外加纤维素酶和α-淀粉酶对猪粪厌氧发酵的促进机制

为有效缩短有机物厌氧发酵限制阶段的反应时间,提高发酵底物的生物产甲烷效率,以猪粪为发酵底物,添加外源纤维素酶和α-淀粉酶,应用一级动力学模型和Gompertz模型拟合厌氧发酵过程.结果表明:适量添加纤维素酶和α-淀粉酶对厌氧发酵系统的水解反应具有积极的促进作用,当两种酶的总添加量为40 mg/g、纤维素酶和α-淀粉酶配比为1:3时促进作用最为显著,其多糖浓度、TVFAs（乙酸、丙酸、丁酸和戊酸的统称）浓度峰值、累积沼气产气量、甲烷产率（基于猪粪中挥发性固体含量计算）分别为4 494 mg/L、8 666 mg/L、187 688 mL、392.1 mL/g,与CK（对照）组比分别提高了171.0%、23.3%、23.5%、24.3%.相关性分析表明,外源酶的添加对厌氧发酵系统中微生物可利用的C/N具有显著影响,可有效促进TVFAs转化产甲烷,当纤维素酶和α-淀粉酶配比为1:3时,厌氧发酵过程具有最大反应速率〔32.95 mL/（g·d）〕,与CK组相比水力停留时间（HRT）缩短了2.5 d,生物产甲烷效率提高了24.3%,厌氧发酵过程符合Gompertz模型（R2=0.999 2）.研究显示,纤维素酶和α-淀粉酶对促进猪粪厌氧发酵有协同作用,当α-淀粉酶添加量不超过30 mg/g时,α-淀粉酶添加量与甲烷产率呈正相关;当纤维素酶添加量超过10 mg/g时,纤维系酶添加量与甲烷产率呈负相关.      

污泥热解液与牛粪混合厌氧消化特性研究

为处理污泥热解液并利用其中所含的能量,研究了250~550℃温度下产生的污泥热解液单独厌氧发酵和与牛粪混合厌氧消化的特性.首先研究250~550℃热解液单独厌氧发酵的情况,发现各温度下热解液可发酵、且350℃下热解液产气性能相对较好;但是总体上产气量很少.其次以250℃下的热解液为例,研究与牛粪在高温[（55±1）℃]下混合厌氧发酵时不同质量比（5/80,10/80,15/80;g/g）的影响,发现热解液在一定程度上抑制了牛粪的厌氧发酵,且热解液的量越大抑制作用越明显.第三步选择最低的热解液添加量比5/80,研究热解温度（250~550℃）对混合物厌氧发酵的影响;结果表明,350℃下的热解液与牛粪混合厌氧发酵累计产气量最高,达116.42mL/g VS,高于纯牛粪对照组的110.36mL/g VS;其他依次是550℃组、450℃组和250℃组.另外,550℃组的总挥发性脂肪酸（TVFA）的初始值最高,为1528mg/L,发酵后降低至254mg/L,为最大降幅,证明污泥热解液中的有机物得到有效降解.因此,适当热解温度下的污泥热解液可以适量与牛粪进行混合厌氧发酵,为污泥热解液处理和能源化提供新出路.     

Co对腈纶废水厌氧处理效果的影响

利用厌氧反应装置,以腈纶废水为处理对象,通过2组试验,对比了微量金属(Co)投加前后废水中有机物降解情况、累积产气量、三维荧光光谱图以及微生物生长情况,研究了微量Co对腈纶废水厌氧处理效果的影响.结果表明:当Co的投加浓度〔以ρ(CoCl2)计〕为1.0 mg/L时,CODCr去除率达71.7%,累积产气量达到22.5 mL;当Co的投加浓度超过10 mg/L时,CODCr去除率为20%左右,累积产气量8.5 mL,未投加Co元素的空白对照组CODCr去除率为43.1%,累积产气量为10 mL.显示微量Co对腈纶废水厌氧生物降解具有一定的促进作用.      

