羊、鸭、兔粪厌氧消化产沼气潜力与特性

羊、鸭、兔粪厌氧消化产沼气潜力与特性 第卷 农业工程学报 、,. . 第期 笠 . 月羊、鸭、兔粪厌氧消化产沼气潜力与特性 宋立,邓良伟睬,尹 勇,蒲小东,王智勇 .农业部沼气科学研究所,成都; .四川省农村能源办公室,成都 摘要:为弄清羊、鸭、兔粪便厌氧消化产沼气潜力及特性,试验以各新鲜粪便为发酵原料,以自行培养的厌氧污泥为 接种物,在?、蛆?和常温~?条件下进行了批式厌氧消化试验,研究了各粪便厌氧消化的产气速率 与产气量、酸碱度变化、消化料液及的去除效率。试验结果显示:?时各原料总固体产气 率为:羊粪./,鸭粪. /,兔粪./;?羊粪为趁?时为:羊粪./,鸭 粪. ’,蚝,兔粪. /;常温时鸭粪为. /,兔粪为. /嘻。各粪便出?消化前 产气量占 总产气最的比例为:羊粪.%,鸭粪.%,兔粪.%;出?羊粪为也?消化前 产气量占总产气 量的比例为:羊粪./,鸭粪.%,兔粪.%。对比猪、鸡、牛粪厌氧消化产气潜 力,:?发酵条件下种 粪便的原料总固体产气率 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现为:鸡粪鸭粪猪粪牛粪羊粪兔粪。各粪便发酵启动时加入质量分数为%的厌 氧污泥,厌氧消化过程中均能实现酸碱度自平衡。厌氧消化对各粪便有明显的去除效果,对无去除效果。 关键词:厌氧消化,粪便,沼气,产气速率,化学需氧量,氨氮 :...?... 中图分类号:. 文献标志码: 文章编号:?一一 宋立,邓良伟,尹勇,等.羊、鸭、兔粪厌氧消化产沼气潜力与特性】.农业工程学报,,:., , . , , . ,,:.的,但还没有鸭粪、兔粪产沼气潜力的相关研究报道, 引 言 羊粪的产沼气潜力是以发酵 得出的,不具有实际意 沼气发酵原料主要包括:畜禽养殖废弃物,如猪、 义。本研究以羊、鸭、兔粪为发酵原料,以原料产沼气 鸡、牛、羊、鸭、兔等家畜家禽粪便;农作物的秸秆、 潜力和污染物降解为试验核心展开,以期为羊、鸭、兔 杂草、树叶等:以及农产品加工的废物、废水,如酒精 养殖场配套沼气工程的工艺设计、粪污处理环保工程设 废醪、丙酮丁醇废醪、味精、柠檬酸、淀粉、豆制品等 计提供基础参数。 加工废水【】。目前,国内沼气发酵原料以猪、鸡、牛粪 材料与方法 为主,种粪便的总固体 ,简称分别为: 猪粪%,鸡粪%,牛粪%;土?时的原料总 .试验材料 固体产气率分别为:猪粪. 本试验所用羊、鸭、兔粪分别取自专业户养殖场, /,鸡粪 . /,牛粪. /。 接种污泥取自农业部沼气科学研究所工程中心实验室。 研究人员【堪也对人粪、马粪、玉米秸、麦秆、稻草、 羊、鸭、兔新鲜粪 便物理化学特性见表。 .试验装置 青草等沼气发酵原料的产气潜力及特性进行了研究,这 些原料的总固体产气量分别为.、.、.、 本试验采用批式厌氧消化工艺。试 验装置包括厌氧 .、.、. 消化装置: 自制玻璃发酵罐;管道系统:玻璃管和乳 /嚯。近几年研究人员【。又对西瓜皮、 马蹄莲秸秆、蚕豆壳、羊粪等原料的产气潜力进行了试 胶管;气体收集测量 系统: 广口瓶、带刻度集水瓶; 验,原料总固体产气量分别为.、.、.、 恒温系统:普通型电热恒温水浴锅。 .试验方法 . /。以上研究都是以原料产沼气潜力为核心进行 将取回的新鲜羊、鸭、兔粪便分别去除杂质,并特 收稿期:. 修订日期: 别对羊粪进行粉碎,根据预备试验经验粪便与接种污泥 基金项目:国家“十一五”科技支撑计划;国家。