外源葡萄糖对麦秸厌氧发酵产沼气的影响

为进一步阐释混合厌氧发酵的内在机制,在中温(35±1)℃条件下,以麦秸为原料,以葡萄糖为外源易分解有机碳,采用批式发酵方式,进行了葡萄糖不同添加量和不同添加方式对秸秆厌氧发酵产沼气影响试验。结果表明,在试验初始添加葡萄糖可提高日产气量,但葡萄糖添加量太少对提高秸秆总固体(TS)产气量无促进作用,当葡萄糖添加量为秸秆TS质量的6%时获得最大秸秆TS产气量,为303.13 m L·g-1,继续增加葡萄糖添加量,秸秆TS产气量反而降低;在秸秆厌氧发酵日产气量下降阶段一次性或者分次添加葡萄糖对促进秸秆厌氧发酵产沼气均无效果,仅在试验初始一次性添加秸秆TS质量6%的葡萄糖时对秸秆厌氧发酵产沼气有促进作用,秸秆TS产气量较对照提高9.24%;添加葡萄糖对秸秆厌氧发酵过程产气中甲烷含量无明显影响,但提高累积产气中甲烷平均含量,且在日产气量下降后添加葡萄糖的效果更好,但这种促进效果与对照间差异并不显著。综合以上结果,在试验初始一次性添加秸秆TS质量6%的葡萄糖可以获得最佳的产气效果。     

添加蚓粪对玉米秸秆厌氧发酵产气特性的影响

以玉米秸秆为原料,总固体(TS)含量为50g.kg-1,采用中温35℃批式发酵,考察了添加蚓粪对玉米秸秆厌氧发酵产气的影响。结果表明:玉米秸秆单独发酵时,单位TS产气量为333.3mL.g-1,甲烷产量为202.0mL.g-1,并在反应初期出现酸化现象;蚓粪与玉米秸秆TS质量比为1:1进行发酵时,单位TS产气量为400.0mL.g-1,甲烷产量为269.6mL.g-1,相对于玉米秸秆单独厌氧发酵分别提高了20.0%和35.5%,且反应过程中未出现酸化现象。说明蚓粪适合作为玉米秸秆厌氧发酵产气的添加剂。     

两相厌氧发酵互花米草的特性

利用两相(固态水解酸化相+湿式发酵产甲烷相)发酵互花米草,通过尿素的添加来调整厌氧发酵互花米草的碳氮比,考察两相厌氧发酵互花米草的特性;并利用FTIR考察水解发酵前后互花米草结构的变化.研究结果表明,由于固态水解渗滤液对尿素的淋滤,产生高浓度的氨氮溶液,抑制了湿式发酵产甲烷反应器中的甲烷菌;通过53 d的两相发酵互花米草,单位挥发性固体(VS)累积产气量仅为98.6 mL.g-1(0℃),转化率是理论产气量的17.5%;游离性氨(FA)浓度超过55 mg.L-1,就会严重抑制高温甲烷菌;红外光谱分析表明,石灰堆沤预处理对互花米草结构改变较小;只有大幅度的强化预处理,才能显著提高互花米草发酵的产气量.     

沼液全量连续回流对稻秸厌氧发酵特性的影响

秸秆厌氧发酵沼气工程中合理的沼液回流可减少沼液排放量,降低后续沼液处置利用成本。以稻秸为底物,采用完全混合搅拌反应器(CSTR)半连续发酵方式,研究沼液全量连续回流对稻秸厌氧发酵特性的影响,旨在为明确沼液全量回流对秸秆厌氧发酵的影响机制、改进沼液全量回流技术提供科学依据。结果表明:在100%沼液回流条件下连续回流50 d时系统运行稳定,总固体(TS)产气率、挥发性固体(VS)产气率及容积产气率分别稳定在245 m L·g-1、300 m L·g-1及0.74 L·L-1·d-1。但随着运行时间延长,回流天数达85 d时,虽然发酵液pH值和沼气中φ(CH4)无明显变化,但系统产气效率明显受到抑制。产气受抑制阶段与产气稳定阶段相比,TS产气率、VS产气率及容积产气率分别下降到186 m L·g-1、226 m L·g-1及0.56 L·L-1·d-1,下降幅度达24%。进一步分析表明,沼液中ρ(NH4+-N)下降到185 mg·L-1,下降幅度为71%;主要金属离子总质量浓度增加到4.13 g·L-1,增加幅度为342%。初步判断沼液全量连续回用会因氮含量严重下降和盐分积累致系统产气量下降,但真实原因还有待进一步研究。     

