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农村户用沼气发酵工艺的优选及其残余物评价

陈文优  
【摘要】: 农村沼气建设对建设社会主义新农村、改善农村生产、优化农村能源结构、保护农业生态环境,提高农民生活质量具有重要意义。在建设沼气的过程中,必须从发酵原料、工艺条件和发酵残余物的营养与安全性等多方面进行评价,优化发酵工艺条件是实现沼气高效生产沼气的关键。本研究根据农村水压式沼气池的工作原理,模拟研究了不同粪草比、接种物的接种量、堆沤处理方3个因子对产气效果的影响,并根据因子测定结果,正交设计堆沤处理方式、不同粪草比、不同原料配比和接种物的接种量4个因素的试验进行工艺条件优选,主要结果如下: (1)采用原料总固体浓度为8%,料液pH值为6.8~7.4之间,发酵周期为30d,不同的粪草比的试验结果表明,在碳氮比不定的情况下,纯猪粪的效果最好,其在总产气量、日均产气量、池容产气率、料容产气率和原料产气率分别达到了95644.5 mL、3188.2 mL、0.4875 m3/m3·d、0.6108m3/m3·d和0.2290m3/ kg·TS。在碳氮比一定的情况下设置3个不同粪草比处理,研究其对产气效果的影响。在碳氮比一定(25:1)的情况下,粪草比为2:1的处理效果最好,其在总产气量、日均产气量、池容产气率、料容产气率和原料产气率分别达到了63311.8mL、2110.4 mL、0.3227 m3/m3·d、0.4043m3/m3·d和0.1518m3/ kg·TS。 (2)不同的堆沤方式试验结果表明,池外堆沤,池内堆沤和不堆沤三种处理方式中池内堆沤处理方式的效果最佳,其沼气的总产气量、日均产气量、池容产气率、料容产气率和原料产气率分别达到了59195.2mL、1891.2mL、0.2892m3/m3·d、0.3617m3/m3·d和0.1644 m3/ kg·TS。 (3)接种量分别为10%、20%和30%的沼气池污泥试验表明,在常温发酵试验条件下,发酵原料接种30%的沼气池污泥效果最好,其沼气的总产气量、日均产气量、池容产气率、料容产气率和原料产气率分别达到了40567.3 mL、1352.2 mL、0.2068 m3/m3·d、0.2591 m3/m3·d、0.1127 m3/ kg·TS。 (4)采用原料总固体浓度为8%,料液pH值为6.8~7.4之间,发酵周期为30d,通过正交试验考察了堆沤处理、接种物的接种量、粪草比及原料配比4个因子对产气量等参数影响,结果表明,4个因子对沼气产量的影响大小依次为:原料配比粪草比接种物的接种量堆沤方式。理论上以不堆沤、接种量为10%、粪草比3:1、鲜猪粪+青草最好,而实际的最优组合是:池内堆沤、接种量为30%、粪草比3:1、鲜猪粪+青草。其沼气的总产气量、日均产气量、池容产气率、料容产气率和原料产气率分别达到了98419.8mL、3280.7 mL、0.5016 m3/m3·d、0.5902 m3/m3·d、0.2213 m3/ kg·TS。 (5)对沼气发酵残液和残渣进行营养、安全性评价表明,沼液和沼渣除了含有丰富的有机质外,还含有氮、磷、钾,尤其是有效氮、有效磷、有效钾的含量比较高,对促进作物生长,提高农产品质量起着重要作用。然而沼气发酵残液中的重金属含量也比较高,各处理沼液的Cu、Zn、As、Hg、Cd、Pb、Cr平均污染指数依次为0.90、0.63、1.19、0.66、0.82、0.04、0.57,以As污染最为严重。各处理沼渣的Cu、Zn、As、Hg、Cd、Pb、Cr平均污染指数依次为0.24、0.18、0.04、0.01、0.11、0.01、0.01,污染指数均小于1。沼气残液作为肥料使用时需要对其重金属的生物有效性进一步加以评价。


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