生物质秸秆静态与动态厌氧消化产甲烷潜能对比研究

中温(32~35℃)环境下,通过对固含率为15%三种不同粒径的发酵物料(0.5 cm以下、1~2 cm、3~5 cm)的厌氧消化过程分析,并且对固含率20%、25%、30%与带消化液回流的厌氧发酵实验研究,结果表明:三种不同粒径发酵物料产气量最大的是<0.5 cm,其次依次为1~2 cm,3~5 cm,考虑到粒径小容易酸化的原因,选择秸秆厌氧消化的粒径范围0.5~2.0 cm;小麦秸秆无回流间歇发酵的产气率可达到每立方米发酵物料2~3 m3/d,带消化液回流的厌氧发酵产气率达到2.2 m3/(m3.d);初始固含率8%的发酵物料经过消化液回流、排剩,最终发酵物的固含率为16.4%;小麦秸秆无回流间歇发酵产甲烷潜能最大达249.0 m3/t,对应的固含率为25%,带消化液回流的厌氧发酵产甲烷潜能达223.06 m3/t。     

沼液全量回流对农业废弃物沼气发酵的影响

为从源头实现沼液减量化,采用半连续进料方式,研究沼液全量回流用于农业废弃物沼气发酵的可行性.结果表明:纯秸秆沼气发酵过程中发酵液pH值、EC持续增加,总氮(TN)持续降低(第132d时仅为110mg/L),总挥发性脂肪酸(TVFAs)在94d后逐渐积累,日产气量逐渐下降,第104d时仅为产气稳定期时的50%,补氮后产气快速恢复,较补氮前大幅提高了1.5倍;与纯秸秆发酵相比,以秸秆猪粪混合物发酵避免了发酵过程中氮不足的问题,系统稳定性明显增强,且日产气量长期保持稳定,在沼液回流105d后TN和TVFAs有积累趋势,但对产气尚未表现出抑制.综上所述,在多元物料沼气发酵系统中进行沼液全量回流总体可行,但需关注铵氮和TVFAs累积问题.     

鸡粪与麦秸混合厌氧发酵产沼气特性

为深入研究混合发酵对秸秆厌氧发酵产沼气的影响,将4种不同形态的麦秸分别与鸡粪混合进行厌氧发酵产沼气,分析了试验过程中产气量,发酵液p H值、EC、总挥发性脂肪酸(TVFAs)、NH₄⁺-N和碱度的变化.结果表明:秸秆单独发酵产气量较低,不同形态秸秆单独发酵过程中发酵液各指标的变化趋势相似,总体为原秸秆高于一次发酵秸秆,搓揉秸秆高于未搓揉秸秆;鸡粪单独发酵累积产气量,发酵液p H值、EC、TVFAs、NH₄⁺-N和碱度等均高于秸秆单独发酵;混合发酵提高了秸秆的产气速率和产气峰值,缩短了峰值出现时间和达到80%总产气量的时间;将鸡粪与不同形态秸秆混合发酵对提高秸秆累积产气量的效果不同,在扣除鸡粪产气的影响后,鸡粪与原秸秆、搓揉秸秆、一次发酵秸秆和一次发酵秸秆搓揉混合发酵处理的秸秆TS产气量较相应的秸秆单独发酵分别提高了-12.19%、10.54%、13.01%和-12.21%;混合发酵各处理发酵液各指标的变化趋势相似,且处理间差异不显著(P>0.05),混合发酵日产气量和发酵液各指标的变化更温和,...     