十一五” 按质量比:混合污泥质量分数%,然后加水稀 科技支撑计划 释到总固体质量分数为%的发酵液,将各类粪便 作者简介:朱立一,男,四川成都人,助理研究员,主要从事农 业废弃物处理利用技术研究。成都农业部沼气科学研究所,。 发酵液. 分别装入消化罐内,每种发酵料液在不同发 : . 酵条件下做个重复样。 ※通信作者:邓良伟~,男,四川安岳人,研究员,博士,主要从 .. 不同温度条件下原料产气量及产气速率试验 事废水生物处理研究。成都农业部沼气科学研究所.。 根据厌氧消化温度条件,试验温度设为蛆?、 :.咖.? 万方数据 农业工程学报 年 注:为总固体,为挥发性固体,为化学需氧量,为氨氮,为总氮,为总磷,为全 钾,?为总碳。 ??和常温试验期室内水温在~?的范围 结果与分析 内,恒温试验用恒温水浴锅维持温度,常温试验将装置 . 原料产气速率与产气潜力分析 置于室内环境。每天记录原料产气量。 .. 鸭粪厌氧消化产气速率及产气潜力分析 ..各阶段原料产气特性和值影响试验 :?时鸭粪发酵料液产气速率在第天达到最 试验期内,定期测定消化液值及产气成分。 ..厌氧消化对污染物的去除效率试验 大值,发酵前 累计产气量占产气总量 的.%,前 占.%。:?时产气峰值出现在第天,前 在不同温度条件下,每周定期测定厌氧消化液的 、,计算厌氧消化对污染物的去除效率。 累计产气量占总产气量的.%。常温 发酵产气速率 超过 .分析方法 /的仅有 ,分别为第天和第天;发 酵前 累计产气量占产气总量的.%。 值:玻璃电极法;,:重铬酸钾法;: 种温度条件下,鸭粪厌氧消化产气峰值都出现在发 钠氏试剂光度计;总固体:烘干法;挥发性 酵的前 ,且发酵 的累计产气量占总产气量的比 固体:烘干法;产气成份:红外气体分析仪型号: 例都超过了%;对比种温度条件下的原料产气率, .,产地:中国武汉;全氮:紫外分光光 ?时鸭粪的原料产气率是?时的.倍, 度法;全磷:钼锑抗分光光度法;全钾:火焰原子吸收 是常温的.倍,因此鸭粪?发酵时产沼气效果 法;有机碳:非分散红外吸收法;以上分析方法参考《水 和废水监测分析方法》第版【。 最好表,图。 表不同温度条件下羊、鸭、兔粪发酵产沼气速率与产气潜力 , ..曹毋\件期 毛.,粤\鼍髑 瑚鲫姗枷甍枷瑚 发酵时问/ 发酵时闻/ 鸭粪 .兔夷 万方数据 第期 宋立等:羊、鸭、兔粪厌氧消化产沼气潜力与特性 气总表现为温度越高原料产气率越高,即在?发 酵温度条件下各粪便的原料产沼气性能最好。对比 ?发酵温度条件下猪粪总固体产气率 . /、鸡粪. /、牛粪. /,种 畜禽粪便的原料总固体产气率表现为:鸡粪鸭 一..?喜\耀 粪猪粪牛粪羊粪兔粪。 瑚咖姗伽熹瑚啪。 .酸碱度变化与甲烷含量分析 ..酸碱度变化分析 发酵时间/ 羊粪、兔粪稀释倍料液呈弱碱性,值为. .羊粪 和.:鸭粪稀释倍料液呈弱酸性,值为.。 从图可以看出羊、鸭、兔粪发酵初期,值均呈下降 图 种粪便厌氧消化产沼气速率随温度变化.趋势,且发酵温度越高下降速率 越快。?羊粪料 液发酵周值降至最低值.,随后升高,周后 值维持在.~.的范围内;业?发酵料液值 ..兔粪厌氧消化产气速率及产气潜力分析 变化规律与?料液相似,见图。鸭粪料液在发 ?时兔粪发酵料液产气速率在第天达到最 酵初期迅速酸化,?发酵 的值便降至., 大值,发酵前 累计产气量占产气总量的.%,前 在随后 升高至.,进入了厌氧消化最适值范围; 占.%。?