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。     

底物浓度对玉米秸秆乙醇发酵及残渣甲烷发酵的影响

为研究底物浓度对玉米秸秆乙醇发酵过程中乙醇产率和乙醇发酵剩余残渣厌氧发酵产气特性的影响,在中温(37±0.2)℃条件下,利用实验室自制小型厌氧发酵装置,在底物浓度为2%、3%、4%和5%下开展周期为50 d的序批式厌氧发酵实验,探索不同底物浓度下玉米秸秆发酵乙醇产率和乙醇发酵剩余残渣厌氧发酵产气特性。结果表明:底物浓度对玉米秸秆乙醇发酵影响显著,当底物浓度为3%时,玉米秸秆厌氧发酵乙醇产量最大,达到39.04 g;底物浓度过低或过高均不适合后期厌氧发酵产甲烷的进行,当底物浓度为3%时,玉米秸秆乙醇发酵残渣表面纤维结构被破坏最明显,残渣厌氧发酵产甲烷实验最早在3 d出现产气峰值,挥发性固体单位甲烷产量为26.82 mL·g~(-1),并且累积产气量最高,挥发性固体单位累积甲烷产量达到270.01 mL·g~(-1),玉米秸秆乙醇发酵残渣还有较高的产气潜能;通过质量平衡分析得到,底物浓度为3%时,玉米秸秆生物转化过程中TS和VS去除率最高,分别为59.12%和79.07%。该研究可为玉米秸秆乙醇发酵工程提供参考。     

水葫芦厌氧发酵工程化应用研究

在实验室进行了接种率、破碎程度和温度等对水葫芦厌氧发酵产气率的影响研究.结果表明:水葫芦在中温35℃下,水葫芦和接种污泥的最佳接种率为1:1(总固体物质比),经简单切分后产气率最高,原料产气率为0.540 m3/d(以每千克固体含量计,下同);高温消化与中温消化相比,产气率无明显优势.在实验室研究基础上,对中国农村地区原有的沼气发酵工艺进行适当的改进,设计构建了5 m3 15 m3(酸化池 产气池)两级反应池,该反应池在夏季常温条件下运行良好,80 d的平均原料产气率达0.305 m3/d.     

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。     

焚烧发电厂垃圾渗滤液与秸秆的中温厌氧消化

为探索秸秆与焚烧厂垃圾渗滤液混合厌氧消化的可行性,进行探索性实验.1L焚烧发电厂的垃圾渗滤液与37.56 g(有机负荷为30 g VS/L)破碎至1～2 cm的秸秆,在中温(35℃左右)厌氧条件下发酵.发现pH为5.0的渗滤液与未经生物、化学处理的秸秆可以进行混合厌氧消化.实验累积产气141 d,累积产气量达43 749 mL,最高产气量2 590 mL/d.生物气中CH4含量在50％以上,最高时可达70.89％.渗滤液消化前COD为70 472 mg/L;产气开始时,秸秆与渗滤液两相消化液COD为83 896 mg/L;产气基本停止时,消化液COD降至14 245 mg/L,COD去除率达到83.02％.本实验将秸秆纤维的转化利用以及渗滤液的厌氧发酵结合起来,提供了一种以废治废的治理思路,对寻找新的绿色能源具有一定的启发作用.     

腐熟蓝藻与厌氧污泥混合厌氧发酵特性

采用批次小试实验对不同腐熟程度的蓝藻进行厌氧发酵产沼气实验研究。结果表明,新鲜蓝藻在30-35℃时腐熟7 d后,可在35℃的厌氧温度下获得最高的产气速率和246 mL/g COD的产气量,产气潜力为354 mL/g（VS）。厌氧反应15 d后,累计产气量、COD和VFA浓度趋于稳定。淀粉酶和脱氢酶的活性在厌氧反应初期受到抑制,蛋白酶活性和辅酶F420浓度在厌氧系统中逐渐增加,分别在第6天达到27.66μmol/（g VS·min）和第15天达到0.62μmol/g（VS）。15-18d是腐熟蓝藻适宜的中温厌氧发酵时间,少于以新鲜蓝藻为基质的厌氧消化时间。蓝藻腐熟过程促进了厌氧反应,腐熟7 d的蓝藻厌氧系统具有更高的微生物活性和产甲烷能力。     

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。     

含盐量对餐厨垃圾干式厌氧发酵的影响

在中温(35℃)和高温(55℃)条件下,研究了不同含盐量(质量分数分别为0、1%、2%、3%、4%、5%)对餐厨垃圾干式厌氧发酵过程中日产气量、累积产气量、总固体(TS)、挥发性固体(VS)、沼气成分的影响。结果表明,在中温和高温条件下,当含盐量为3%(质量分数)时累积产气量均达到最高值,分别为1 244、1 419mL。此时,TS、VS的去除率也最高,中温时的去除率分别为43.2%、45.6%,高温时的去除率分别为48.3%、50.9%。餐厨垃圾干式厌氧发酵过程中沼气的甲烷含量逐渐升高,第28天时达到最高;含盐量为3%时中温和高温厌氧发酵条件下甲烷含量最高,分别为78.7%(体积分数,下同)、90.0%。     

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。     

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.     