厌氧发酵液回流降解含重金属水稻秸秆

针对含重金属水稻秸秆厌氧发酵过程产生的含重金属发酵液的处置问题,将其作为接种物对水稻秸秆进行回流,探究其反复回用以处理含重金属水稻秸秆的可能性。研究结果表明:厌氧发酵液回流可降解含重金属水稻秸秆,接种厌氧发酵液有助于降解水稻秸秆中木质素和半纤维素,水稻秸秆厌氧发酵释放的重金属对其厌氧发酵过程未产生明显抑制作用。在固液比为3.3%条件下,接种发酵液后含重金属水稻秸秆总甲烷产量和总产气量分别达到121.2,282.6 mL/g VS。秸秆中Cu、Cd、Pb和Zn的释放率分别达到94.22%、54.21%、72.67%和98.55%,沼渣中重金属含量达到GB 8172—87《城镇垃圾农用控制标准》要求,可实现还田利用。发酵结束后,发酵液中Cu、Cd、Pb和Zn浓度分别为0.30,0.073,0.10,2.57 mg/L。结果表明,接种厌氧发酵液可以促进水稻秸秆中重金属释放,进而实现含重金属秸秆和发酵液的联合处置。     

有机负荷对秸秆床反应器厌氧生物产沼气的影响

在实验室条件下,以打捆麦秸为固定相,以猪场废水为流动相,采用半连续进料方式,考察了不同猪场废水容积负荷对秸秆床反应器产沼气的影响.结果表明:发酵前25d,较高的猪场废水有机负荷对反应器产气有一定抑制,之后日产气量和容积产气量迅速增加,并明显高于低猪场废水有机负荷的处理,当猪场废水容积负荷为7.2kgCOD/(m3×d)时,厌氧反应器最大容积产气量达2.29m3/(m3×d),产气稳定后维持在1.52~1.76m3/(m3×d),较猪场废水容积负荷为2.4,1.44kgCOD/(m3×d)的处理分别提高了50%和130%以上,对产气中甲烷含量无明显影响;较高的猪场废水容积负荷不利于麦秸厌氧发酵产沼气,发酵后麦秸干物质损失率、纤维素和半纤维素分解率均与猪场废水容积负荷成反比,红外的结果与之一致.对发酵后麦秸水浸提液的DGGE检测表明,维持反应器高有机负荷、低发酵液HRT,促进了厌氧微生物在麦秸表面定植,微生物种群数量和丰富度均明显高于低有机负荷、高发酵液HRT的处理,反应器耐高有机负荷冲击的能力增强.采用秸秆床反应器处理农村常见的秸秆和畜禽养殖污水产沼气是可行的,且较高的废水有机负荷有利于提高反应器容积产气率.     

沼液回流时间对厨余垃圾高含固厌氧发酵的影响

研究了高温(55±2)℃下沼液回流时间(1,6,12,24 h/d)对厨余垃圾高含固(15%TS)厌氧发酵产氢的影响,并探讨了不同沼液回流时间下微生物群落的演替规律。结果表明:增加沼液回流时间可提高产氢量,缓解VFAs积累的抑制效应,回流时间为24 h/d时氢气累积产量最大,为111.44 L,VFAs浓度为28.34 g/L,比回流时间1 h/d时降低了15.40%。厨余垃圾厌氧发酵过程中延长回流时间可恢复酸化体系的pH,且未形成氨积累。回流时间较短(12 h/d)的S实验组中,随着发酵的进行,微生物群落结构多样性降低,在门水平上Firmicutes逐渐演替为优势菌(49.2%~89.5%),回流时间较长(24 h/d)的T实验组一直保持较高的微生物多样性,发酵结束时,Firmicutes、Chloroflexi、Proteobacteria、Euryarchaeota相对丰度分别为27.8%、33.6%、13.0%和12.3%;属水平上T实验组(24 h/d)的产氢菌相对丰度高于S实验组(12 h/d),发酵结束时产氢菌Clostridium和Thermoanaerobacterium的相对丰度分别为10.5%和3.2%。延长沼液回流时间可促进VFAs与葡萄糖代谢产氢。冗余分析表明,沼液回流时间和产气量主要与Firmicutes和Chloroflexi中菌属变化较明显相关。     

