不同种牛粪干发酵产气特性比较试验研究

采用干发酵技术处理3种不同种类的牛粪,比较了各种牛粪发酵的日产气量、累计产气量和产甲烷比例的差异.结果表明,相对于水牛粪和黄牛粪,奶牛粪干发酵产气的启动更快；累计产气量和平均容积产气率均以水牛粪为最高,黄牛粪次之,奶牛粪最低；3种牛粪干发酵过程中的产甲烷比例变化趋势大体上相似,在发酵初期由低到高逐渐增加,之后趋于平稳,其中水牛粪的产甲烷比例相对于奶牛粪和黄牛粪略高；总体来看,水牛粪干发酵的产气效果优于奶牛粪和黄牛粪,这为以后的相关研究或沼气工程设计中的原料选取提供了参考.     

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。     

响应面法优化香蕉秸秆与猪粪混合厌氧发酵工艺研究

将香蕉秸秆与猪粪混合后厌氧发酵,考察粪秸比(猪粪干物质占发酵原料干物质的质量分数)、厌氧污泥接种量(厌氧污泥占发酵料液的质量分数)和发酵温度对总产气量的影响。在此基础上,通过响应面法对厌氧发酵工艺进行优化,并建立总产气量与粪秸比、厌氧污泥接种量、发酵温度的二次回归模型。研究结果表明,建立的二次多项式数学模型具有高度显著性,模型拟合度、精确度高,数据合理。最佳工艺条件为:粪秸比为35.34%,厌氧污泥接种量为61.40%,发酵温度为40.27℃。在此条件下,总产气量的预测值为15 779.2mL,试验值为15 620.5mL,二者相对偏差为1.01%。可见,所得模型能够较好地优化发酵条件并预测总产气量,可为提高香蕉秸秆与猪粪混合厌氧发酵产气量及提高发酵效率提供一定参考。     

玉米秸与鸡粪混合厌氧消化产气性能与协同作用

研究了玉米秸与鸡粪在不同混合比例条件下的厌氧消化产气性能和协同作用效果。设计了9种玉米秸与鸡粪的混合比例(1∶0、1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、2∶1、3∶1、4∶1、0∶1),每种比例分别在3个不同负荷(50、65和80 g/L)下进行混合厌氧消化。结果表明,与未预处理玉米秸与鸡粪混合厌氧消化相比,NaOH预处理玉米秸与鸡粪混合厌氧消化的单位TS产气量提高了5.5%～62%。当预处理玉米秸与鸡粪的混合比例为1∶2、上料负荷为50 g/L时消化产气性能最好,此时的累积甲烷产量达到19 488 mL,比相同负荷下单一玉米秸厌氧消化的累积甲烷产量高出32.6%,比单一鸡粪厌氧消化的累积甲烷产量高出11.4%。混合厌氧消化协同作用的贡献率达到7.1%～17.7%,其中玉米秸与鸡粪的比例为1∶2时,其贡献率与其他比例相比高出25%～150%。可以为粪草混合原料厌氧消化提供设计和运行依据。     

挥发性脂肪酸对厌氧干式发酵产甲烷的影响

为了提高中温干式厌氧间歇发酵效率,研究了发酵过程中间产物———挥发性脂肪酸对产甲烷的影响。实验分2批进行,第1批在牛粪发酵过程中分别添加乙酸、丙酸和丁酸,第2批发酵添加易产生挥发酸的厨余垃圾混合发酵。结果显示,添加单一挥发酸的发酵过程中,添加丙酸的产甲烷速度较慢,因为丙酸降解生成乙酸的速度较慢,减慢了甲烷的形成;混合发酵过程厨余垃圾产甲烷速度比牛粪快,发酵过程产生2个产气高峰;牛粪和厨余垃圾固体物质含量比在11∶1到5∶1范围内较好,比牛粪单独发酵产气多,产酸高但不酸败,产生的挥发酸主要是乙酸和丙酸,其中比例为7∶1混合发酵的产甲烷速率最大,为4.89 mL/(g VS·d)。实验表明,牛粪厌氧干式发酵过程添加一定量的厨余垃圾可加快挥发酸的产生并提高挥发酸产量,从而提高甲烷的产量,但是总挥发酸长时间超过10 000 mg/L,pH降到不适于产甲烷菌生长的范围时,将抑制甲烷的生成,挥发酸积累导致厌氧发酵酸败。     

