農(nóng)作物秸稈兩相厭氧發(fā)酵工藝研究進(jìn)展

1、 卞永存。等農(nóng)作物秸稈兩相厭氧發(fā)酵工藝研究進(jìn)展點(diǎn)認(rèn)為厭氧生物處理的限速步驟是產(chǎn)甲烷階段.但是產(chǎn)酸相對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行也起著關(guān)鍵的作用f姍,產(chǎn)酸相的產(chǎn)物組成對(duì)產(chǎn)甲烷相產(chǎn)甲烷的效率有很大影響.對(duì)產(chǎn)生甲烷的底物進(jìn)行分析,結(jié)果表明.28%的甲烷來(lái)自氫的氧化和二氧化碳的還原,72%的甲烷來(lái)自乙酸的裂解。產(chǎn)甲烷菌對(duì)不同有機(jī)酸的利用率有很大的差別,研究表明.產(chǎn)甲烷菌在反應(yīng)器相同位置對(duì)混合有機(jī)酸降解的轉(zhuǎn)化速率依次為乙酸>乙醇>丁酸>丙酸,以乙醇和乙酸為主要末端產(chǎn)物的產(chǎn)酸相乙醇型發(fā)酵有利于產(chǎn)甲烷相功能的發(fā)揮。乙醇型發(fā)酵是充分發(fā)揮兩相厭氧發(fā)酵系統(tǒng)功能的最佳發(fā)酵類型【211。3兩相厭氧發(fā)酵工藝反應(yīng)器

2、圖l E.&Vieitez和S.Ghosh采用的兩相發(fā)酵試驗(yàn)裝置圖and S.Ghosh used twophase anaerobicfermentation experimental device這個(gè)裝置主要由一個(gè)填充模擬固體廢棄物(密度為160kg/m3的固定床反應(yīng)器和一個(gè)產(chǎn)甲烷反應(yīng)器組成。在運(yùn)行過(guò)程中,將固定床反應(yīng)器的濾出液導(dǎo)人產(chǎn)甲烷反應(yīng)器中,產(chǎn)甲烷過(guò)程完成后。再將其出水回流到產(chǎn)酸反應(yīng)器中。試驗(yàn)結(jié)果表明.該兩相厭氧反應(yīng)器能夠穩(wěn)定運(yùn)行。并且能將高濃度固體 63可再生能源有機(jī)物的30%轉(zhuǎn)化為甲烷。劉廣青在進(jìn)行批式與兩相高溫厭氧發(fā)酵廚余垃圾和雜草廢棄物的對(duì)比研究時(shí),使用了如圖2所示的

3、兩相厭氧發(fā)酵裝置,該裝置的反應(yīng)器用有機(jī)玻璃制成.主體結(jié)構(gòu)為圓柱型閉t291。固體床反應(yīng)圖2兩相厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣裝置Fig.2Two-phase anaerobic fermentation experimental device 器(水解酸化反應(yīng)器內(nèi)徑12cm,有效容積l L;填料序批式反應(yīng)器(甲烷化反應(yīng)器內(nèi)徑16cm。有效容積2.2L。固體床反應(yīng)器頂部設(shè)置出氣口和回流液進(jìn)口。底部設(shè)置滲濾液出口和采樣口。滲濾液從4個(gè)固體床中流人滲濾液收集箱,然后被泵人甲烷化反應(yīng)器。等量的滲濾液再回流至固體床,如此循環(huán)運(yùn)行。固體床反應(yīng)器每3d進(jìn)1次料,每次進(jìn)料97g(以VS計(jì),12d為1個(gè)發(fā)酵周期。滲濾液每天回流

4、6次,每次回流量為70mL。結(jié)果表明.利用兩相厭氧固體床反應(yīng)系統(tǒng)處理廚余垃圾和雜草廢棄物的混合物時(shí),在12d的消化時(shí)間內(nèi)。沼氣和甲烷產(chǎn)率分別為530ml/g和351ml/g.系統(tǒng)的TS和VS去除率分別為78%和82%。他們認(rèn)為該兩相厭氧固體床反應(yīng)系統(tǒng)負(fù)荷高、產(chǎn)氣穩(wěn)定、周期短.是處理固態(tài)有機(jī)廢物的有效方法。針對(duì)原料流動(dòng)性差的特點(diǎn).Chanakya設(shè)計(jì)了同相床層厭氧反應(yīng)器,即在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)形成產(chǎn)酸區(qū)和產(chǎn)甲烷區(qū)來(lái)實(shí)現(xiàn)兩相發(fā)酵(圖3t301“3”。該反生物質(zhì)床尼蓖網(wǎng)淳濾液收淫濾液【口j叮移動(dòng)浮噴淋器液封氣體出口圖3固相分層床反應(yīng)器Fig.3Solidstatestratified bed reacto

