农作物秸秆两相厌氧发酵工艺研究进展

1、 卞永存。等农作物秸秆两相厌氧发酵工艺研究进展点认为厌氧生物处理的限速步骤是产甲烷阶段.但是产酸相对系统的稳定运行也起着关键的作用f姗,产酸相的产物组成对产甲烷相产甲烷的效率有很大影响.对产生甲烷的底物进行分析,结果表明.28%的甲烷来自氢的氧化和二氧化碳的还原,72%的甲烷来自乙酸的裂解。产甲烷菌对不同有机酸的利用率有很大的差别,研究表明.产甲烷菌在反应器相同位置对混合有机酸降解的转化速率依次为乙酸>乙醇>丁酸>丙酸,以乙醇和乙酸为主要末端产物的产酸相乙醇型发酵有利于产甲烷相功能的发挥。乙醇型发酵是充分发挥两相厌氧发酵系统功能的最佳发酵类型【211。3两相厌氧发酵工艺反应器

2、图l E.&Vieitez和S.Ghosh采用的两相发酵试验装置图and S.Ghosh used twophase anaerobicfermentation experimental device这个装置主要由一个填充模拟固体废弃物(密度为160kg/m3的固定床反应器和一个产甲烷反应器组成。在运行过程中,将固定床反应器的滤出液导人产甲烷反应器中,产甲烷过程完成后。再将其出水回流到产酸反应器中。试验结果表明.该两相厌氧反应器能够稳定运行。并且能将高浓度固体 63可再生能源有机物的30%转化为甲烷。刘广青在进行批式与两相高温厌氧发酵厨余垃圾和杂草废弃物的对比研究时,使用了如图2所示的

3、两相厌氧发酵装置,该装置的反应器用有机玻璃制成.主体结构为圆柱型闭t291。固体床反应图2两相厌氧发酵产沼气装置Fig.2Two-phase anaerobic fermentation experimental device 器(水解酸化反应器内径12cm,有效容积l L;填料序批式反应器(甲烷化反应器内径16cm。有效容积2.2L。固体床反应器顶部设置出气口和回流液进口。底部设置渗滤液出口和采样口。渗滤液从4个固体床中流人渗滤液收集箱,然后被泵人甲烷化反应器。等量的渗滤液再回流至固体床,如此循环运行。固体床反应器每3d进1次料,每次进料97g(以VS计,12d为1个发酵周期。渗滤液每天回流

4、6次,每次回流量为70mL。结果表明.利用两相厌氧固体床反应系统处理厨余垃圾和杂草废弃物的混合物时,在12d的消化时间内。沼气和甲烷产率分别为530ml/g和351ml/g.系统的TS和VS去除率分别为78%和82%。他们认为该两相厌氧固体床反应系统负荷高、产气稳定、周期短.是处理固态有机废物的有效方法。针对原料流动性差的特点.Chanakya设计了同相床层厌氧反应器,即在一个反应器内形成产酸区和产甲烷区来实现两相发酵(图3t301“3”。该反生物质床尼蓖网淳滤液收淫滤液【口j叮移动浮喷淋器液封气体出口图3固相分层床反应器Fig.3Solidstatestratified bed reacto

5、r应器的工作原理:在反应器的下部培养一个以生物质为填料的富含产甲烷微生物的填料床,在反64应器的上部添加固态原料,然后将少量渗滤液喷淋在这些原料上,原料发生酸化反应,产生的VFA随渗滤液向下进入到产甲烷反应区,完成产甲烷过程。由于采用同相发酵,所以这种反应器既能利用新鲜的生物质原料,又能处理干生物质原料,而且不会产生原料上浮、结壳问题。该反应器的另一大优点是反应液循环流动,所以液体只占反应器总容积的-ll,部分(5%10%,反应器容积利用率较高。4结束语两相厌氧发酵工艺中的产酸相和产甲烷相分别为产酸菌和产甲烷菌提供了最佳的生理生态环境。因此具有比单相厌氧发酵工艺更高的处理能力和处理效率。系统的