3种畜禽粪便产气特性差异分析

在实验室条件下,对鸡粪、猪粪和牛粪3种畜禽粪便进行了高温(55℃)厌氧发酵产气特性研究,分析了3种畜禽粪便的物质组成差异以及发酵过程中挥发性固体(VS)降解率、碳氮比(C/N)下降幅度和NH+4-N含量变化与累积产气量的关系。结果表明,累积产气量以牛粪最高,为5 481 m L,其次为猪粪,鸡粪最低,为3 692 m L;3种畜禽粪便发酵原料VS降解率及其粗蛋白和粗脂肪含量与其累积产气量呈负相关,而3种畜禽粪便碳水化合物和粗纤维含量及其发酵过程C/N下降幅度与其累积产气量呈正相关;厌氧发酵过程中,鸡粪发酵液NH+4-N含量显著高于猪粪和牛粪,后期高达2 348.33mg/L,鸡粪较猪粪和牛粪产气时间短,累积产气量少。可见,3种畜禽粪便自身的有机物质组成及接种物的物质组成差异是厌氧发酵累积产气量的重要影响因素。     

城市生活垃圾和污水处理厂剩余污泥混合发酵的原料配比优化研究

以城市生活垃圾和污水处理厂的剩余污泥为混合原料,研究了混合原料的不同配比对厌氧发酵过程及产气的影响。结果表明:城市生活垃圾与剩余污泥以挥发性固体(VS)质量比为2∶1混合后,厌氧发酵效果最好,累计产气量最高,达到8 721mL,发酵后的总固体(TS)、VS、COD去除率分别达43.65%、35.98%、47.88%;各实验组在发酵过程中的pH、氨氮浓度和碱度均在合理范围内,未对厌氧发酵反应造成影响;以适当配比的城市生活垃圾和剩余污泥为混合原料,进行中温联合厌氧发酵是可行的,联合厌氧发酵可以弥补单一原料的缺陷,在一定程度上改善厌氧发酵效果。     

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。     

污泥和香蕉秸秆的配比对其厌氧消化特性的影响

城市污水处理厂污泥与香蕉秸秆以不同配比(质量比1∶0、2∶1、3∶1、1∶1、1∶3、1∶2和0∶1)进行中温((35±1)℃)厌氧消化实验,研究了不同配比下的产气特性,并考察了消化过程中消化液的挥发性脂肪酸(VFA)、溶解性化学需氧量(SCOD)、溶解性蛋白质、溶解性多糖以及总固体(TS)和挥发性固体(VS)的变化。结果表明:(1)污泥与香蕉秸秆进行混合厌氧消化可以明显提高系统的产气量。当污泥和香蕉秸秆的配比为1∶2时,累积产气量可达到339.12L/kg,分别比污泥和香蕉秸秆单独消化时提高了17.36%、31.25%。(2)当污泥与香蕉秸秆配比为1∶2时,TS、VS、SCOD、溶解性蛋白质和溶解性多糖的去除率都达到最大,分别为37.50%、22.66%、70.25%、58.71%、85.39%,此厌氧消化系统的稳定性良好。     

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。     

猪粪和羊粪与麦秆不同配比中温厌氧发酵研究

研究了猪粪和羊粪分别与麦秆不同配比中温(35℃)厌氧发酵对产气量、消化时间和最优C/N值的影响。结果表明,猪粪与麦秆在中温厌氧发酵时,所需的最优C/N值为21,且经141 d就可充分发酵,最大干物质累积产气量可达369.53 mL/g。羊粪与麦秆中温厌氧发酵时,所需的最优C/N值为24,且经96 d就可充分发酵,最大干物质累积产气量可达209 mL/g。猪粪秸秆中温厌氧发酵时易发生酸化,发酵前应通过预处理来减少酸化可能;而羊粪麦秆不易发生酸化。     