温和湿热预处理对稻秸理化特性及生物产沼气的影响

为考察温和湿热预处理提高秸秆产气速率的可行性,以水稻秸秆为原料,在湿热预处理温度80℃、物料含水率60%条件下,通过分析湿热处理前后稻秸理化特性及厌氧生物产气特性的变化,研究不同湿热预处理时间对秸秆预处理及产沼气效果的影响.结果表明,温和湿热预处理促进了稻秸有机物的溶出,预处理后稻秸水浸提液pH值有较大幅度下降,而COD、TVFA和乙酸含量均大幅度增加,与对照组相比,T1、T2和T3处理秸秆水浸提液COD浓度分别增加了47.19%、55.18%和60.62%,TVFA浓度分别增加了22.34%、33.98%和50.12%,乙酸浓度分别增加了19.52%、34.02%和49.37%,并且乙酸占TVFA百分比均超过85%以上,差异显著性分析表明,处理T1水浸提液各理化特性指标与对照组相比呈极显著差异,而不同温和湿热预处理之间无显著差异;对稻秸纤维素组分破坏效果明显,但不同预处理时间对秸秆木质纤维组分破坏效果影响不大;厌氧发酵产气的结果表明,温和湿热预处理可明显提高稻秸厌氧生物产沼气,发酵20 d平均容积产气率可提高12.53%以上,累积TS产气率可提高36.17%以上.可见,温和湿热预处理提高秸秆厌氧生物产沼气效果是可行的,考虑到工程应用中预处理能耗成本因素,湿热预处理时间以T1处理(即6 h)为宜.     

NaOH预处理对香蕉秸秆厌氧发酵产沼气的影响

以农村废弃资源香蕉秸秆为原料,采用试验室自制的厌氧发酵装置,在恒温35℃和发酵料液总固体质量分数为6%的条件下进行沼气发酵试验,研究不同质量分数(2%、4%、6%、8%) NaOH的预处理对香蕉秸秆厌氧发酵产气效果的影响。研究结果表明:香蕉秸秆经过NaOH预处理后与对照组(未经NaOH预处理)相比产气量明显增加,其中,NaOH预处理浓度为6%的处理组,发酵58 d时的总产沼气量、总产甲烷量、总固体(TS)产气量、总固体(TS)产甲烷量均最高,分别为21581. 00 mL、11878. 30 mL、548. 87 mL/g、302. 10 mL/g。经过NaOH预处理后的香蕉秸秆发酵过程中pH值在适宜的范围内波动,发酵前后发酵液中COD的降解率均达到60%以上。故综合来看,NaOH预处理能缩短香蕉秸秆厌氧发酵的启动时间,增加发酵体系的缓冲性和稳定性,提高产气效果,且NaOH预处理浓度为6%时,香蕉秸秆厌氧发酵效果最优。     

物料比对木薯渣与污泥干式厌氧共发酵产沼气的影响

干式厌氧发酵处理固体有机物废弃物技术具有沼气产率高、无沼液处理和运行成本低的优势,但目前关于木薯渣的干式厌氧发酵工艺条件的研究较少。在0.5 L反应器内,分别在TS 15%、TS 20%条件下,进行物料配比为0、10%、20%、40%、100%的木薯渣与污泥的干式厌氧共发酵实验,持续时间42 d,研究总固体和物料比对木薯渣与污泥共发酵产沼气过程的影响。与TS 15%处理相比,TS 20%处理具有较高的日产气量。随着木薯渣比例的增加,TS 15%和TS20%处理中,甲烷含量最大值分别为56.14%和65.86%,木薯渣的甲烷比产率均先增加后降低。对于木薯渣和污泥干式厌氧共发酵,TS 15%适宜的物料比为20%~40%,木薯渣所贡献的甲烷比产率为0.245,0.318,0.303,0.097 m3/kg(VS);TS 20%适宜的物料比为10%~40%,木薯渣所贡献的甲烷比产率为0.334,0.434,0.329,0.271 m3/kg(VS)。     

