论文摘要
用厌氧消化技术转化稻草获取清洁能源——生物气,是稻草生物质能源产业化的一条有效途径。为了实现稻草的高效能源转化,提高反应器的产气量和产气效率,同时简化发酵出料的处理和处置,本文提出用干法厌氧发酵对稻草进行中温消化生产生物气的研究,并为稻草的大规模生物气化提供指导。为探明不同干物质含量(即TS)对干法厌氧消化稻草秸秆试验的影响,将未经预处理的稻秸在中温生物反应器内进行厌氧干发酵,考察了TS浓度对稻秸发酵过程中的生物气产量、pH值、渗滤液COD及甲烷含量变化的影响。实验结果表明:TS20%固体浓度并加接种泥的反应器(R2)的累积产气量最大,达到2048L,其出料的半纤维素由28.2%降至18.3%,发酵液的pH值稳定在7.0～7.5。TS30%的干发酵(R3)在反应前期经历了很长的酸化期,产气量在后期才开始升高,生物气甲烷含量也更高,显示了高浓度固体干发酵产沼气的发展潜力。为探明粉煤灰和氢氧化钠预处理对稻草秸秆干发酵的影响,把经过6%氢氧化钠预处理的稻秸在中温生物反应器内进行干法厌氧发酵,研究了稻秸发酵过程中的生物气产量、pH值、渗滤液COD及甲烷含量的变化。结果表明TS20%、6%NaOH预处理并加粉煤灰的反应器(R2)的累积产气量最大,达到2777.1L,其出料的半纤维素由28.2%降至16.5%,发酵液的pH值稳定在7.0～7.5。TS20%加粉煤灰、未经预处理的R3在反应前期产气量平稳上升,56d后超过R2的日产气量,最终产气量只比R2低108.8L,但产气高峰晚于R2出现。与不加粉煤灰、不用碱预处理的R1相比,TS20%、粉煤灰和6%NaOH预处理的方案可以使总产气量提高47.6%以上。本研究结果表明:添加粉煤灰和6%NaOH预处理都可以明显改善稻草的厌氧消化产气性能,二者方法的耦合可以使总产气量比一般厌氧消化产气提高47.6%以上。该结论可为秸秆干法厌氧消化的工程应用提供了重要的设计依据。