产氢细菌FSC-15对稻草秸秆厌氧发酵产甲烷的影响

产氢细菌是厌氧发酵过程中重要的功能微生物.将分离自纤维素降解产甲烷复合菌系FSC的产氢细菌FSC-15回补至复合菌系,通过监测氢气产量、甲烷产量、脂肪酸浓度及秸秆降解效率,探究产氢细菌对水稻秸秆水解产甲烷代谢及微生物群落结构的影响.结果显示:添加菌株FSC-15使FSC中纤维素、半纤维素和木质素降解率分别提高了17.33%、28.61%和47.21%,对复合菌系FSC中秸秆降解效率有一定促进作用.培养第3天,氢气产量相比复合菌系FSC提高了41.18%,为产甲烷菌提供更充足的底物,使甲烷产量提高1倍.高通量测序结果显示,Ruminococcaceae和Methanobacteriaceae分别是水稻秸秆厌氧发酵产甲烷体系中水解纤维素和产甲烷的主要类群,Methanobacteriaceae是厌氧发酵体系挥发酸含量较高时产甲烷的主要物种,补加产氢细菌FSC-15对厌氧降解纤维素产甲烷菌系中的细菌群落结构无明显影响,但可以改变古菌的物种多样性及丰度.本研究证明向水稻秸秆厌氧发酵体系补加功能微生物能有效提高体系甲烷产量,可为调控水稻秸秆厌氧消化技术提供理论支撑.     

餐厨垃圾与污泥联合两步厌氧发酵产酸阶段条件优化试验

以污水处理厂活性污泥为接种物,以餐厨垃圾为发酵底物进行两步厌氧发酵产气试验,考察了产酸阶段初始pH值、温度及发酵物的预处理方法对两步发酵产气的影响.结果表明,产酸阶段的初始pH值以5.0最佳,气体的累计产气量最大,为13.69 mL·g-1TVS,产酸阶段的温度以65℃最佳,产气的累计产气量最大,为74.35 mL·g...     

麦秸与奶牛场废水高固体混合厌氧发酵产甲烷研究

在实验室条件下,以麦秸和奶牛场废水为原料,设计麦秸与奶牛场废水质量比1∶4(T1)、1∶3(T2)和1∶2(T3)以及对照(麦秸与水质量比1∶4(T4))4个处理,研究发酵过程中日产气量、甲烷含量、发酵前后麦秸理化特性和结构的变化.结果表明,奶牛场废水与麦秸在中温、高固体条件下,厌氧发酵可以正常进行,且产气期延长2周以上,对甲烷含量的影响不大;厌氧发酵初始TS浓度对系统产气的影响较大,麦秸产气量随TS浓度的增加而降低,以T1的产气效果最好,麦秸TS产气量为0.41 L.g-1,较T4提高了17.14%,平均甲烷含量为48.78%;厌氧发酵后,麦秸半纤维素含量大幅降低,纤维素含量少许降低,降低幅度均为T1>T2>T4>T3,木质素含量稍有增加,各处理间无显著差异(P>0.05);FTIR和XRD的结果表明,厌氧发酵后,麦秸纤维素结晶区的相对含量增加,混合发酵可以促进厌氧微生物对麦秸纤维素结晶区的破坏.将麦秸与奶牛场废水(质量比)1∶4混合发酵产沼气是可行的,且促进了厌氧微生物对麦秸有机物的分解破坏,提高了麦秸产气量.     

互花米草不同部位厌氧发酵特性

在中温条件下(35±1)℃,对互花米草茎、叶和整株分别进行批式中温厌氧消化实验,分析发酵过程中日产气量、累积产气量、甲烷含量、pH值、VFA、TS、VS及固形物的元素变化.结果表明:在TS负荷为6%的条件下,互花米草茎、叶、整株厌氧发酵均具有很好的产气特性.产气率为:叶(399ml.g-1TS)整珠(374m.lg-1TS)茎(366ml.g-1TS),甲烷含量为:茎(69.11%)整珠(68.87%)叶(66.21%).pH值、VFA、TS、VS及固形物的元素的变化特征差异不大.叶中可能含有更多被微生物利用的物质,成分的差异是造成这种结果的重要原因.     