含固率对牛粪常温厌氧消化的影响

在常温、pH值为7.0下,采用10 L玻璃瓶作为反应器对含固率(TS)分别为2%、6%、10%和14%的4组牛粪溶液进行厌氧消化实验,系统运行48 d,分析了厌氧消化过程中的COD(化学需氧量)、pH、VFA(挥发性脂肪酸)和产气量的变化。结果表明,进料TS是影响牛粪厌氧消化产气效果的重要因素,调节牛粪进料TS至10%,可以使其厌氧消化获得最佳的产气效果,COD去除率为24.6%,产气中甲烷含量为56.1%。     

稀盐酸预处理对稻草厌氧消化的影响

为探明稀酸预处理对稻草厌氧消化的影响,采用不同浓度的稀盐酸溶液对稻草进行了浸泡预处理,并在完全混合厌氧消化条件下,研究了稻草厌氧发酵过程中的产气量、甲烷含量,发酵液中COD、pH值及挥发性脂肪酸(VFA)的变化情况.结果表明,增大稀盐酸溶液浓度会提高稻草厌氧消化反应的效果.分别经4%、8%和12%的稀盐酸溶液浸泡预处理...     

碳氮比对鸭粪中温厌氧消化的影响

在中温(35±1)℃、6%的料液浓度、pH为中性条件下,采用10 L玻璃瓶作为反应器对碳氮比(C/N)分别为15、20、25和35的4组鸭粪溶液进行厌氧消化实验,系统运行30 d,分析了厌氧消化过程中的COD(化学需氧量)、pH、VFA(挥发性脂肪酸)和产气量的变化。结果表明,碳氮比是影响鸭粪厌氧消化过程的重要因素,调节鸭粪碳氮比至25,可以使其厌氧消化获得最佳的产气效果,COD去除率为24.06%,原料干物质产气率为0.178 m3/kg,产气中甲烷含量为71.5%,产甲烷率为0.127 m3/kg。     

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。     

料液浓度对鸭粪中温厌氧消化的影响

在中温35±1 ℃、pH为中性条件下,采用10 L玻璃瓶作为反应器对料液浓度分别为2%、6%、10%和15%的4组鸭粪溶液进行厌氧消化实验,系统运行30 d,分析了厌氧消化过程中的COD、pH、挥发性脂肪酸(VFA)和产气量的变化.结果表明,调节料液浓度至合适的水平对鸭粪厌氧消化过程非常重要,调节鸭粪进料浓度至6%,可...     

接种比对餐厨垃圾干式厌氧发酵启动的影响

针对不同接种比对餐厨垃圾干式厌氧发酵启动的影响,对比分析了VS接种比分别为0.36和0.90两种情况下,餐厨垃圾干式厌氧发酵启动过程中pH、NH4-N、COD、VFA、甲烷含量等指标的变化。实验结果表明,启动初期2组样品pH分别快速降至4.74和5.68,均呈酸化状态,经碱液调整后,接种比为0.36的处理仍无法正常产气,接种比为0.90的处理,pH逐步提高,系统正常运行,经72 d的发酵实验,COD去除率达90.29%,甲烷含量高于60%的沼气产量达255.4 L,分析可见,VS接种比是干式厌氧发酵处理的重要参数;此外,与传统湿式厌氧发酵处理相比,餐厨垃圾干式厌氧发酵在较高的VFA和氨氮浓度下,仍能正常运行,采用干式厌氧发酵技术处理餐厨垃圾是可行的。     

低强度空气搅拌对猪粪秸秆固体产酸发酵效果影响

以猪粪和秸秆为混合发酵原料,在沼液回流条件下考察空气搅拌对固体产酸发酵效果的影响.结果表明,实验周期内,空气搅拌与对照实验酸化产物中,乙酸分别占VFAs总产量的86.4%和84.3%,丙酸分别占7%和4%,而琥珀酸则分别占11.6%和6.6%;空气搅拌产酸发酵实验总VFAs产量低于对照实验,但挥发性固体含量(VS)去除...