堆肥预处理对麦秸与奶牛废水混合物厌氧产沼气的影响

为深入探讨堆肥预处理对秸秆厌氧发酵产沼气的影响,分别以堆肥0d(T1)、3d(T2)、6d(T3)和9d(T4)的麦秸与奶牛废水混合物(质量比1:2)为原料进行厌氧消化实验.结果表明,堆肥造成麦秸干物质(TS)大量损失,堆肥3,6,9d麦秸TS损失率分别为2.63％、11.46％和20.00％,各处理间差异显著,堆肥后麦秸纤维素结晶程度增强;厌氧发酵后,T1、T2、T3和T4的TS产气量分别为377.50,388.85,354.71353.65mL/g,考虑到堆肥过程中麦秸TS的损失,T2、T3和T4的TS产气量仅为T1的100.30％、83.19％和77.59％;各处理麦秸产气中甲烷含量差异不显著(P=0.3681);堆肥后麦秸产气速率和气峰值均增加,T2、T3累积产气量达到总产气量80％的时间较对照提前了8d和2d,T2产气峰值较对照增加了2.65mL/d,但堆肥9d麦秸产气速率和产气峰值反而降低;厌氧发酵后麦秸TS和挥发性固体损失率均随着堆肥时间的延长而降低.从提高麦秸产沼气量的角度看,堆肥预处理并不合适,但对加快反应器启动,提高麦秸产气速率有一定促进作用,以堆肥3d的效果最好.     

不同碱液处理对玉米秸秆中温发酵产气的影响

通过自行设计的恒温厌氧发酵装置,研究NaOH、KOH和Ca(OH)_23种碱液预处理对玉米秸秆中温(35℃)厌氧发酵的影响。结果表明,玉米秸秆中温厌氧发酵时,NaOH预处理效果要好于Ca(OH)_2,而KOH预处理则达不到提高产气效率和累积产气量的效果,其中4‰Ca(OH)_2、4‰和8‰Na OH对玉米秸秆预处理效果要强于自来水对照,整个发酵过程均未出现产气停滞,分别在115、116和118 d时发酵完全,发酵结束时的累积产气量相比自来水对照分别提高了17.70%、21.87%和2.34%。最优组合预测模型显示,Na OH在中温条件下对玉米秸秆预处理的最佳质量浓度为4‰,120.0 d发酵完全,产气速率达51.07 m L/d,最大干物质累积产气量为383.00 m L/g;Ca(OH)_2在中温条件下对玉米秸秆预处理的最佳质量浓度为2‰,114.9 d发酵完全,产气速率为46.43 m L/d,最大干物质累积产气量为348.22 m L/g。可见,在玉米秸秆中温厌氧发酵时,利用质量浓度4‰Na OH和2‰Ca(OH)_2对其进行预处理是可行的,其中4‰Na OH的预处理效果要强于2‰Ca(OH)_2。     

金属离子对青霉素菌渣厌氧发酵产气模型分析

为比较响应面法与反向传播神经网络法在厌氧发酵过程中的应用效果,以青霉素菌渣为原料,通过单因素和Box-Behnken法设计试验,在发酵体系中添加不同量的Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺,以确定其对青霉素菌渣厌氧产气性能的影响.结果表明,Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺单一最佳添加量为：500mg/L、30mg/L、0.3mg/L,产沼气量较对照分别提高了：102.18%、45.48%、60.12%.其促进作用随添加浓度增大呈现：弱-强-弱趋势.使用响应面法及反向传播神经网络法对金属离子添加量进行建模优化,并使用批式厌氧发酵进行验证.响应面法建模预测Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺最佳混合添加浓度为：440.94mg/L、16.22mg/L、0.39mg/L,预测累积产沼气量为1314.49mL,R²=0.972,试验与验证相对误差为4.65%;反向传播神经网络法建模Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺最佳混合添加浓度为495mg/L、21mg/L、0.5mg/L,预测产沼气量为1551.55mL,R²=0.991,试验与验证相对误差为0.47%.反向传播神经网络法建模具有更好的拟合效果且与验证试验误差小,是一种更有效的仿真方法.说明该方法在优化厌氧发酵金属离子添加具有应用潜力,同时也为厌氧发酵条件优化提供新思路.     

