蚓粪与玉米秸混合厌氧消化实验

在中温(35℃±1℃)条件下,考察了玉米秸不同TS负荷单独发酵和与蚓粪混合发酵对玉米秸厌氧消化过程的影响.结果表明,玉米秸单独发酵时,单位TS产气量随TS负荷的增加先增加后降低,以TS负荷为4.80%的最大,单位TS甲烷产量为217.60 mL/g;当TS负荷为6.00%时,发酵前期出现酸化,pH最低为5.10;混合发酵提高了微生物的活性,增强了系统的缓冲能力,避免了发酵过程可能出现的酸化,玉米秸TS产气量提高了4.42%~58.61%,但对甲烷含量的影响不大,且对碱度的提高并无促进作用;当蚓粪与玉米秸混合比例为2∶3时,玉米秸的TS产气量最高,达410.30 mL/g,甲烷含量为63.21%;厌氧微生物可在一定程度上破坏玉米秸纤维素的结晶区,混合发酵促进了微生物对纤维素结晶区的破坏,以蚓粪与玉米秸混合比例为2∶3时处理的效果最好,破坏率达29.36%.     

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.     

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.     

添加猪粪对凤眼莲中温厌氧消化过程的影响

通过中温批式厌氧消化实验研究了添加猪粪对凤眼莲(Erichhorniacrassipes Solm.) 厌氧消化过程的影响,考察了发酵过程中pH 值、VFAs、产气情况、TS、VS、TOC、固形物成分的变化情况.结果表明,添加猪粪对凤眼莲发酵产气有促进作用,凤眼莲+猪粪的处理中VS 产气量达351.14mL/g,较凤眼莲、猪粪单一处理分别提高33.80%和420.05%.各处理间pH 值、VFAs 和TOC 分解率差异不大;TS 和VS 的数据表明,添加猪粪可以促进凤眼莲中物质的分解,固形物的元素分析和红外光谱进一步证实添加猪粪有利于凤眼莲固形物中碳水化合物的分解.     

麦秆酸预处理后与猪粪混合发酵提高产气量的效应研究

为了研究不同水平的酸处理对麦秆混合发酵过程中各指标变化的影响,本试验通过测定不同醋酸浓度、时间处理后的麦秆与猪粪混合厌氧发酵进程中还原糖、挥发性脂肪酸(VFA)含量,以及p H值变化和甲烷产量,探究各指标的关系并优化得出最佳醋酸处理组合,以期为酸预处理混合发酵实现高甲烷产量提供可靠的理论依据.结果表明,醋酸处理后的麦秆通过与猪粪混合发酵可明显提高甲烷单位产量,增幅为124.28%~207.40%.发酵过程中还原糖、VFA、p H值间相互影响.通过响应面法建立模型,得到醋酸处理的最优组合为浓度3.35%、时间6.75d,最大甲烷单位产量751.97 m L·g-1(以VS计).     

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。     

NaOH预处理对稻草秸秆厌氧消化的影响

通过调控稻草秸秆预处理过程中的NaOH比例,以期提高厌氧消化的产气量及产气效率。试验结果表明,经NaOH处理过的稻草秸秆半纤维素、木质素含量有显著降低,产气量较对照组有明显增加,发酵时间有所缩短。其中NaOH质量百分数为6%的处理组产气率最高,为312mL/g(干物质);VS/TS去除率也最高,为53.8%/36.8%;累计产气量最高,发酵过程中甲烷体积分数最高37.7%。故采用质量百分数为6%的NaOH的预处理是最佳方式。     

