论文摘要
针对北方寒冷地区冬季沼气工程运行效率低、能耗大等问题，本研究一方面从微生物生理与生态调控方面进行探究，寻找能够在25℃~35℃范围内，能够促进厌氧微生物产甲烷效能的促进剂；另一方面在利用洁净能源实现能源利用的高效化，减少冬季对非可再生能源的消耗。此外，探寻沼气发酵产生的沼液资源化利用新途径，减少固体废弃物的排放量，增加更大的附加价值，实现农业生产的生态建设。通过向沼气发酵系统中投加微生物絮凝剂干粉、电气石和无机营养盐等分别考察其对产甲烷过程的影响。研究表明，微生物絮凝剂干粉有助于改变厌氧发酵菌群的结构；电气石够有效调节系统pH值，有利于产甲烷菌的生长，月平均产甲烷量分别增加了6.5%、5.4%和11.4%，在微生物菌群中TM6和RsaHF231的含量也远远高于空白样品；微量钴元素对厌氧发酵产气有一定的促进作用，在系统中投加二氯化钴浓度在6μmol/L时效果最好，高效产气阶段平均每天比空白样品多产气4.3mL，但是若浓度增加到10μmol/L时，产气率明显下降；钼酸钠的投加对产酸相微生物有明显的抑制作用，系统中加入25mmol/L和50mmol/L钼酸钠后产气率分别下降了3.7%和31.2%。将沼液进行不同程度的离心处理发现还原糖的含量差别不显著，去除的主要是无机颗粒与产絮微生物较难利用的纤维素。由产絮率可知，8000r/min处理的沼液向传统培养基中掺混20%，比传统培养基絮凝率高了4.30%，11000r/min处理的沼液向传统培养基中掺混20%比传统培养基絮凝率高了2.93%；同时，11000r/min处理的沼液向传统培养基中掺混40%比传统培养基絮凝率提高了0.07%，效果基本相同。而产絮微生物在营养液中的生长趋势相近，但培养时间变长后发现，沼液中存在的较难降解的有机物，仍然难以被产絮微生物利用。以海林农场沼气池实际工艺对沼气发酵系统的散热模型进行模拟，物理模型建立为圆柱型，半径7m，池深14m。根据地理环境与气候环境以及流场类型确定边界条件，按照单相流模型非牛顿流体稳态结构进行模拟。考虑物料本身温度与沼气池向周围的温度扩散，得出沼气池全年平均负荷34.0kw，月平均最高负荷45.5kw。经初步计算以保温层结构减少散热量，太阳能系统将太阳能转化为热量，土壤源热泵辅助储存转化能量的系统，可以保障沼气发酵系统全年基本温度在25℃以上，保证微生物的活性和产甲烷效率。