水葫芦不同部位的厌氧消化特性

对水葫芦整株、茎和根分别进行批式中温厌氧消化实验,分析发酵过程中pH值,VFA,TOC,TS,VS和固形物的元素及其红外光谱特征.结果表明:在TS负荷为2.0%的条件下,水葫芦整株具有很好的产气特性,TS产气量和VS产气量分别为173.80 ml·g~(-1)和262.40 ml·g~(-1)VS,茎和根的TS产气量仅为整株的84.23%和36.03%,VS产气量仅为整株的79.13%和42.05%;整株的甲烷含量、生物转化率和固形物中H的分解率均较茎和根高;TS和VS分解率均以茎最高,整株次之,根最低;发酵过程中各处理的pH值,VFA,TOC以及固形物中的C,N的分解率差异不大.固形物的红外光谱表明,水葫芦整株直接厌氧发酵更有利于碳水化合物的分解,发酵后根产生最多的碳酸盐类物质,这与根的物质组成有关.因此,将水葫芦整株直接厌氧发酵是完全可行的,且较茎和根具有更好的发酵效果.     

低浓度溶解氧下猪粪固体有机物水解产酸研究

本文以猪粪为发酵原料,通过批式实验研究不同溶解氧(DO)浓度(0—0.26 mg.L-1)、发酵时间(3—12 d)和挥发性固体(VS)浓度(11.14—111.35 g.L-1)对猪粪固体水解酸化过程的影响,确定了低DO浓度下固体有机物优化水解产酸工艺条件:中温35℃,初始VS浓度37.11 g.L-1,初期的DO浓度0.1—0.26 mg.L-1.在此条件下,发酵时间3 d,DO浓度下降到0.10 mg.L-1以下.猪粪发酵液pH值由7.45±0.10降低到5.86±0.17,VS降解率(25.67±1.20)%,挥发性脂肪酸(VFA)中乙酸(3895±91)mg.L-1、丙酸(2313±82)mg.L-1、正丁酸(1361±17)mg.L-1、正戊酸(540±11)mg.L-1.优化条件下的猪粪水解酸化液进行厌氧产甲烷发酵,发酵10 d内产气停止,低溶解氧水解酸化和厌氧产甲烷发酵累计时间仅为13 d,甲烷体积分数(69.5±0.2)%,VS产气率为(0.282±0.011)L CH.4g-1VS.研究结果表明,适当延长发酵时间能够增加VFA中乙酸的含量,初始VS浓度差异对发酵液VFA浓度和VS降解率的影响较显著,低溶解氧能够促进猪粪固体有机物水解过程.     

不同形态水葫芦和污泥联合厌氧消化产沼气性能

为探求不同形态水葫芦和污泥联合厌氧消化产沼气性能,在中温35±1℃条件下,设置了2个不同的TS浓度(TS=6%和8%),采用不同形态的水葫芦(水葫芦段、水葫芦浆、水葫芦渣、水葫芦粉和水葫芦汁)与污泥进行联合厌氧消化实验.结果表明,水葫芦和污泥联合厌氧消化的累积产甲烷量均高于对照组;添加水葫芦处理的累积产甲烷量从大到小依次为水葫芦渣水葫芦浆水葫芦段水葫芦粉水葫芦汁,水葫芦渣处理的累积产甲烷量比水葫芦汁提高62.5%(TS=6%)和84.5%(TS=8%);系统TS浓度为8%时,各处理的TS甲烷产率均高于TS浓度为6%的结果,且水葫芦渣和污泥联合厌氧消化的产甲烷性能最好,表明水葫芦的压滤和粉碎有助于提高厌氧消化的产甲烷潜力.     

压滤处理对水葫芦不同部位厌氧发酵的影响

为提高水葫芦的厌氧产气性能,将水葫芦整株、茎和根压滤,分别将压滤前后的水葫芦根、茎和整株以及压滤液接种进行中温批式厌氧消化实验,考察了发酵过程中产气量、pH值和挥发性脂肪酸的变化情况.结果表明,压滤处理明显提高了水葫芦各部位的厌氧产气能力,压滤后的水葫芦整株、根和茎的TS产气量分别为271.93、87.29和330.83 ml·g-1TS,较压滤前分别提高了75.33%、92.04%和72.95%;压滤处理对水葫芦各部位发酵过程中pH和挥发性脂肪酸含量的影响不大;水葫芦各部位压滤液的厌氧产气能力均较差,不适合进行厌氧发酵产气.因此,将水葫芦压滤后厌氧发酵是一种提高水葫芦厌氧生物转化率的可行的方法.     

