发酵温度与总固体浓度对牛粪污厌氧产气效率的影响

摘要

牛粪厌氧发酵是畜牧业污染治理与资源化能源化利用处理的重要途径，为探究不同养殖工艺下牛粪污浓度与厌氧处理的技术经济性，设置2%、5%、7.5%、10%等4个总固体（TS）浓度，25、30、38、45℃等4个发酵温度，开展不同总固体浓度不同温度厌氧发酵试验，并结合修正Gompertz模型及双因素方差分析对发酵参数进行优化。结果表明，7.5%、10%的TS浓度在45℃时累计产气量显著提升，7.5%的TS浓度45℃发酵较38℃累计产气量提高24.13%;2%的TS浓度因底物竞争抑制，发酵温度对产气效率的影响差异不显著。修正Gompertz模型表明，45℃下产气达90%的时间(T₉₀)较25℃缩短5～19 d，但TS浓度≥10%时，因传质阻力延长至16 d。综上所述，高TS浓度（7.5%～10%）建议采用40～45℃中高温发酵，水力停留时间14～16 d，辅以强化搅拌加回流循环调节；中低TS浓度（2%～5%）推荐35～38℃发酵以优化能效利用效率；针对规模化工程中养殖场干清粪（TS浓度>20%）与水冲粪（TS浓度<3%）的工艺差异，提出干清粪采用粪污先厌氧后分离工艺实现沼渣资源化回用，水冲粪采用粪污前分离工艺实现沼液农田消纳的适配方案。

关键词

牛粪 / 资源化能源化利用 / 厌氧发酵 / Gompertz模型 / 发酵温度 / 总固体浓度 / 产气效率