鸡粪与麦秆混合厌氧发酵环境中各因子响应关系研究

为了探究发酵过程中各因子之间的相互响应关系,以鸡粪和麦秆为发酵原料,利用Canoco4.5软件对鸡粪/麦秆不同比例混合发酵条件下不同发酵阶段内各因子进行分析,以阐明各发酵阶段内因子间的相互影响关系.结果表明:当鸡粪/麦秆以5∶5的比例混合时,能获得最佳单位甲烷产量(90.56 m L·g-1,以VS计).在整个发酵过程中甲烷产气速率表现为先升高再降低的趋势,将其根据产气速率的大小划分为3个阶段,分别为第Ⅰ阶段(预备期)、第Ⅱ阶段(高峰期)、第Ⅲ阶段(消退期).不同发酵阶段影响单位甲烷产量的主效因子有一定的差异性,其中,第Ⅱ阶段的主效因子为发酵基质的C/N,第Ⅲ阶段为p H值.各发酵阶段因子间相关性各异,第一阶段因子间相关性最强,此后相关性逐渐降低.因此,针对不同阶段各主效因子分别进行控制,能够有效提高发酵效率.     

生物炭介导鸡粪厌氧消化性能研究

为探究生物炭介导的鸡粪厌氧消化产甲烷的较优添加比例,在发酵温度[（35±1）℃]、接种率30%的条件下,进行了以鸡粪为底物,生物炭为外源添加剂的厌氧消化试验,研究生物炭不同添加量（20%、15%、10%、5%和不添加）对鸡粪厌氧消化产气特性的影响,确定了生物炭介导的鸡粪厌氧消化的较优添加比例;同时,用扫描电子显微镜对厌氧消化前后生物炭颗粒和附着在生物炭颗粒上的微生物进行了观察.结果表明：生物炭的添加提高了鸡粪单位VS产甲烷量,添加20%、15%、10%和5%生物炭的处理鸡粪VS产甲烷量分别为223mL/g、228mL/g、230mL/g和281mL/g,均高于对照组的202mL/g;添加生物炭提高了产气中的甲烷含量,降低了二氧化碳和硫化氢含量,提高了沼气品质;电镜扫描结果表明,厌氧消化后生物炭表面及内部附着了大量厌氧微生物,主要为杆菌、微粒菌和球菌;本研究中,生物炭介导鸡粪厌氧消化最优的添加比例约为5%.     

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.     

秸秆与游离发酵液接触比例对产沼气特性的影响

在中温(37±1)℃条件下,以破碎麦秸为原料,采用批次进料和消化液每天回流方式(发酵固含率为10%),通过在反应器底部设置不同高度的多孔滤板使秸秆与游离发酵液接触比例分别为100%(T1)、50%(T2)和0%(T3),研究秸秆与游离发酵液接触比例对产沼气特性的影响.结果表明:从产气特征和发酵前后VS变化来看,各处理均无明显差异,表明减少秸秆与游离发酵液的接触比例,对秸秆产沼气效果无影响,即通过渗滤液每天回流方式,未浸没于游离发酵液中的秸秆可以达到与浸没秸秆相同的传质效果,此结果为秸秆厌氧发酵工程中提高秸秆有效发酵浓度提供了理论依据.此外,试验还发现,T3处理中消化液与秸秆接触比例随发酵进程呈逐渐降低趋势,并于发酵第6d基本稳定,表明发酵系统中实际的游离发酵液量逐渐减少,分析认为秸秆物料对消化液有吸收和截持作用,发酵第6d后已达秸秆物料吸持水饱和状态(秸秆物料含固率为16.42%).     

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%...     

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.     

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.     

干发酵对稻草结构及产沼气的影响

为了防止稻草焚烧产生的环境污染,采用厌氧干发酵方式对稻草进行资源化处理.通过稻草元素的分析、X射线衍射(XRD)及红外光谱(FT-IR)的分析,考察了干发酵及预处理对稻草结构的改变.结果表明,稻草干发酵60d单位挥发固体累积产气量278.1mL/g (0℃),前30d产气占总产气量的90.3%;XRD显示稻草纤维晶体为纤维素Ⅰ型,堆沤预处理和厌氧发酵未改变纤维素的晶型,但略微增加纤维素的结晶度;FT-IR表明:堆沤预处理使聚糖脱聚、纤维素分子键氢键增强和木质素结构部分改变;发酵主要使聚糖脱聚与降解.     

