芦苇秸秆厌氧发酵影响因素正交实验及产气潜力研究

以芦苇秸秆为发酵原料,采用正交实验法,在湿式和干式批次发酵条件下,考察了预处理方式、发酵浓度和接种量对芦苇厌氧发酵沼气产量的影响。结果表明,以Na OH预处理、接种量30%、TS浓度12%的处理发酵情况最好,在第3天即出现产气高峰,最高日产气量达2.1 L,总产气量达42.8 L。芦苇的总TS和总VS产气率分别达285.7 L·kg-1TS、402.8 L·kg-1VS,具有较高的产气潜力。根据正交实验方差分析结果,芦苇厌氧发酵的影响因素的影响程度是预处理方式发酵浓度接种量,确定芦苇厌氧发酵的最佳工艺条件为:Na OH预处理、接种量100%、发酵浓度TS 12%。     

汽爆秸秆高温固态发酵沼气的研究

沼气液态深层发酵及秸秆的物理、化学和生物预处理方式存在效率低、污染重等问题。为了解决这些问题，对蒸汽爆破预处理方式以及固态发酵在玉米秸秆沼气化中的应用进行了研究。秸秆经过蒸汽爆破预处理后，在50℃的高温条件下进行固态发酵沼气，甲烷产量达到138.2 mL/g TS。通过单因素实验优化，确定最佳发酵条件为：固液比1∶7，初始pH值7.5，接种量35%，NH₄HCO₃添加量0.04 g/g干汽爆秸秆，纤维素酶用量30 IU/g干汽爆秸秆，发酵温度50℃。在上述实验条件下，汽爆秸秆的甲烷产量提高至153.0 mL/g TS，是未汽爆秸秆的2.9倍。发酵后秸秆纤维素和半纤维素的降解率分别为59.86%和67.22%。因此，蒸汽爆破预处理有助于提高秸秆的产气量和降解率。高温固态发酵不仅可以缩短发酵延迟期，提高产气效率，而且发酵结束后不会产生大量废液，对环境友好。     

中药浸膏药渣厌氧发酵产沼气研究

针对中药药渣难处理的特点,以污水处理厂厌氧污泥为接种物,以中药浸膏药渣为发酵原料,以发酵过程中日产气量、pH值、VFA和氨态氮等为参数,对其厌氧发酵产沼气可行性、接种物与中药药渣间配比、发酵温度以及添加微量金属元素等影响因素进行了研究。实验结果表明,中药药渣厌氧发酵产沼气方案可行;在厌氧污泥接种物与中药药渣最佳质量配比为1∶2、最佳反应温度35℃,分别添加适量的Fe、Co、Ni微量金属元素时,厌氧发酵起动时间均较对比样早,产气量较对比样大大增加,且总产气时间缩短。     

中药渣不同有机负荷厌氧发酵工艺参数分析

以人参、赤芍和桂皮等混合中药渣为发酵原料,采用全混式厌氧反应器,在中温(35±1)℃,通过半连续厌氧发酵工艺,研究其发酵过程中不同有机负荷,沼气日产气量、甲烷含量、p H值、挥发性有机酸(VFA)和总无机碳(TIC)等参数变化相互关系。结果表明:厌氧消化过程呈现5个阶段,即发酵启动期、增长期、稳定期、超负荷期和恢复期;反应器高效稳定运行可承受的中药渣最大有机负荷为8.0 g TS·(L·d)-1,系统p H值稳定在7.0左右,沼气日产气量8.38 L,容积产气率为1.68 L·(d·L)-1,原料产沼气能力262 m L·(TS g·d)-1,VS去除率为20.69%。有机负荷为10.0 g TS·(L·d)-1时超负荷运行,沼气产量急剧下降,系统运行稳定性被破坏。因此,在中药渣厌氧消化过程中一定要控制有机负荷在最佳数值,实时监测反应器运行过程中的各参数变化,及时做出调整,保证工程的高效稳定运行。     

预处理方法对水葫芦厌氧发酵产沼气的影响

水葫芦可作为厌氧发酵产沼气的原料。研究发现,水葫芦自身的生物特性会制约其产气潜力的发挥,而发酵前预处理有助于解决这一问题。以采自昆明滇池的新鲜水葫芦为研究对象,分别采用物理法(切分法、压榨法),化学法(酸处理法、碱处理法和金属离子处理法)和生物法(酶处理法)对其进行预处理,以预处理后的水葫芦为原料进行发酵产沼气实验。结果表明,金属离子处理的原料产气效果最佳,在中温35℃,进样浓度7.4%(TS)时,其原料TS产气率、平均甲烷浓度和原料容积产气率分别为744.55 m3/t、59.32%和0.144 m3/(m3·d),与切分处理原料相比提高了88%、13%和87%。其余处理方法也在不同程度上优化了水葫芦的产气效果。因此,以预处理的方式来提高水葫芦的生物利用率和产气效率是可行的。     

