厌氧消化原料的流变特性及其影响因素

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1、万方数据第25卷第8期2042009年8月农业工程学报TransactionsoftheCSAE、，01．25No．8Aug．2009几种厌氧消化原料的流变特性及其影响因素刘刈，邓良伟※，王智勇(农业部沼气科学研究所，成都610041)摘要：考察了6种厌氧消化原料的流变特性，研究了物料浓度、温度和发酵时间等因素对流变特性的影响，以期为厌氧消化工艺的设计及设备选用提供基础参数。结果表明，猪粪、鸡粪、牛粪、羊粪、鸭粪、兔粪原料均为假甥性流体，且符合幂率方程。随浓度增加原料黏度升高，流变指数降低。随着温度的升高，鸭粪、牛粪、鸡粪的黏度呈线性趋势降低，流变指数升高；猪粪、羊粪、兔粪的

2、黏度呈现先减低后升高的趋势。计算得到鸭粪、牛粪、鸡粪的活化能分别为8．018，11．337，8．285kJ／mol。随着发酵的进行，鸭粪的黏度F降，趋势与TS(总固体)含量变化基本一致，猪粪、羊粪和牛粪黏度旱现上升的趋势，鸡粪与兔粪的黏度变化不明显。关键词：畜禽粪便，厌氧发酵，流变特性，黏度doi：10．3969，j．issn．1002—6819．2009．08．037中图分类号：S216．4文献标识码：A文章编号：1002—6819(2009)一8—0204一06刘刈，邓良伟，王智勇．几种厌氧消化原料的流变特性及其影响因素[J]．农业工程学报，2009，25(8)：204-

3、-209．LiuYi，DengLiangwei，WangZhiyong．Rheologicalpropertiesofseveralkindsoffeedstocksforanaerobicfermentationandtheirinfluencingfactors[J]．TransactionsoftheCSAE，2009，25(8)：204--209．(inChinesewithEnglishabstract)0引言原料流变参数的确定在厌氧消化装置的运行和管理中起着重要的作用。在原料的管道输送、搅拌、混合以及热交换等厌氧消化单元过程设计中，必须清楚原料的流体类型，计算出原

4、料的流变参数，才能对厌氧消化、特别是高浓度物料厌氧消化进行合理的工艺设计以及设备选用与开发。此外，原料的流变特性也是厌氧消化的工艺控制的重要依据u弓】。由于流变特性在发酵工程中的重要作用，一些学者对食品发酵原料、污泥以及少数几种畜禽粪便的流变特性做了初步研究。一些学者研究了浓度对一些流体食品的流变特性的影响[删。Pollice和Laera研究了在不同水力停留时间下的污泥的流变特性【9．101。Chen和El—Mashad分别采用Arrhenius模型研究了温度对筛分过的肉牛粪便和未经筛分的奶牛粪便流变特性的影响[11-12】。Chela和Hashimoto对新鲜污泥的流变特性

5、进行了研究，试验的浓度变化范围仅是2．71％～6．53％，温度变化范围仅为9．5～26℃，这个较低的浓度和温度变化范围不能适应如今已经在欧洲广泛使用的中高温(>45℃)、高浓度(>8％)厌氧消化【”d41。目前国内外采用畜禽养殖粪便作为厌氧消化原料的沼气工程日益增多，采用的发酵原料种类也呈现多元化趋势，然而，这些原料流变特性参数仍然缺收稿日期：2008．11．14修订日期：2009-06-25基金项目：国家“十一五”科技支撑计划(2006BAJ04802)作者简介：刘刈(1983一)，男，辽宁鞍山人，主要从事废弃物生物处理研究。成都农业部沼气科学研究所，610041。Emai

6、l：baggi05822815@163．com※通信作者：邓良伟(1966一)，男，四川安岳人，研究员，博士，主要从事废水生物处理研究。成都农业部沼气科学研究所，610041。Email：dlwbrtc@yahoo．CORLCn乏，制约了厌氧消化单元过程的优化设计。因此，本文对6种主要的厌氧消化(沼气发酵)原料一猪粪、鸡粪、牛粪、鸭粪、羊粪、兔粪的流变特性进行了研究，考察了不同浓度、不同温度和发酵时问对流变特性参数的影响，并拟合了相应模型，以期为厌氧消化设备选用及工艺设计提供基础参数。1材料和方法1．1试验材料材料：新鲜的猪粪、鸡粪、牛粪、鸭粪、羊粪和兔粪均取自规模化畜禽养殖

7、场，粪便取回后分别装进2L自封袋内，冷藏于-18"C待用。冷冻的粪便在使用之前先在4"C条件下融化2～3d。兔粪和羊粪要经过粉碎后进行黏度测试。未经稀释的6种粪便的理化特性如表I。表l未经稀释的6种厌氧消化原料的理化特性Table1Physicalandchemicalcharacteristicsofsixkindsoffeedstocksforanaerobicdigestion猪粪鸡粪牛粪鸭粪羊粪兔粪rS(总固体)质量分数慌30．5233．4517．1513．0226．7425．36cD鼍化学复謦