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太阳能控温的厌氧发酵具有广阔的应用前景,目前已经成为国内外研究的热点,沼气工程中常用的加热方式是将沼气锅炉、发电余热、地源热泵等热源合理配置,进行联合增温,既节能环保,也减少资源浪费。但是,目前国内外已有研究主要集中在太阳能控温湿发酵过程,尚没有太阳能控温的厌氧干发酵过程研究,为此搭建了两套太阳能控温的干湿厌氧发酵系统,在实际工况下进行试验研究。本课题以太阳能控温的干湿厌氧发酵系统为研究对象,干湿发酵固体质量分数(TS)分别为20%和8%,在夏季设定发酵温度为37±1℃、冬季发酵温度26±1℃,接种物比例均为30%时,分别在夏季和冬季实际工况下进行了批式试验研究,研究了干湿发酵罐日升温速率、发酵温度波动性、发酵罐散热损失、典型天气下太阳能控温能力及日产气量等参数的变化情况。为了确保试验顺利进行,前期进行了系统能量平衡和太阳能集热面积计算,并在试验过程中得到了验证。夏季研究结论如下:(1)启动阶段,湿发酵罐日升温速率优于干发酵。在阴雨天湿发酵升温速率波动幅度大于干发酵是由于湿发酵TS值较低,综合传热系数比干发酵高,因此发酵罐散热量高于干发酵。由前3d湿发酵罐进出口温差整体高于干发酵可知,在阴雨天湿发酵罐料液之间传热效果仍优于干发酵,相同工况下太阳能集热器向湿发酵罐输送的热量更多,因此湿发酵升温速率更快。(2)试验周期内,平均环境温度变化范围为15.2～27.5℃。在干湿发酵进入稳定产气时期后,太阳能集热器在维持发酵罐37±1℃恒温发酵的同时还可向系统外输出59.1～94.4℃的高温热水。系统在经历天气条件频繁变化后,发酵罐温度依然可以维持37±1℃,由此可知,全玻璃真空管太阳能集热器可以为有效容积为3 m3的发酵罐进行增温保温,并且太阳能集热器的控温能力较强。(3)启动过程中,湿发酵料液温度和发酵罐散热损失一直高于干发酵,湿发酵罐散热损失为0.084～0.556 kW·h,干发酵罐散热损失为0.053～0.478 kW·h,湿发酵罐日平均散热损失比干发酵高16.3%～58.5%。与增温阶段发酵罐散热损失相比,稳定运行时期发酵罐每天散热损失比加热初期发酵罐散热损失略大。发酵周期内,干湿发酵累计产气量分别为51.38和40.3 m3,干湿发酵日产气峰值为2.20和1.90 m3。在干湿发酵物料总量相同的情况下,湿发酵TS值较低,干物质含量比干发酵少,最终进入产气阶段的有机物数量较低,因此湿发酵产气周期相对较短。冬季研究结论如下:(4)试验启动过程中平均环境温度为-9.2～-1.7℃,最低环境温度为-15.1℃。干湿发酵日升温速率最高分别为3.9和5.1℃。启动期间环境温度普遍较低,湿发酵在低温条件下依然比干发酵提前进入稳定期,湿发酵提前结束增温是由于其TS值较低,发酵罐内含水量比干发酵高,在发酵原料、接种量和保温层厚度相同的情况下,湿发酵料液综合传热系数比干发酵大,发酵罐内牛粪、接种物、水之间的传热效果比干发酵好,使得湿发酵罐升温速率较快。(5)试验期间平均环境温度主要集中在-5±1.5℃,干湿发酵太阳能热水温度最低值分别为27.7和29.9℃,最高分别达到72.5和73.4℃,这就确保了太阳能集热器可以持续为发酵罐提供热量。太阳能控温的干湿发酵系统在冬季寒冷天气条件下既使经历阴雪天,也可以实现26±1℃恒温发酵,系统恶劣天气下的抗干扰能力较强。(6)系统启动期间,湿发酵散热损失为0.319～1.058 kW·h,干发酵启动时间稍长,散热损失为0.288～1.112 kW·h;当干湿发酵罐均在增温阶段时,湿发酵罐每天散热量比干发酵罐高10.8%～13.4%。试验期间,湿发酵第1个产气峰值为1.54 m3,干发酵第1个产气峰值2.36 m3。干发酵累计产气量为61.4 m3;湿发酵累计产气量为43.12 m3。湿发酵由于TS值较低,干物质含量少,产气周期相对较短。通过试验研究可以得出:太阳能控温的干湿厌氧发酵系统在试验过程中,湿发酵由于TS值较低,含水率较高,料液内部传热效果较好,因此升温阶段,湿发酵日升温速率要优于干发酵,并且日平均散热损失一直比干发酵高;当系统稳定运行时,发酵罐散热损失略高于增温过程。系统在经历连续阴雨/阴雪天时,太阳能集热器依然可以维持发酵罐37±1/26±1℃恒温发酵,且产气量好,说明太阳能控温的厌氧发酵系统比较稳定可靠。干湿发酵由于固体质量分数不同,产气时间也不同,湿发酵由于固体质量分数较低,产气时间比干发酵少。