸附微生物的研究

固定化的微生物系统可用于多种用途。然而,对固定化细胞生理特性的研究远远落后于应用研究,阻碍了固定化微生物的实际应用。为研制具有扩大培养和固定化两种功能的载体材料,以微生物的数量作为检测指标,考察了复合载体的种类、配比、温度等单因素对载体吸菌量的影响。研究表明,细菌ZX5及ZH9的储存温度均在40℃时为最佳,但ZX5的最适复合载体为C,而ZH9的最适复合载体为B,复合载体C的麦麸、锯末量均高于复合载体B,而硅藻土含量却远小于复合载体B,麦麸、锯末的透气性及养分含量要远高于硅藻土,由此可见,ZX5对氧气及养分的需求要高于ZH9;而真菌ZZ9的最适储存温度为30℃,最佳复合载体为A,其麦麸的含量占到50.0%,说明ZZ9对于养分需求较高。