热水解高含固污泥的有机物分布及厌氧消化特性

以热水解后高含固污泥及其脱水后固、液分离产物为对象进行厌氧消化试验,通过生物化学甲烷势(BMP)及脱水性能测定,研究其产气量、有机物分布、污泥脱水性能及生物质能转化特性,评估高含固污泥热水解-脱水-脱水液厌氧消化工艺的可行性.结果表明,经热水解预处理的高含固污泥进行厌氧消化后,其毛细吸收时间(CST)及脱水泥饼含水率由247.5±0.9 s和71.1%±1.3%上升至568.0±1.6 s和80.7%±1.0%,即厌氧消化会导致热水解后污泥脱水性能下降.污泥中74.0%的有机物在水热预处理之后被转移至液相,是厌氧消化所产沼气的主要来源.物质能量衡算结果表明,高含固污泥采用热水解-脱水-脱水液厌氧消化工艺可以有效地将消化装置容积大大减少;沼气燃烧所产能量实现该工艺能量自给自足.     

城市生活垃圾有机组分厌氧发酵产氢和甲

为了提高能源回收效率,采用大米、土豆、生菜、瘦肉、花生油和榕树叶作为实验原料,模拟有机垃圾中普遍存在的淀粉、膳食纤维、蛋白质、脂肪和木质纤维类成分,进行厌氧发酵产氢以及对其剩余物厌氧发酵产甲烷. 结果表明,在厌氧发酵产氢阶段,整个过程没有甲烷生成,大米、土豆、生菜、瘦肉、花生油和榕树叶的氢气产率分别为125、103、35、0、5和0 mL g^-1（VS）,能源回收效率分别为7.9%、6.8%、1.9%、0、0.1%和0. 大米、土豆和生菜的氢气浓度分别为34%-59%、41%-56%和37%-70%,整个产氢阶段没有甲烷生成. 在厌氧发酵产甲烷阶段,上述原料的甲烷产率分别为232、237、148、278、866和50 mL g^-1（VS）,生物气中甲烷含量分别为42%-70%、57%-71%、73%-77%、59%-73%、68%-80%和54%-74%. 厌氧发酵联产氢气和甲烷整个过程上述原料的能源回收效率分别为56.3%、58.4%、28.8%、39.2%、81.2%和8.8%,总COD去除率分别为72.30%、81.70%、32.63%、47.59%、97.46%和11.29%. 图4 表5 参35     

造纸污泥与味精废液联合厌氧消化试验

采用中温单相间歇式厌氧消化工艺,对造纸污泥与味精废液进行联合厌氧消化制沼气,通过设计正交试验,研究不同处理的产甲烷性能以及TS、C/N、接种量三种因素对甲烷产量的影响.试验结果表明,在中温条件下,各处理的VFA、SCOD与累积甲烷产量的变化趋势相同,其中VFA、SCOD指标均在12d左右达到最高值,各处理中仅T3在VFA高峰期表现出甲烷菌活性抑制效应,TS对三个指标均产生显著影响,系统的累积甲烷产量最高达5482ml;正交试验结果直观分析和方差分析显示:三个因素对系统累积甲烷产量的影响程度依次为:TS>C/N>接种量,其中TS的影响达到显著水平,最佳工艺条件为:TS=10%、C/N=20、接种量=5%,该条件下造纸污泥与味精废液的用量比为10:1.     