土霉素对厌氧发酵中酶活性和甲烷产量的影响

以猪粪为原料,小麦秸秆为调节物质,在小型厌氧发酵装置进行中温(37℃)厌氧发酵试验,研究了外源添加土霉素(OTC)对厌氧发酵过程中累积甲烷产量、脲酶活性和脱氢酶活性的影响以及土霉素的浓度变化情况.依据土霉素的添加量不同,试验共设置4个处理:CK处理,L处理(OTC质量分数60 mg·kg-1),M处理(OTC质量分数100 mg·kg-1),H处理(OTC质量分数140 mg·kg-1).结果表明:厌氧发酵初期,土霉素对甲烷累积产量有一定的促进作用,以后转变为抑制作用.厌氧发酵结束时,同对照相比,L至H处理甲烷累积产量依次减少了8.9%,4.6%,9.4%.厌氧发酵初期,土霉素对脲酶活性有一定的促进作用,随后转变为抑制作用;厌氧发酵前期,不同浓度土霉素对脱氢酶活性均表现为抑制作用,厌氧发酵后期,只有H处理的脱氢酶活性显著小于对照.土霉素含量在第10 d大幅度减少,30 d后土霉素含量基本维持不变.     

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。     

基于仿生学的一体式两相厌氧反应器的运行研究

反刍动物瘤胃对纤维素类物质具有强大的消化能力,在厌氧发酵领域备受关注.为了增加秸秆等物质的资源化利用途径,本文基于仿生学的原理,设计了一体式两相新型厌氧反应器,并以秸秆、猪粪和河道底泥为底物进行干式共发酵,研究了该反应器的水解酸化和产甲烷性能.结果表明：反应器在1～6 d的产气速率较快,单位体积累积产气量的增长速率为366.87 mL/d,最快产气速率为22.3 mL/(g·d)(以每g挥发性固体每天产生的沼气体积计);发酵过程挥发性固体的产气量为0.13 L/g;发酵过程中pH在7.3～8.2之间变化,p H与挥发性脂肪酸(VFAs)浓度整体上呈现相反的变化趋势,说明反应器内未发生氨抑制现象;第1～21天,主反应室产生的溶解性化学需氧量(SCOD)在次反应室中被充分利用,实现了水解过程和水解产物利用过程的分离;厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)是反应器中最丰富的两个菌门,均具有水解和产酸能力.基于瘤胃设计的反应器既具有不同水解程度底物分层和持续吸收VFAs的效果,又有上部水解和产酸、下部产甲烷的一体式两相厌氧发酵效果.研究显示,该反应器可有效延长...     

高温碱间歇式处理对互花米草厌氧发酵特性的影响

以互花米草为原料,采用中温(35±1)℃批式发酵的方式,考察了NaOH高温碱间歇式处理对互花米草厌氧消化过程的影响.结果表明,互花米草一次发酵至产气停止,单位TS产气量为263mL/g,发酵过程中出现酸化现象, pH值最低为5.17.二次发酵原料为一次发酵后的固体残余物,主要组分为可分解有机物以及一些难分解有机物,过程中未出现酸化现象, pH值经短暂下降后很快稳定在7.5左右,累积产气量在一次发酵的基础上提高了46%.互花米草单位TS产气量为383mL/g.消化液中有机酸乙酸含量最大,丙酸和丁酸含量相当.     

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%...     

NaOH处理对互花米草高温干式厌氧发酵的影响

为了解NaOH处理对互花米草厌氧发酵的影响,在高温（55℃±1℃）和互花米草初始干物质含量为20％条件下,考察了NaOH处理对互花米草厌氧发酵产气特性、物质结构和组成以及发酵后互花米草水浸提液理化特性的影响．结果表明,互花米草经5％NaOH处理后,产气受到明显的抑制,累积产气量仅为CK的76．68％;碱处理配合水洗可有...     