6、抗冲击能力和稳定性也好于单相系统。但两相厌氧发酵系统结构复杂,运行成本高.成为推广两相厌氧发酵系统的主要障碍。本文对秸秆两相厌氧发酵技术中的原料预处理、水解酸化工艺参数的控制和两相厌氧发酵反应器这3个方面进行了阐述。在以后的研究中,应重点关注高效、经济的秸秆预处理方法;选取水解酸化阶段和产甲烷阶段的最佳反应条件.提高水解酸化产物中乙酸的含量和产甲烷阶段中甲烷的产量和含量;在秸秆中掺混厨余垃圾、动物粪便等富含氮素的有机垃圾,加快其降解速率。减轻环境压力,降低生产成本;开发结构简单、操作方便的反应器.降低设备的制造成本和运行成本。如能在以上关键技术上获得突破.农作物秸秆的两相厌氧发酵工艺将会有广阔

7、的应用前景。参考文献:【l】席北斗.有机同体废弃物管理与资源化技术【M】.北京:国防T业出版社.2006.【2】吴振兴,陈晓哗,杨占春,等.秸秆两相厌氧消化产酸相发酵T-艺IA.第三届全国化学丁程与生物化1=年会论文摘要集(下(C】.北京:化学工业出版社, 2006.329332.【3】胡纪萃,周盂津,左剑恶。等.废水厌氧生物处理理论与技术【M1.北京:中国建筑T业出版社,2004.4】BECCARI M。MAFONE M,TORRISI L Tworeactor system【5】BABEL S,FUKUSHI K,SITANRASSAMEE B.E仃÷ct of 农作物秸秆两相厌

8、氧发酵工艺研究进展 作者： 作者单位： 卞永存， 寇巍， 李世密， 张大雷， BIAN Yong-cun， KOU Wei， LI Shi-mi， ZHANG Da-lei 卞永存,张大雷,BIAN Yong-cun,ZHANG Da-lei(沈阳航空工业学院清洁能源与环境工程研究 所,辽宁,沈阳,110136， 寇巍,李世密,KOU Wei,LI Shi-mi(辽宁省能源研究所,辽宁,营口 ,115000 可再生能源 RENEWABLE ENERGY 2009,27(5 1次 刊名： 英文刊名： 年，卷(期： 被引用次数： 参考文献(31条 1.BABEL S;FUKUSHI K;SITAN

9、RASSAMEE B Effect of acid speciation on solid waste liquefaction in anaerobic acid digester外文期刊 2004 2.BECCARI M;MAFONE M;TORRISI L Two-reactor system with partial phase separation for anaerobic treatment of olive oil mill effluents外文期刊 1998(04 3.胡纪萃;周孟津;左剑恶 废水厌氧生物处理理论与技术 2004 4.周俊虎;戚峰;程军 不同来源污泥对稻草发

10、酵产氢影响的研究期刊论文-浙江大学学报(工学版） 2007(05 5.陈小华;朱洪光 农作物秸秆产沼气研究进展与展望期刊论文-农业工程学报 2007(03 6.CHEN HONGZHANG;WANG HUI;ZHANG AIJUN Biogasification of steamexplode wheat straw by a two-phased digestion system期刊论文-Transactions of the CSAE 2005(11 7.H N CHANAKYA;SUSHAMA BORGAONKAR;G MEENA Solid phase fermentation of

11、untreated leaf biomass to biogas外文期刊 1993(05 8.H N CHANAKYA;K G SRIKUMAR;V ANAND Fermentation properties of agroresidues,leaf biomass and urban market garbage in a solid phase biogas fermenterJ外文期刊 1999 9.刘广青;张瑞红;董仁杰 两相厌氧消化同体有机废弃物的水解酸化规律期刊论文-中国农业大学学报 2007(01 10.刘广青;张瑞红;HAMED M EL MASHAD 批式与两相高温厌氧消化厨

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