城市生活垃圾有机组分厌氧发酵产氢和甲烷

为了提高能源回收效率,采用大米、土豆、生菜、瘦肉、花生油和榕树叶作为实验原料,模拟有机垃圾中普遍存在的淀粉、膳食纤维、蛋白质、脂肪和木质纤维类成分,进行厌氧发酵产氢以及对其剩余物厌氧发酵产甲烷.结果表明.在厌氧发酵产氢阶段,整个过程没有甲烷生成,大米、土豆、生菜、瘦肉、花生油和榕树叶的氢气产率分别为125、103、35、0、5和0 mL g-1(VS),能源回收效率分别为7.9%、6.8%、1.9%、0、0.1%和0.大米、土豆和生菜的氢气浓度分别为34%～59%、41%～56%和37%～70%,整个产氢阶段没有甲烷生成.在厌氧发酵产甲烷阶段,上述原料的甲烷产率分别为232、237、148、278、866和50 mL g-1(VS),生物气中甲烷含量分别为42%～70%、57%～71%、73%～77%、59%～73%、68%～80%和54%～74%.厌氧发酵联产氢气和甲烷整个过程上述原料的能源回收效率分别为56.3%、58.4%、28.8%、39.2%、81.2%和8.8%,总COD去除率分别为72.30%、81.70%、32.63%、47.59%、97.46%和11.29%.图4表5参35     

不同时间NaOH预处理对玉米秸秆中温厌氧发酵的影响

通过自行设计的厌氧发酵装置,采用0‰、4‰和12‰的NaOH溶液对玉米秸秆预处理3、7、14、21 d和28 d,研究不同时间NaOH预处理对玉米秸秆中温(35℃)厌氧发酵的影响,旨为玉米秸秆在沼气生产中的高效应用提供理论依据。结果表明,采用NaOH预处理可以提高玉米秸秆中温厌氧发酵时的产气量和产气速率,其中4‰NaOH预处理的效果好于0‰和12‰,而且以预处理7 d的效果最好。以16.0 g玉米秸秆为发酵原料时,111 d产气停止,总产气量为7 411.00 m L,若以累积产气量达到总产气量的90%以上作为发酵完成标准,则78 d发酵完成,可累积产气6 672.60 m L,日均产气85.55 m L,干物质累积产气量为417.04 m L·g~(-1)。最优组合预测模型同样显示,4‰NaOH预处理效果最好,最佳预处理时间为9.48 d,84.00 d发酵完全,产气速率为60.29 m L·d-1,最大干物质累积产气量为316.52 m L·g~(-1),这与实测值具有良好的一致性。综合判断,在玉米秸秆中温厌氧发酵时,通过适当延长预处理时间来减少碱液用量是可行的,其中以4‰NaOH预处理9.48 d效果最好。     

城市有机生活垃圾厌氧发酵处理研究

在适当的PH值和搅拌条件下，研究了反应温度、总固体含量、pH值、碳氮比、碳磷比以及接种物量对有机牛活垃圾厌氧发酵产沼气的影响。实验结果表明：有机生活垃圾厌氧消化产沼气的适宜条件是：反应温度50～55℃，总固体含量23％～28％，pH=6．8～7．4，w(C)／w（N)=(20～30)，w(C)／w(P)=50，60％～75％的生物气，可实现能量回收；发酵剩余物可制有机肥，时间为15～20d。接种物量为25％～30％。在厌氧的条件下，可以制取含甲烷实现物质再利用。有机生活垃圾在厌氧消化反应器的停留时间为15～20d。     

温度对城市生活垃圾厌氧消化的影响

在TS的质量分数为15．5％的半干式条件下，通过对城市生活垃圾厌氧消化进行批量实验，研究了温度对厌氧消化过程的影响，探讨了不同消化温度对产气量、发酵启动时间以及温度从55℃突降到20℃时对厌氧反应器产气量的影响等办面的问题。实验结果表明，城市生活垃圾厌氧消化的较佳温度为55℃，消化时间短，产气率高，启动时间较快，沼气中的甲烷的平均体积分数为66.3％。     

含硫酸根的高碳氮比废水产甲烷强化技术及酶学机制

污泥蛋白质回收已成为剩余污泥资源化的有效途径之一,研究其提取残液的产甲烷强化技术不仅可助力剩余污泥蛋白质提取技术的应用进程,也可为化工、食品行业高硫酸根和高碳氮比废水的厌氧生物处理提供有益参考.结果表明,铁及其螯合物添加不仅可有效促进水解酸化与产甲烷过程关键酶的活性,还可显著抑制亚硫酸盐还原酶的活性,产气效果得到明显提高.当添加10μmol·L~(-1)氨三乙酸与40 mg·L~(-1)零价铁时,累积产气率达196.2 m L·g-1COD,与对照实验相比,提高了123.97%.多糖是含硫酸根的高碳氮比废水产甲烷的主要底物.结合关键酶活性的变化发现,与酸化过程相比,多糖与蛋白质水解是提高产甲烷效果的限速步骤.