膨润土对鸡粪序批式厌氧消化特性的影响

为考察外源添加物——膨润土对鸡粪厌氧消化特性的影响,在中温〔(35±1)℃〕条件下,采用L₈(23)正交试验设计,考察了膨润土添加量(w,以干基计,下同)、鸡粪VS(挥发性固体)添加量、厌氧消化污泥接种量对鸡粪厌氧消化过程中产气、pH、氨氮形态、EC(电导率)等的影响. 结果表明:添加1.5%和3.0%的膨润土均能显著提高鸡粪VS产CH₄量,并且在高鸡粪添加量情况下达到极显著水平(P<0.01);当膨润土添加量为3.0%、厌氧消化污泥接种量为20%时,VS累积产CH₄量达到301.92 mL/g,比对照组(160.76 mL/g)提高了87.80%;当鸡粪VS添加量相同时,添加1.5%和3.0%的膨润土均能极显著地降低消化料液的ρ(TAN)(TAN为总氨氮)(P<0.01),并且可以减少鸡粪厌氧消化过程中ρ(FAN)(FAN为游离氨)的剧烈变化;添加膨润土还能极显著地降低鸡粪厌氧消化料液的EC. 研究显示,添加膨润土有利于缓解鸡粪厌氧消化过程中氨氮抑制,提高系统稳定性,并可显著改善厌氧消化整体性能.      

蒸汽爆破对污泥和餐厨垃圾联合厌氧消化的促进效果

鉴于蒸汽爆破（简称"汽爆"）预处理对污泥和餐厨垃圾联合厌氧消化的影响还鲜有报道,为探讨汽爆预处理对污泥和餐厨垃圾联合中温厌氧消化的促进效果及经济可行性,利用小型发酵罐在35℃下开展了未预处理污泥和餐厨垃圾联合消化、汽爆污泥单独消化、汽爆污泥和餐厨垃圾联合消化的试验,并进行能耗分析.结果表明,未预处理污泥与餐厨垃圾联合消化阶段,VS（挥发性固体）去除率为33.9%,沼气产率为311.0 mL/g（以投料VS计）;汽爆污泥单独消化阶段,VS去除率和沼气产率均略高于未预处理污泥与餐厨垃圾联合消化阶段,但反应器ρ（NH₄+-N）过高,影响产气稳定性,沼气φ（CH₄）较低.汽爆污泥与餐厨垃圾联合消化阶段,VS去除率和沼气产率分别达到49.5%和420.5 mL/g,显著优于未预处理联合消化阶段.能耗分析表明,预处理的升温过程使汽爆预处理整体能耗偏高,但若能有效回收70%的热量,则汽爆预处理可提高污泥-餐厨垃圾联合中温厌氧消化工艺3.34 kW·h/t（以污泥量计）的能量产率.研究显示,汽爆预处理可提高污泥和餐厨垃圾联合中温厌氧消化工艺35.2%的沼气产率,但由于预处理能耗较高,预处理过程中热能的有效回收是汽爆预处理应用于污泥和餐厨垃圾联合中温厌氧消化经济可行的关键.      

鸡粪与互花米草沼渣混合发酵产甲烷的研究

在中温(35℃±1℃)条件下,采用批式发酵方式,进行了鸡粪与互花米草沼渣不同混合比例的厌氧发酵实验.实验设置鸡粪∶互花米草沼渣干物质(TS)比分别为5∶0(T1)、4∶1(T2)、3∶2(T3)、2∶3(T4)、1∶4(T5)和0∶5(T6)共6个处理.结果表明,经中温干发酵后的互花米草沼渣仍具有一定的厌氧产沼气能力,TS产气量为107.25 mL.g-1,甲烷含量为76.92%,厌氧微生物对互花米草沼渣纤维素的结晶区有一定的破坏作用,厌氧发酵后纤维素的相对结晶度指数CrI下降了5.55%;将鸡粪与互花米草沼渣混合发酵,明显提高了原料的厌氧产气性能,T2的产气效果最好,T1、T3～T6的累积产气量分别为T2的61.31%、62.09%、52.15%、39.74%和31.67%;鸡粪与互花米草沼渣混合发酵的产酸类型为混合型发酵,发酵过程中未出现酸化现象;混合发酵对破坏互花米草沼渣纤维素的结晶区有利,促进效果在1.13%～21.61%.     