NaOH预处理对杂交狼尾草厌氧发酵产沼气的影响

研究了Na OH预处理对杂交狼尾草厌氧消化制沼气的影响。采用质量分数分别为0%、2%、4%、6%和8%的Na OH溶液对杂交狼尾草进行碱预处理,在中温(35℃)、TS质量分数6%、接种率20%及初始p H为7.0条件下,进行厌氧发酵实验。对比了处理前后原料木质纤维素含量,探讨了不同浓度预处理对发酵过程沼气产量、甲烷浓度、p H以及产气速率的影响。结果表明,Na OH预处理有助于提高杂交狼尾草厌氧发酵的产气量和产气速率,其中4%Na OH预处理为较优条件。经4%Na OH溶液常温浸润24 h后,杂交狼尾草木质素降解率最大,比未处理实验组提高了31.2%;厌氧发酵总产气量比未处理实验组提高了31.6%。     

猪粪与玉米秸秆混合中温发酵产气效果

以猪粪及碱液预处理后的玉米秸秆为原料,在恒温35℃和料液总固体质量分数为5%的条件下,以实验室内培养的不产气厌氧活性污泥为接种物,研究猪粪与玉米秸秆不同配比(干物质比分别为1∶3、1∶2、1∶1、2∶1、3∶1和0∶1(单一猪粪))混合发酵对产气效果的影响。研究结果表明,在35℃条件下,猪粪与玉米秸秆以2∶1配比的累积产气量最大,为15 157 mL;其次是1∶1样品,累积产气量为15 088 mL。但甲烷产量最高为1∶1样品,56 d共产甲烷9 137 mL,甲烷气占总产气量的60.6%。通过对发酵过程中pH及COD的测定,证明经碱液预处理后的玉米秸秆能与猪粪混合稳定发酵,发酵前后厌氧消化液中COD的降解率可达50%以上。进一步研究分析得出,将玉米秸秆和猪粪按一定比例混合发酵不仅可以缩短发酵周期、提高产气速率,而且可以大幅提升原料的产气潜力。     

NaOH预处理对秸秆与蓝藻混合厌氧发酵产沼气的影响

以稻秸和蓝藻为原料,在实验室自制小型发酵装置内进行混合物料厌氧发酵实验,研究不同质量分数NaOH预处理对秸秆与蓝藻混合厌氧发酵产沼气的影响。结果表明,经过NaOH预处理后,稻秸组分被破坏,产气量较对照组有明显增加,发酵时间缩短。扫描电镜观察显示,经碱性预处理过的稻草秸秆孔隙度增大,机械组织暴露,酶解的有效比表面积增大,酶解速率加快。NaOH质量分数为6%的处理组产气效果最好,总产气量比对照组高出248%,且甲烷平均含量达到58.89%,预处理效果最为理想。     

粪秆混合厌氧发酵渗滤床工艺的消化性能

以玉米秸秆-牛粪为原料,利用自行设计的渗滤床反应器(Leach bed reactors),对比研究了渗透液回流喷淋时间、喷淋量、发酵温度及粪秆比4因素对原料物能转化率的影响。结果表明:发酵结束后罐内物料的TS浓度在13%~15%之间,属于高浓度发酵范畴;9样品产气峰值出现在发酵后的10~14 d,物能转化率排序为L6L2L9L7L1L8L4L5L3;TS产气率相对较高的共同特点主要为35℃中温、较高的渗滤液回流量以及较高的粪秆比。通过TS产气率的直观分析,4因素对实验结果影响大小排序分别为发酵温度粪秆比喷淋量喷淋时间间隔,得到的最佳工况参数为喷淋时间间隔2 h、喷淋量4 L、发酵温度35℃、粪秆比1∶1,此条件下得到的平均TS产气率为(98.4±3.5)mL·g~(-1)。方差分析结果表明,发酵温度、粪秆比及喷淋量对产气结果影响极显著,为控制渗滤床发酵工艺的主要参数。     