5、r應(yīng)器的工作原理:在反應(yīng)器的下部培養(yǎng)一個(gè)以生物質(zhì)為填料的富含產(chǎn)甲烷微生物的填料床,在反64應(yīng)器的上部添加固態(tài)原料,然后將少量滲濾液噴淋在這些原料上,原料發(fā)生酸化反應(yīng),產(chǎn)生的VFA隨滲濾液向下進(jìn)入到產(chǎn)甲烷反應(yīng)區(qū),完成產(chǎn)甲烷過(guò)程。由于采用同相發(fā)酵,所以這種反應(yīng)器既能利用新鮮的生物質(zhì)原料,又能處理干生物質(zhì)原料,而且不會(huì)產(chǎn)生原料上浮、結(jié)殼問(wèn)題。該反應(yīng)器的另一大優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)液循環(huán)流動(dòng),所以液體只占反應(yīng)器總?cè)莘e的-ll,部分(5%10%,反應(yīng)器容積利用率較高。4結(jié)束語(yǔ)兩相厭氧發(fā)酵工藝中的產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相分別為產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌提供了最佳的生理生態(tài)環(huán)境。因此具有比單相厭氧發(fā)酵工藝更高的處理能力和處理效率。系統(tǒng)的

6、抗沖擊能力和穩(wěn)定性也好于單相系統(tǒng)。但兩相厭氧發(fā)酵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,運(yùn)行成本高.成為推廣兩相厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的主要障礙。本文對(duì)秸稈兩相厭氧發(fā)酵技術(shù)中的原料預(yù)處理、水解酸化工藝參數(shù)的控制和兩相厭氧發(fā)酵反應(yīng)器這3個(gè)方面進(jìn)行了闡述。在以后的研究中,應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注高效、經(jīng)濟(jì)的秸稈預(yù)處理方法;選取水解酸化階段和產(chǎn)甲烷階段的最佳反應(yīng)條件.提高水解酸化產(chǎn)物中乙酸的含量和產(chǎn)甲烷階段中甲烷的產(chǎn)量和含量;在秸稈中摻混廚余垃圾、動(dòng)物糞便等富含氮素的有機(jī)垃圾,加快其降解速率。減輕環(huán)境壓力,降低生產(chǎn)成本;開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便的反應(yīng)器.降低設(shè)備的制造成本和運(yùn)行成本。如能在以上關(guān)鍵技術(shù)上獲得突破.農(nóng)作物秸稈的兩相厭氧發(fā)酵工藝將會(huì)有廣闊

7、的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn):【l】席北斗.有機(jī)同體廢棄物管理與資源化技術(shù)【M】.北京:國(guó)防T業(yè)出版社.2006.【2】吳振興,陳曉嘩,楊占春,等.秸稈兩相厭氧消化產(chǎn)酸相發(fā)酵T-藝IA.第三屆全國(guó)化學(xué)丁程與生物化1=年會(huì)論文摘要集(下(C】.北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2006.329332.【3】胡紀(jì)萃,周盂津,左劍惡。等.廢水厭氧生物處理理論與技術(shù)【M1.北京:中國(guó)建筑T業(yè)出版社,2004.4】BECCARI M。MAFONE M,TORRISI L Tworeactor system【5】BABEL S,FUKUSHI K,SITANRASSAMEE B.E仃÷ct of 農(nóng)作物秸稈兩相厭

8、氧發(fā)酵工藝研究進(jìn)展 作者： 作者單位： 卞永存， 寇巍， 李世密， 張大雷， BIAN Yong-cun， KOU Wei， LI Shi-mi， ZHANG Da-lei 卞永存,張大雷,BIAN Yong-cun,ZHANG Da-lei(沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院清潔能源與環(huán)境工程研究 所,遼寧,沈陽(yáng),110136， 寇巍,李世密,KOU Wei,LI Shi-mi(遼寧省能源研究所,遼寧,營(yíng)口 ,115000 可再生能源 RENEWABLE ENERGY 2009,27(5 1次 刊名： 英文刊名： 年，卷(期： 被引用次數(shù)： 參考文獻(xiàn)(31條 1.BABEL S;FUKUSHI K;SITAN

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12、余垃圾和雜草廢棄物對(duì)比研究期刊論文-中國(guó) 農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 2006(06 11.E R VIEITEZ;S GHOSH Biogasification of solid wastes by two-phase anaerobic fermentation外文期刊 1999(5 12.ZHANG RUIHONG;ZHANG ZHIQIN Biagasification of rice straw with anaerobic phased solids digester system外文期刊 1999(3 13.陳育如;夏黎明;吳綿斌 植物纖維素原料預(yù)處理技術(shù)的研究期刊論文-化工進(jìn)展 1999(04 14.楊世關(guān);李繼紅;孟卓 木質(zhì)纖維素原料厭氧生物降解研究進(jìn)展 2006 15.邊炳鑫;趙由才 農(nóng)業(yè)同體廢物的處理與綜合利用 2005 16.吳振興;陳曉曄;楊占春 秸稈兩相厭氧消化產(chǎn)酸相發(fā)酵工藝 2006 17.趙杰紅;張波;蔡偉民 溫度對(duì)廚余垃圾兩相厭氧