干發(fā)酵過程中氣體提升均熱技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究

丁偉 孫京 張蕾蕾

摘要：

本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的有機(jī)固體廢棄物干發(fā)酵反應(yīng)器為“棚—膜—封閉車庫槽”組合厭氧反應(yīng)器，由2個(gè)單槽容積為200m3發(fā)酵槽構(gòu)成。將發(fā)酵槽、集氣囊、日光棚有機(jī)組合在一起，其結(jié)構(gòu)緊湊，減少工程占地，便于保溫，便于單體反應(yīng)器擴(kuò)大。畜禽糞便與鍘切秸稈按一定比例混合進(jìn)料，送入反應(yīng)器發(fā)酵槽中，進(jìn)行物料好氧發(fā)酵補(bǔ)能增溫，為厭氧發(fā)酵初期提供溫度保障，同時(shí)促進(jìn)物料水解，該過程采用氣體提升均熱系統(tǒng)向物料通入空氣，補(bǔ)充氧氣，加快好氧發(fā)酵升溫，提高發(fā)酵產(chǎn)氣率。

關(guān)鍵詞：

干發(fā)酵;氣體提升均熱技術(shù);好氧;厭氧

中圖分類號(hào)：S-3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：1019754/jnyyjs20200630010

引言

吉林省是農(nóng)業(yè)大省，又是畜牧業(yè)養(yǎng)殖大省，每年產(chǎn)生大量的畜禽糞便固體廢棄物，沼氣技術(shù)處理畜禽糞便固體廢棄物得到社會(huì)和許多專家學(xué)者的認(rèn)可，是一項(xiàng)利好的畜禽糞便處理方法。糞便厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣和沼肥，沼氣用于生產(chǎn)生活，沼肥用于生態(tài)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，不僅能夠大大減少環(huán)境污染，還可促進(jìn)生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展。近年來，開發(fā)出一些干式沼氣發(fā)酵工藝，原料干物質(zhì)含量一般控制在20%～40%[1]，并在工程上成功應(yīng)用。氣體提升均熱系統(tǒng)多應(yīng)用于干發(fā)酵工藝中，其工作原理是利用增壓風(fēng)機(jī)將厭氧反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的沼氣由進(jìn)氣管吸入增壓后輸出經(jīng)換熱管換熱增溫，然后由曝氣管上的曝氣孔通入物料，利用氣體穿透料層促進(jìn)物料傳熱，更好地提高發(fā)酵產(chǎn)氣率和提升發(fā)酵速度。

1氣體提升均熱系統(tǒng)好氧試驗(yàn)

11試驗(yàn)方案

對(duì)物料好氧預(yù)處理設(shè)計(jì)4個(gè)測試。發(fā)酵槽均裝入相同的物料，料堆長10m、寬4m、高3m，4個(gè)測試分別記為A1、A2、A3、A4，每天均曝氣3次，對(duì)應(yīng)的每次曝氣時(shí)間分別是15min、25min、30min、40min。測溫時(shí)間為08∶00、16∶00和24∶00 3個(gè)時(shí)間段，溫度測定完畢進(jìn)行曝氣。

12料堆工藝條件

料堆測溫點(diǎn)布局如圖1，各測溫點(diǎn)布置如下。

13溫度指標(biāo)分析方法

測量堆肥的溫度可以簡單而快速地確定堆肥腐熟度[2]。溫度的測量選用溫度控制儀（杭州路格科技有限公司，型號(hào)L93-4），對(duì)堆體溫度于8∶00、16∶00和24∶00進(jìn)行3次測量，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)并計(jì)算每日平均溫度。

14通氣量對(duì)好氧發(fā)酵溫度變化曲線的影響

在前處理好氧發(fā)酵階段，使用氣體提升均熱系統(tǒng)通過對(duì)不同通氣量條件下實(shí)驗(yàn)，得出前處理好氧發(fā)酵階段料堆上、中、下3層溫度變化曲線如圖2。從圖2中可以發(fā)現(xiàn)，不同通氣量料堆溫度變化存在差異。每天通氣3次，每次通氣25min、30min相對(duì)料層溫度高，說明通氣量適宜，供氧充分;通氣15min料層相對(duì)溫度低，說明通氣量少，供氧不足;通氣40min料層相對(duì)溫度低，說明通氣過量，供氧雖然充足，但會(huì)造成大量熱量散失，反而相對(duì)溫度低。4個(gè)測試料堆溫度變化特征如表1所示。

從表1中可以看出，前處理好氧發(fā)酵過程中通氣量的多少對(duì)料堆溫度的影響非常大，通氣量少，料堆溫度上升慢，平均升溫速率低;通氣量過多，也會(huì)影響料堆升溫，降低平均升溫速率，只有通氣適中才能保證料堆升溫快。因此，確定本研究前處理好氧發(fā)酵通氣參數(shù)為每天通氣3次，每次通氣25～30min。

2氣體提升均熱系統(tǒng)厭氧試驗(yàn)

21試驗(yàn)方案

將牛糞與揉碎的秸稈混合物料送入反應(yīng)器發(fā)酵槽內(nèi)，總進(jìn)料量占反應(yīng)器容積的80%，料堆寬4m、高3m。接著進(jìn)行好氧預(yù)處理，間隔8h啟動(dòng)羅茨風(fēng)機(jī)1次對(duì)發(fā)酵物料進(jìn)行好氧曝氣，每次曝氣時(shí)間30min，當(dāng)物料溫度達(dá)到50～55℃時(shí)，封反應(yīng)器進(jìn)行厭氧發(fā)酵。厭氧發(fā)酵初期產(chǎn)生的雜氣排出，排氣大約3d左右，當(dāng)檢測沼氣中甲烷的體積分?jǐn)?shù)不低于50%時(shí)進(jìn)行沼氣凈化儲(chǔ)存。從厭氧儲(chǔ)氣開始進(jìn)行測試記錄，對(duì)厭氧產(chǎn)氣設(shè)計(jì)4個(gè)測試，分別記為B1、B2、B3、B4。B1不曝氣;B2每天曝氣3次，每次15min;B3每天曝氣3次，每次30min;B4每天曝氣3次，每次45min。曝氣時(shí)間為08∶00、16∶00和24∶00 3個(gè)時(shí)間段。厭氧曝氣工藝路線如圖3所示。

22通氣量對(duì)厭氧產(chǎn)氣的影響

在厭氧發(fā)酵階段，使用氣體提升均熱系統(tǒng)通過對(duì)不同通氣量條件下產(chǎn)氣試驗(yàn)，得出厭氧發(fā)酵階段前7d產(chǎn)氣情況如表2。從表中看出，7d平均容積產(chǎn)氣率3組曝氣比不曝氣都高，曝氣15min組比不曝氣組高出159%，曝氣30min組比不曝氣組高出698%，曝氣45min組比不曝氣組高出365%。結(jié)果表明，曝氣量過小和曝氣量過大，產(chǎn)氣效果都不是最好的，適度地曝氣能夠達(dá)到較好的產(chǎn)氣效果。因此，確定本研究厭氧階段的通氣量參數(shù)為每天曝氣3次，每次曝氣30min。

參考文獻(xiàn)

[1]

韓捷，向欣，李想.覆膜槽沼氣規(guī)模化干法發(fā)酵技術(shù)與裝備研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008，24（10）：100-104.

[2]鄭玉琪，陳同斌，孔建松.利用耗氧速率判斷好氧堆肥腐熟度的探討[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2004，24（05）：930-935.

（責(zé)任編輯周康）