水解液出料和回流对秸秆水解产酸的影响

为了解秸秆两相发酵水解相水解液出料和回流对秸秆水解产酸过程的影响,以打捆麦秸为原料,在中温[(37±1)℃]条件下,采用批次进料方式,进行秸秆水解产酸实验.实验设置水解液出料量为排空、排1/2和排1/3,水解液回流频次为不回流、1d回流1次和3d回流1次.结果表明:水解液出料促进了秸秆有机物的水解溶出,水解液出料后秸秆中有机物大量水解溶出,水解液COD、SCOD浓度迅速回升,pH值迅速降低,TVFAs先增加后降低;水解液大出料量更有利于秸秆有机物水解溶出,水解液排空的处理累积COD获得量、TS损失率、半纤维素损失率和纤维素损失率较排1/3的处理分别提高44.45%、25.97%、30.23%和43.34%,排空的处理单位秸秆水解获得COD质量达0.33g COD/g秸秆;水解液回流对秸秆有机物水解溶出并未表现出明显的促进作用,但在实验后期对日产气量及产气中甲烷含量影响明显,3d回流1次的处理累积产气量和产气中甲烷含量均高于不回流和1d回流1次的处理.     

不同氮源对麦秆厌氧消化过程的影响

在中温[(35±1)℃]条件下,采用批式发酵方式,研究了不同氮源对麦秆厌氧消化过程的影响.结果表明,不添加氮源时,麦秆挥发性固体(VS)产气量为323.97mL/g,甲烷含量为64.38%;厌氧发酵后发酵液中各形态氮含量均大幅增加,发酵液中的氮以铵态氮和有机氮为主;发酵后的麦秆中木质素含量增加,纤维素结晶区受到一定程度的破坏.添加氮源提高了微生物的活性,产气速率大幅提高,VS产气量提高了35.37%~50.20%,但对甲烷含量的影响不大.除硝酸钾外,添加氮源的各处理发酵液中均以铵态氮为主,占总氮的70%以上,添加硝酸钾的处理最低,仅为54.60%,均远高于对照的38.49%.添加氮源及不同氮源对发酵液中硝态氮含量的影响不大;添加氮源促进了微生物对麦秆中纤维素和半纤维的破坏,但对纤维素结晶区的影响不大.在各种氮源中,以添加尿素的效果最好.     

辣椒秸秆不同部位化学组分及厌氧发酵产沼气潜力

以辣椒苏椒16号为试验材料,调查统计了辣椒生物量和产废系数,并在实验室条件下,研究了辣椒秸秆不同部位理化特性及厌氧发酵产沼气潜力,及各部位对辣椒整株的影响.结果表明：辣椒秸秆生物量高达21t/hm²,产废系数为0.36.辣椒秸秆各部位间理化特性及产沼气潜力具有显著性差异（P<0.05）,产沼气潜力大小顺序为：叶（185.2mL/gVS）>茎（104.2mL/gVS）>根（68.9mL/gVS）.各部位对辣椒整株的影响主要表现在纤维素和碳水化合物的相对含量对其产沼气的影响.且根据经验分子式推测的理论产沼气量,对辣椒秸秆厌氧发酵产沼气转化率进行了评估,各部位转化率均较低,其原因有待进一步研究.     

基于秸秆后发酵产沼气的一次发酵时间优化

采用"一次发酵+NaOH处理+二次发酵"工艺,以稻秸为原料,研究一次发酵时间对稻秸沼气发酵的影响.结果表明,一次发酵后的稻秸仍有一定的产气能力,干物质(TS)产气量为28.11～50.73mL/g TS,产气量大小与一次发酵时间成反比;一次发酵后的稻秸经NaOH处理后,稻秸物质结构受到明显破坏,有机物大量溶出,稻秸浸提...     

碱浸泡预处理对固体有机物厌氧消化的影响研究

为提高稻草的产气量并确定最理想的NaOH用量,采用不同浓度的NaOH溶液对稻草进行了浸泡预处理,并在完全混合厌氧消化工艺条件下,分析消化过程的pH值、VFA、COD和产气量等随时间的变化情况.结果表明,在经过NaOH溶液的浸泡处理以后,稻草厌氧消化的气体产量提高了38%～119%,其中甲烷含量从46%提高到59%,VS的去除率从38%提高到51%.实验证明,NaOH溶液对稻草的厌氧消化能力具有显著的促进作用,但Na 的存在也对消化造成了一定的阻抑作用.综合考虑实验结果后认为,浓度为6%的NaOH溶液的处理效果最为理想.     