时产气峰值出现在第天,前 累计产气量占产气总量的.%。常温发酵第天出 ? 现产气峰值,试验期内产气速率较高的时间在第天到 舯 第天,发酵前 累计产气量占产气总量的.%。 ? 种温度条件下,兔粪厌氧消化的产气峰值一般出现 鼍 舯 在发酵的前 ,但常温发酵产气主要集中在~ 。 眚 发酵 的累计产气量占总产气量的比例都在%以 肿 上;丑?时兔粪的原料产气率是?时的. 倍,是常温的.倍,因此兔粪?发酵时产气效 发酵天敦/ 果最好表,图。 ‘羊粪 ..羊粪厌氧消化产气速率及产气潜力分析 以羊粪为沼气发酵原料,进行了次产气试验。第 ? 次试验?的原料总固体产气率为. /, ? ?为. /,常温为. /,但根据邵 加 希豪等】沼气潜力的计算方法,以及王新谋等【提供的 鼍 ? 基础参数,羊粪总固体产气率应该约为. /,同时 加 本试验结果与路娟娟等【的研究结果:羊粪发酵产沼气 ? 潜力为. /相差甚远。于是又进行了第次以羊 粪为原料的产气潜力试验。 发酵天数/ 第次试验注:以下相关羊粪的分析均针对该次试 .鸭粪 验,从某大耳羊原种场取样进行发酵,?时原料 总固体产气率为. /,产气速率在第天 加 达到最大值,发酵 累计产气量占总产气量的.%, ? 前 占.%。壬?时原料总固体产气率为 ? . 累计产气 /,产气峰值出现在第天,前 鼍 ? 量占总产气量的.%。本次试验是在夏季进行,重复常 ? 温~?试验较困难,因此未进行常温条件试验。 种温度条件下,羊粪厌氧消化的产气峰值一般出现 ? 在发酵的前 。发酵 的累计产气量占总产气量的 比例都在.%以上;?时羊粪的原料产气率是 发酵天敷/ .?时的.倍,因此羊粪?温度条件下产 .兔粪 沼气效果较好表,图。 图 种粪便厌氧消化值随时间的变化 综上所述,在?、蛆?羊粪为业? . 和常温种温度条件下,羊、鸭、兔粪便厌氧发酵产沼 万方数据 农业工程学报 焦 化,对比值制作拟合曲线并生成二元回归方程,见图 ?发酵料液在发酵 时,值降至最低值., 随后 。分析得知:当丑?时羊粪料液值为.一., 的值升高至.,并维持在值.~. ?时为.~.;习?时鸭粪料液值为 的范围,见图。兔粪料液发酵周期内值变化趋势 .~.,丑?时为.~.时,各料液产沼气 与?的鸭粪料液类似,但兔粪料液值变化在厌 中甲烷体积分数可达到%以上。利用二元回归方程计 氧消化最适值范围内的天数最多,?料液只有 第~ 略偏酸性,最小值为.;?料液第 算出不同发酵温度羊粪料液值为.时, 鸭粪料液 ~ 略偏酸性,最小值为.;常温料液第~ 值为.时,可达最大甲烷体积分数。由此 推断羊粪 天略偏酸性,最小值为.,见图。 厌氧消化最适产甲烷值为.~.,鸭粪最适产甲 ..产气甲烷体积分数与酸碱度变化关系分析 烷值为.~.。由于兔粪产气成份测试数据小于 根据羊粪、鸭粪发酵产生沼气中甲烷体积分数的变 个,对其分析不具有科学 价值,故在此不做讨论。 莲 萋。。 蛙 蓼\豁求聪堆骐 媸。 眈 ? “ ” ? ? 加 . , . . . . . . . . 值 蛐 施 ? .?羊粪;; 垃 摹\豢求鼷母骐 媸。. . . . . . . . . . . . . . . , . . 值 值 .士?鸭类 .?鸭粪 图 种粪便厌氧消化产甲烷体积分数随酸碱度变化..发酵液化学需氧量降解效果分析 试验周期结束后,丑?鸭粪发酵料液上清液去 新鲜羊粪质量浓度为 /,调配 除.%,丑?料液上清液去除.%,常温 质量分数为%羊粪发酵料液上清液的质量浓度约 料液上清液去除.