添加NaOH对水生植物固体厌氧发酵产甲烷的作用

为了提高木质纤维素生物质的甲烷产率,固体厌氧发酵以及预处理技术得到了广泛应用。本研究以水生植物菹草为例,探讨了厌氧固体发酵同步碱处理提高甲烷产率的可行性。采用2种来源的微生物(厌氧污泥和牛粪),初始生物质浓度为20%TS(total solid,总固体重量),考察不同的NaOH添加量(基于反应体系总TS 0%、2.0%、3.5%和5.0%)对菹草厌氧发酵产气和固体水解效率的影响。结果表明,与对照实验组相比,初始NaOH加入量为3.5%时,接种污泥和牛粪的实验组中甲烷总产量分别为787.1 mL和1 165.4 mL,与对照实验组相比(619.1 mL和834.8 mL),分别提高了27.1%和39.6%,而且接种牛粪的实验组中单位挥发性固体(VS)产甲烷率最高,为186.5 mL/g。对发酵后的木质纤维素残渣组分进行分析,结果表明,NaOH有助于促进菹草中纤维素及半纤维素的分解,以及木质素结构的破坏,从而提高了菹草厌氧发酵产气产甲烷效率。     

菇渣的厌氧发酵特性

为提高菇渣的利用效率,以菇渣为发酵原料,在35℃下,进行初始干物质浓度为6%、8%、10%和12%的厌氧发酵,考察了初始干物质浓度对产甲烷性能及有机质降解的影响。结果表明:初始干物质浓度在10%时发酵效果最佳,此时累计产甲烷量、VS产气率和VS产甲烷率分别为4 034.71 m L、235.15 m L·g~(-1)和134 m L·g~(-1),VS降解率为43.19%;菇渣的沼气产率与VS降解率成正比;淀粉、脂肪和蛋白质的降解率分别为99.01%、70.78%和17.16%;总纤维素的降解率为30.37%,以半纤维素降解为主。实验结果说明,菇渣具有较高的产气性能;产生的沼气主要来源于微生物对碳水化合物的降解。     

微量元素对牛粪低温厌氧发酵的影响

为考察较低温度(<17℃)条件下添加微量金属元素对厌氧发酵产气量的影响,在发酵底物TS(含固率)为10%下采用10 L玻璃瓶作反应器,以牛粪为原料,向厌氧生物反应器中分别添加MnSO4、FeSO4·7H2O、电解锰渣,分析了厌氧消化系统运行过程中的产气量、COD(化学需氧量)和pH的变化。结果表明,锰元素能促进低温下牛粪的厌氧发酵,加速反应启动。当添加6 g MnSO4、100 g电解锰渣时,单位质量VS产气率分别为0.26 mL/g和0.64 mL/g,添加6 g FeSO4·7H2O与空白对照组均未见明显产气。     

水稻与棉花秸秆不同预处理厌氧发酵产沼气

以猪粪为接种物,以棉花秸秆和水稻秸秆为发酵原料,分别对秸秆进行稀碱法预处理和稀碱法与超声波联合预处理,在发酵温度为(37±1)℃的条件下进行厌氧发酵产沼气的研究。结果表明,以联合预处理的秸秆为发酵原料,厌氧发酵的各项指标均比以稀碱预处理秸秆发酵的效果好,其中累积产气量和沼气中甲烷含量分别提高35.23%和2.4%,发酵后TS、VS含量相对减少2.6%～10.94%,发酵液代谢产物中的有机酸丙酮酸、乙酸和柠檬酸含量相对减少23.9%～25.9%、20.24%～24.53%和41.08%～45.91%。     

藻渣添加对玉米秸秆厌氧发酵特征的影响

厌氧发酵是农业废弃物资源化的有效途径之一.将农业废弃物同其他富含氮元素的有机废物混合发酵能够有效地提高产气效率.以玉米秸秆为例,尝试利用藻渣作为添加剂,提高农业废弃物厌氧发酵的性能.实验主要研究了混合发酵比例对沼气产量、甲烷产量、沼渣沼液特征的影响.当玉米秸秆、藻渣和接种污泥的挥发性固体质量分数为10∶ 2∶2时,沼气产率最高可达421.0 mL/g,甲烷产率为218.7 mL/g.沼渣组分分析表明,纤维素和半纤维素降解效率分别为83.7％和68.4％,和对照相比纤维素的降解效率显著提高.结果表明,藻渣的添加能够有效地促进玉米秸秆厌氧发酵产甲烷过程.     