秸秆高固体厌氧消化预处理实验研究

农作物秸秆含有大量难降解的木质素,难于直接被厌氧微生物利用,降低了高固体厌氧消化技术处理农作物秸秆的效率.本研究采用4种不同化学药剂浸泡的方法对秸秆进行预处理以破坏木质素结构、加快高固体厌氧消化的进程.实验分别利用浸泡液COD浓度、COD溶出总量和14 d加速产气实验结果来表征预处理效果,考察了预处理药剂种类、浓度,预处理时间、温度,秸秆种类及其破碎程度等因素对预处理效果的影响.结果表明,NaOH溶液是预处理效果最好的药剂,提高秸秆的破碎程度和预处理温度,同样能提高预处理效果.利用4 mg/L的NaOH进行秸秆预处理,14 d加速产气实验共产气约1?500 mL(10　g秸秆);预处理24 h后其浸泡液COD浓度达到39?000　mg/L.经过NaOH溶液预处理,秸秆中难降解木质素的含量从28%下降到19%,有利于提高高固体厌氧消化技术处理秸秆的效率.     

NaOH处理对互花米草深度气化利用的影响

在实验室条件下,考察了NaOH固相处理用于互花米草中温干式发酵以及一次发酵后沼渣二次发酵的预处理方式的可行性,从产气特性、物质转化等角度进行了系统的分析.结果表明,NaOH处理对互花米草中温干式发酵产气未表现出促进作用,干物质（TS）产气量为358.94 mL/g,仅为CK的92.42%,但甲烷平均含量提高了1.84%...     

生活垃圾协同水葫芦干式厌氧发酵制沼气的研究

探讨了水葫芦和生活垃圾在中温条件下联合发酵的可行性,研究了系统总固体含量(TS)、发酵母液添加比例(IR)以及水葫芦添加比例(WR)对厌氧发酵过程的影响。试验结果表明,添加5%的水葫芦能够有效防止因TS和IR的变化对系统pH值所带来的影响,缩短发酵启动时间,使产气高峰集中出现,并提高产气量。但是当水葫芦添加比例增加到10%时,沼气产量反而下降。发酵70 d后,挥发性固体(VS)降解率为38.18%～58.10%。通过对正交试验结果进行分析,得到水葫芦与生活垃圾联合发酵制沼气的较优工艺条件为:系统总固体含量23%,发酵母液添加比例100%,水葫芦添加比例5%。     

Phosphorus recovery from biogas fermentation liquid by Ca-Mg loaded biochar

Shortage in phosphorus (P) resources and P wastewater pollution is considered as a serious problem worldwide. The application of modified biochar for P recovery from wastewater and reuse of recovered P as agricultural fertilizer is a preferred process. This work aims to develop a calcium and magnesium loaded biochar (Ca-Mg/biochar) application for P recovery from biogas fermentation liquid. The physico-chemical characterization, adsorption efficiency, adsorption selectivity, and postsorption availability of Ca-Mg/biochar were investigated. The synthesized Ca-Mg/biochar was rich in organic functional groups and in CaO and MgO nanoparticles. With the increase in synthesis temperature, the yield decreased, C content increased, H content decreased, N content remained the same basically, and BET surface area increased. The P adsorption of Ca-Mg/biochar could be accelerated by nano-CaO and nano-MgO particles and reached equilibrium after 360 min. The process was endothermic, spontaneous, and showed an increase in the disorder of the solid-liquid interface. Moreover, it could be fitted by the Freundlich model. The maximum P adsorption amounts were 294.22, 315.33, and 326.63 mg/g. The P adsorption selectivity of Ca-Mg/biochar could not be significantly influenced by the typical pH level of biogas fermentation liquid. The nano-CaO and nano-MgO particles of Ca-Mg/biochar could reduce the negative interaction effects of coexisting ions. The P releasing amounts of postsorption Ca-Mg/biochar were in the order of Ca-Mg/B600 > Ca-Mg/B450 > Ca-Mg/B300. Results revealed that postsorption Ca-Mg/biochar can continually release P and is more suitable for an acid environment.