%,见图。 新鲜兔粪质量浓度为 为 /,经过周消化丑?发酵料液质 /.,质量分 量浓度略有升高,第~周两种温度发酵料液质 数为%发酵料液上清液的质量浓度约为 量浓度呈下降趋势,且下降速度较快。发酵料液质 ,第周各温度发酵料液质量浓度下降速度较 量浓度降低速率呈:墨?料液趁?料液。第 快,在之后的周里各温度发酵料液上清液质量浓 度均呈下降趋势。且有发酵料液质量浓度降低速率 周各发酵料液质量浓度下降趋势较为缓慢。试 验结束后,?羊粪发酵料液上清液总去除率 总体呈:习?料液蛆?料液常温料液。 的试验周期结束后,:?兔粪发酵料液上清液 为.%,其中前 即去除.%;?料液上 去除.%,蛆?料液上清液去除.%,常 清液总去除率为.%,其中前 即去除.%, 见图。 温料液上清液去除.%,见图。 .发酵液氨氮去除效果分析 新鲜鸭粪质量浓度为 /,质量 分数为%鸭粪发酵料液上清液的质量浓度约为 羊、鸭、兔新鲜粪便的。。嘲 质量浓度分别约为 、 、 /,第周各温度发酵料液质量浓度下降 /。质量分数为%料液厌氧 速度较快,在之后的周里质量浓度均呈下降趋势, 消化启动初期,羊粪料液 的质量浓度为 /, 但下降速度较慢。且有发酵料液质量浓度降低速率 鸭粪料液的质量浓度为 /,兔粪料液的 的 左右 呈:蛆?料液丑?料液常温料液。 质量浓度为 /。在反应初期约 万方数据 第期 宋立等:羊、鸭、兔粪厌氧消化产沼气潜力与特性 各发酵原料的质量浓度在不同温度条件下都呈下 降趋势。随着系统的逐渐恢复,质量浓度也呈持 续上升的趋判】,但始终维持在一定范围内。在 的 试验周期内,不同温度条件下羊粪发酵料液质量 浓度始终维持在~ /范围内,见图;鸭粪 料液质量浓度维持在一 /范围内, 一.茸一\越鞋冀蟠鞭撼 珊瑚咖啪鲫珊瑚。 见图;兔粪料液质量浓度维持在~ /范围内,见图。 发酵时间/周 ,鸭粪 一.?\越鞋一餐口 啪咖咖咖咖瞄瞄 一.曩\世嶷啊蜂膳撩 啪珊咖铷枷姗珈啪。 发酵时间/周 羊粪 发酵时间/周 ?咖 .兔粪 :咖 图 种粪便厌氧消化液质量浓度随时间变化 咖 . 哪 咖 结论 一.??\避嶷啊餐 羊粪、鸭粪或兔粪厌氧消化产沼气,在一定温度 时 。町屙 条件下原料总固体产气率表现为:鸭粪羊粪兔粪; 在不同温度条件下各粪便原料产气率表现为:丑? ,勰默 啪 ?羊粪为垃?常温。 咖 丑?时各原料总固体产气率分别为:羊粪 咖 . /【,鸭粪. /,兔粪. /埏,种粪 便产沼气高峰都出现在前 ,前 产气量占总产气 咖咖 量的比例为:羊粪.%,鸭粪.%,兔粪.%,前 吣 产气量占总产气量的比例为:羊粪.%,鸭粪 一..??\世嶷一餐 .%,兔粪.%;丑?羊粪为蛇?时各 原料总固体产气率为:羊粪. /,鸭粪. ’/, 发酵时间,周 , 兔粪. /,种粪便的产气高峰都出现在前 .兔粪 前 的产气量占总产气量的比例为:羊粪.%,鸭粪 .%,兔粪.%。这将为设计以羊粪、鸭粪或兔粪为原 图 种粪便厌氧消化质量浓度随时间变化 料的厌氧消化反应提供选定水力 滞留期玎的依据。 . 以羊、鸭、兔粪为沼气发酵原料,当启动调试时 加入质量分数为%的厌氧污泥,各发酵料液均能实现 酸碱度自平衡,并达到最佳厌氧消化的酸碱度。 厌氧消化对羊、鸭、兔粪发酵料液上清液的 有明显去除效果,但对.并无去除效果。 ? 参考文献 一.\越鞋?蜷疆糖 .【】 , , ,, . 发酵时间/ :. ‘羊粪 . , , 【】 , 万方数据