褐铁矿与固体含量对牛粪秸秆混合厌氧干式发酵的影响

干式厌氧发酵是处理农业废弃物的有效途径之一,其中总固体(TS)含量和外源添加剂是影响有机质产甲烷过程的重要影响因素。以牛粪与水稻秸秆为例,研究了不同的褐铁矿添加量以及TS含量对牛粪秸秆混合厌氧干式发酵产甲烷过程的影响,并对沼渣特性进行表征。结果表明:固定TS含量25%时,添加1%褐铁矿(基于底物TS含量)显著促进产甲烷过程,产气量比对照组增加了21 mL·g~(-1)(以VS计);对照组(无褐铁矿)和添加1%褐铁矿时,纤维素降解均随TS含量升高而降低;TS含量40%时,添加1%褐铁矿对产甲烷过程具有抑制作用,甲烷产率相比于对照组(TS含量25%)降低了71%。可见只有当TS含量25%时,添加适量褐铁矿才能有效促进牛粪秸秆混合厌氧发酵产甲烷过程。研究可为优化农业废弃物甲烷化提供参考。     

三七渣固态发酵生产绿色木霉的工艺条件研究

考察了发酵时间、孢子液接种量、固态发酵培养基装料量、培养温度、光照条件等对三七渣固态发酵生产绿色木霉的影响,并采用正交实验优化了发酵工艺条件。结果表明,发酵过程受工艺条件的影响较大,孢子液接种量、固态发酵培养基装料量、发酵时间3个因素的交互作用极显著(p0.01),这3个因素以及它们之间的交互作用对实验结果的影响程度排序为:交互作用固态发酵培养基装料量孢子液接种量发酵时间;在最佳的发酵工艺条件(即培养温度24℃、无光照、接种量20%(1g三七渣接种2mL绿色木霉孢子液)、固态发酵培养基装料量12.5g、发酵时间8d)下,平均产孢量可达10.10×109 cfu/g。     

含油量对餐厨垃圾厌氧发酵的影响

在35℃条件下，研究了不同含油量（0％、1％、2％、3％、4％、5％）餐厨垃圾中温厌氧消化过程中日产气量、甲烷含量、总固体（TS）、挥发性固体（VS）、干物质产气率等的变化，为后续餐厨垃圾连续发酵的预处理提供参考。结果表明：5％含油量餐厨厌氧发酵周期最长，累计产气量最大，为5800mL。在消化过程中，沼气中甲烷含量先上升后下降，最高可达76％；于物质产气率随含油量增大而增大，依次为497．4、506．1、543．8、554．4、590．7和600．1mL／gTS；5％含油餐厨垃圾的TS和VS去除率最大，分别为34．4％和42．9％。     

不同氮源对常中温条件下麦秆厌氧发酵的影响

通过自行设计的厌氧发酵装置,研究不同氮源对常温（20℃）和中温（35℃）条件下麦秆厌氧发酵的影响。结果表明,在常温和中温条件下进行麦秆沼气厌氧发酵时,适量添加外部氮源可加快产气速率,增加产气量,缩短产气停滞时间,其中添加牛粪效果最好,分别在182 d和84 d时发酵完全,总累积产气3 486.80 mL和4 210.70 mL,干物质累积产气量为217.93 mL/g和263.17 mL/g,且在实验期间未出现产气停滞。添加尿素处理次之,分别在累积产气215.70 mL和238.00 mL时进入61 d和20 d的产气停滞期,在196 d和143 d时发酵完全,在实验结束时,累积产气2 784.20 mL和3 454.00 mL,干物质累积产气量为174.01 mL/g和215.88 mL/g。可见,在以秸秆为原料的沼气发酵过程中,可通过添加适量的外部氮源和提高发酵温度来提高沼气产量,而且在条件允许的情况下,应尽量添加畜禽粪便等有机氮源。     

蓝藻与污泥混合厌氧发酵产沼气的初步研究

为了实现太湖蓝藻打捞后的快速处置，对厌氧颗粒污泥、消化污泥、剩余污泥与蓝藻混合厌氧发酵产沼气进行了研究。结果表明，蓝藻与污泥混合可以有效促进沼气发酵。在蓝藻与厌氧颗粒污泥物料比为6∶1时，产气效果最佳，沼气产率为73 mL/g VS，平均甲烷含量为69%，最大产气速率为138 mL/d，累计产甲烷量为50 mL CH₄/g干物质，分别是蓝藻与消化污泥、剩余污泥混合发酵时的1.5倍和2.3倍。厌氧颗粒污泥、消化污泥、剩余污泥与蓝藻混合，其VS降解率为11.40%～13.73 %，COD减少了27.97%～46.38%。厌氧发酵对蓝藻藻毒素的含量有较大影响，分别从356、366和244 μg/L降低到检测限5 μg/L 以下。     

高温干发酵对互花米草产气和结构的影响

互花米草的疯长已带来严重的环境问题,厌氧发酵提供了一种资源化的解决途径.通过渗滤床高温、干式发酵互花米草,考察其产气特性;并通过元素分析、X-ray和FT-IR分析,考察干发酵及预处理对互花米草物化性质的影响.结果表明:60 d高温干发酵互花米草,累计产气量为280.9 mL/g VS(0℃);总TS与VS去除率分别为...