牛粪对互花米草混合厌氧消化过程的影响研究

以互花米草和牛粪为原料,采用中温（35℃）批式发酵的方式,考察了添加牛粪对互花米草厌氧消化过程的影响.结果表明,互花米草单独发酵时,单位VS产气量为222.61 mL/g,发酵过程出现酸化现象,pH最低为5.60;添加牛粪改善了厌氧微生物的生存环境,提高了系统的缓冲能力,发酵过程未出现酸化现象,pH经短暂下降后很快恢复到7.2～7.5,累积产气量提高了38.83%,互花米草单位VS产气量为309.05 mL/g.混合发酵对消化液中有机酸产量影响不大,但有机酸高峰提前5d出现.FTIR表明,混合发酵促进了微生物对互花米草中易分解有机物的利用.发酵前、后和混合发酵互花米草的结晶度指数cri分别为0.617 6、　0.620 0和0.615 4.     

互花米草厌氧消化产沼气的实验研究

为探索入侵物种互花米草厌氧生物处理的可行性,研究了互花米草中温批式厌氧发酵的产气特性和物质转化过程.结果表明,互花米草的产气率随VS负荷的增加呈现先增加后降低的趋势,当VS浓度为6.0%时,产气效果最好,产气量为294.84mL/g VS.发酵过程中,有机酸先增加后降低,pH值与有机酸呈极显著的负相关(R=-0.97508),该发酵过程为丁酸型发酵.互花米草中的维管束、薄壁细胞以及纹孔,有利于其进行厌氧生物处理, 发酵后的互花米草外观变得毛糙,出现了很多丝状物,维管束结构破坏严重,皮层和薄壁细胞不易被厌氧微生物破坏.FTIR和XRD结果显示,厌氧微生物不但利用互花米草中的易分解有机物,对纤维素的结晶区也有一定的破坏,发酵后的互花米草木质素相对含量增加.     

不同TS浓度互花米草沼渣二次发酵特性研究

中温（35±1）℃条件下,沼渣经6%的NaOH常温下处理48 h后,在TS含量8%、10%、12%的条件下沼气发酵.分析了发酵过程中日产气量、累积产气量、甲烷含量、pH值、挥发性脂肪酸（VFA）的变化,从不同角度考察TS含量负荷对沼渣二次发酵特性的影响.单位TS的日产气高峰分别达10、14、13 mL.g-1,累积产气率为217、227、228 mL.g-1,甲烷含量均在65%以上.发酵过程中最低pH为7.04.乙酸浓度最高分别为3 364、3 286、5 728 mg.L-1,丙酸和丁酸浓度均低于1 100 mg.L-1.结果表明,沼渣为难降解有机物,分解缓慢,不易出现酸化现象,但仍具有较强的产气潜力.     

市政污泥与玉米秸秆混合高温厌氧发酵产甲烷研究

以实验室自主驯化的二沉池污水为接种物,对我国天津、昭通、太原3个城市的市政污泥和玉米秸秆混合物进行了高温(55℃)厌氧发酵,考察了不同发酵体系下发酵液pH、单日产气量、累积产气量、甲烷产率等指标随发酵时间的变化情况。结果表明:污泥单独发酵几乎不存在酸化现象,稳定后的发酵液pH值高于混合发酵试验组;污泥单独发酵系统的最大单日产气量出现在第1,2天,发酵系统加入玉米秸秆后最大单日产气量出现的时间有所延迟;天津污泥单独发酵(20 g-TS)的累积产气量达到2004 mL,高于其他2组;所有发酵系统的VS去除率均达到40%以上;随着发酵过程稳定,甲烷含量维持在70~85 vol.%,天津污泥单独发酵的甲烷产率达到141.01 mL/g-VS;Modified Gompertz拟合表明污泥单独发酵不符合"S"曲线,该系统下发酵停滞期较短,污泥与玉米秸秆质量比为3:1或2:1时甲烷产率、产甲烷速率和发酵停滞期具有一定优势。