不同类型秸秆对污泥厌氧消化特性及细菌群落结构的影响

为促进污水处理厂污泥及农作物秸秆的资源化利用,探讨不同类型秸秆（玉米、小麦、水稻）对污泥厌氧消化特性、产气效果及细菌群落结构的影响,在中温〔（35±1）℃〕下,研究了污泥与秸秆按不同质量比（1:0、1:0.5、1:1、1:1.5）联合厌氧消化对污泥C/N（碳氮比）和厌氧消化环境中pH、ρ（NH₄+-N）、ρ（VFAs）（VFAs为挥发性脂肪酸）、日均沼气产量及φ（CH₄）、细菌群落的特征变化,以未添加秸秆的污泥厌氧消化为CK（对照）.结果表明:不同类型秸秆的添加对厌氧消化体系的pH、ρ（NH₄+-N）、ρ（VFAs）均产生显著影响,秸秆的加入明显提高了厌氧消化体系的产气量.联合厌氧消化可通过优化厌氧消化底物的C/N,从而增加ρ（VFAs）和φ（CH₄）.其中,污泥与玉米秸秆质量比为1:1.5时对厌氧消化的促进作用最为显著;其沼气日产量为2 303.08 mL,比CK（536.15 mL）提高了3倍以上,而沼气中φ（CH₄）最高为54.49%,比CK（37.07%）提高46.99%.此外,不同类型秸秆的添加也可通过改变细菌群落结构从而促进秸秆降解,增加ρ（VFAs）和提高沼气产量,特别是添加秸秆后,Bacteroidetes会逐渐取代Proteobacteria成为主要的产酸菌种,从而导致ρ（VFAs）增加.研究显示,污泥与秸秆联合厌氧消化可改善污泥营养结构,改变细菌群落结构,提高沼气产量.      

微量Co和Ni对稻草厌氧消化的影响

研究了微量Co,Ni对稻草厌氧消化过程中的COD_Cr,pH,挥发性脂肪酸(VFA),产气量及产气速率的影响.结果表明:投加了Co,Ni和Co+Ni的实验处理,其产气量分别提高了39.0%,74.5%和115.0%;φ(甲烷)从44.9%分别提高到50.0%,52.2%和62.5%;挥发性固体(VS)去除率从39.3%分别提高到46.2%,47.6%和53.2%,COD_Cr去除率从42.4%分别提高到56.9%,57.0%和58.9%.投加微量Co,Ni对稻草的厌氧消化能力具有显著的促进作用.3种投加方式对厌氧消化系统的促进效果存在差异,其中投加Co+Ni混合微量金属是提高稻草厌氧消化效率和产气量的有效方法.      

预处理对打捆麦秸贮存和厌氧生物产沼气的影响

秸秆的长期贮存是秸秆沼气工程长期运行的重要保障,预处理是提高秸秆产气性能的常用方法.为此研究了打捆麦秸贮存与预处理一体化的可行性,分析了麦秸预处理后打捆贮存前后麦秸理化特性、物质结构以及厌氧发酵产气特性的变化.结果表明,将麦秸直接打捆后贮存120 d,对麦秸理化特性、物质结构及产气性能的影响均不明显,影响最大的是堆体上层的麦秸,产气量也仅下降了7.40%;将麦秸用NaOH处理后打捆贮存对提高麦秸干物质(total solid,TS)产气量有一定促进作用,麦秸TS产气量较未贮存麦秸和直接打捆贮存后的麦秸(CK)分别提高了7.02%～8.31%和5.68%～16.96%,对麦秸理化特性的影响不明显;麦秸经尿素处理后打捆贮存,不利于麦秸后续产沼气,麦秸TS产气量较CK下降了2.8%～7.71%;麦秸贮存过程中,将麦秸直接暴露于空气中对麦秸有机物的保存及后续产沼气利用均不利,但影响并不显著,CK和尿素处理堆体上层麦秸TS产气量分别下降了7.40%和4.25%.