猪场沼液加温消毒关键因素优化与能耗分析

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回用和安全排放是猪场沼液处理利用的主要途径之一,然而常温或中温厌氧发酵产生的猪场沼液存在病原微生物的风险。本研究借鉴欧盟厌氧发酵后巴氏消毒技术,采用加温消毒技术对猪场沼液和粪便进行消毒试验研究,以大肠菌群、粪大肠菌群的数量变化为指标,对加温过程中加热温度(50~80℃)、加热时间(升温至设定温度后持续15~60 min)和总固体含量(2%~6%)三个关键因素对病原微生物杀灭效果的影响进行了优化研究,在保证消毒效果的前提下,选择出最优的加温消毒条件,并进行了“厌氧发酵+加温消毒”、“加温消毒+厌氧发酵”两种工艺的能耗分析,以期为规模化猪场沼液深度处理技术开发及消毒处理后安全回用或排放提供参考。主要结论如下:(1)猪场沼液中病原微生物加温消毒的最优参数为60℃维持15 min,沼液中大肠菌群数由1.02×10~5±3.99×10~4 CFU/mL降至1 CFU/mL以下,粪大肠菌群数由9.90×10~4±6.11×10~4 MPN/mL降至0.03 MPN/mL以下,满足《再生水水质标准》(SL368-2006)再生水回用于农业病原微生物杀灭要求。与欧盟70℃维持60 min的加温消毒标准相比,在保证消毒效果的前提下,降低了能耗。加热温度和加热时间对沼液加温消毒效果均有极显著影响(P<0.01);沼液TS含量对沼液加温消毒效果无显著影响(P>0.05),但沼液TS含量对沼液升温速度有极显著影响(P<0.01)。本研究中300 mL TS含量为2%、4%、6%的沼液从厌氧发酵温度35℃加热至60℃的时间分别为17.7、22.3和28.0 min。(2)猪粪水中病原微生物加温消毒的最优参数为70℃维持60 min,猪粪水中大肠菌群数由1.35×10~6±4.27×10~5 CFU/mL降至1 CFU/mL以下,粪大肠菌群数由1.06×10~6±1.78×10~5 MPN/mL降至0.03 MPN/mL以下,满足《再生水水质标准》(SL368-2006)再生水回用于农业病原微生物杀灭要求。猪粪水加温消毒中,加热温度和加热时间对猪粪水加温消毒效果均有极显著影响(P<0.01);TS含量对猪粪水中大肠菌群数量有极显著影响(P<0.01),对猪粪水中粪大肠菌群数量无显著影响(P>0.05),TS含量对猪粪水升温速度有极显著影响(P<0.01)。本研究中300 mL TS含量为2%、4%、6%的猪粪水从环境温度20℃加热至70℃的时间分别为38.7、44.0和47.7 min。(3)“厌氧发酵+加温消毒工艺”(工艺A)的净能量高于“加温消毒+厌氧发酵工艺”(工艺B)。以相同质量(1吨)的猪粪水进行分析,工艺A中,厌氧发酵能耗为19.95 kW·h,加温能耗为29.69 kW·h,沼气产能为118.56 kW·h,工艺净能量为68.92 kW·h;工艺B中,加温能耗为60.40kW·h,厌氧发酵能耗为2.15 kW·h,沼气产能为123.42 kW·h;工艺净能量为60.87 kW·h。根据能耗分析计算结果可得,虽然工艺A耗能和产能均低于工艺B,但综合分析工艺A净能量更高,建议选择“厌氧发酵+加温消毒工艺”。
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