不同混合比牛粪玉米秸中温干发酵产沼性能

设置5组牛粪和玉米秸的混合物(干物质比为0∶1、1∶0、1∶1、1∶2、2∶1),研究其在中温35℃下干发酵产沼性能,以产沼性能最好实验组的实验数据为基础,对比研究了两类产气模型。研究结果显示:玉米秸与牛粪的混合干发酵运行效果较好;其中,牛粪和玉米秸干物质比为2∶1时产沼效果最好,产气量最高为81 209 mL,干物质产气率为0.312 m3/kg,整个发酵过程中产气量和甲烷的含量比较稳定,CH4含量最高达56.59%,总固体、挥发性固体的去除率相对较高,分别为26.11%和34.27%。一级动力学模型与多项式函数方程2个产气模型拟合检验结果显示,应用简单的多项式函数即可对产气情况进行相对准确的预测。     

添加小麦秸秆对猪粪高温堆肥腐熟进程的影响

选用猪粪与小麦秸秆为堆肥原料进行高温好氧堆肥实验,研究添加小麦秸秆对猪粪高温好氧堆肥过程中堆体温度、pH值、种子发芽指数、碳氮比和养分等理化指标的影响,寻求猪粪高温堆肥时的最佳秸秆配比,旨在为猪粪快速资源化利用提供科学依据。结果表明,猪粪高温堆肥时添加小麦秸秆可以缩短进入高温发酵阶段的时间,减少氮素损失,加快C/N的降低速率,加速有毒有害物质分解。其中猪粪和小麦秸秆6∶4处理各层温度在2~5 d内上升至50℃,并持续37~46 d,在堆肥结束时,有机质和速效氮含量较堆肥初期下降幅度最小,分别为33.90%和23.76%,全氮、全磷、全钾、速效磷和速效钾含量较堆肥初期提高幅度最大,分别为13.34%、20.24%、53.19%、41.53%和16.57%。若以种子发芽指数80%作为堆肥腐熟的评价指标,猪粪和小麦秸秆6∶4配比堆肥的腐熟速度比纯猪粪快18 d,36 d即可腐熟。综合判断,实际应用中,猪粪与小麦秸秆按体积6∶4进行堆肥较为适宜。     

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。     

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。     

牛粪与小麦秸秆混合高温堆肥的腐熟进程研究

通过研究牛粪与小麦秸秆混合高温堆肥的腐熟进程,寻求最佳的堆肥体积比,旨在为农业废弃物快速资源化利用提供科学依据。将牛粪与小麦秸秆分别按体积比10∶0、8∶2、6∶4、4∶6、2∶8混合,高温堆肥64d,研究各种处理下堆肥进程。结果表明,与纯牛粪高温堆肥相比,添加小麦秸秆可以加快堆肥升温速度,抑制高温堆肥前期pH的升高和氨气挥发,减少氮素损失,加速堆肥内有毒有害物质分解,加快C/N降低速率。其中牛粪和小麦秸秆以6∶4的体积比混合高温堆肥时效果最好,堆肥结束时有机质和速效氮下降幅度最小,分别为31.84%和18.18%,全氮、全磷、全钾、速效磷和速效钾的提高幅度最大,分别为15.86%、13.64%、9.42%、22.73%和29.30%。若以种子发芽指数80%作为堆肥腐熟的评价指标,牛粪和小麦秸秆按6∶4体积比混合高温堆肥43d即可腐熟,比纯牛粪腐熟提前了12d。综合判断,实际应用中牛粪与小麦秸秆按6∶4体积比进行高温堆肥较为适宜。     

餐厨垃圾的高温厌氧消化处理研究

在55℃条件下，研究了餐厨垃圾高温厌氧消化过程中pH、VFA、总磷、产气量以及COD、TS和VS的变化，结果表明：在消化过程中pH先下降后上升，总VFA浓度增大，而其中游离态VFA浓度先增大后减少。消化过程总产气量为43 211 mL，整个过程消耗TS的平均产气率为158.98 mL/g TS，COD去除率为38.76％，总磷去除率达到98.87％，底物TS和VS去除率分别31.71％和50.24％。经过厌氧消化处理，沼渣中不含对人体和许多动物有害的沙门氏菌、痢疾杆菌、大肠杆菌及粪大肠杆菌，而富含有机质、氮、磷和钾等的营养物质和芽孢杆菌、防线菌等有益菌种。     

混合水解对打捆麦秸水解产酸的影响

为研究混合水解对麦秸水解产酸的影响，以猪粪、厨余和蔬菜废物为原料，研究其分别与麦秸混合水解产酸的特性，分析了水解过程中pH值、COD、SCOD和VFAs的变化。结果表明，除麦秸＋蔬菜废物最佳出料时间为3～9d外，麦秸、麦秸＋厨余垃圾、麦秸＋猪粪水解液最佳出料时间均为3～7d，7d后水解液COD浓度下降；将蔬菜废物与麦秸混合水解，水解液pH值降低幅度最大，水解液中总有机酸浓度最高，pH值最低为5．31，有机酸浓度最高达6．46g／L，且水解液中SCOD浓度、SCOD／COD比值最大；添加猪粪明显促进了麦秸有机物的水解溶出，麦秸单位干物质水解率和产酸率较对照分别提高了43％～134％和50．53％，但对提高水解液SCOD浓度、SCOD／COD比、TVFA浓度、降低水解液pH值的效果不如蔬菜废物；添加厨余垃圾的效果介于猪粪和蔬菜废物之间。从促进麦秸水解产酸的角度，以添加猪粪的效果最好。     

水生植物酸碱预处理对厌氧发酵联产氢气-甲烷的影响简

采用酸碱预处理乌梁素海典型沉水植物龙须眼子菜和挺水植物芦苇，通过厌氧发酵动力学分析、还原糖变化及微观结构解析，研究酸碱预处理对水生植物厌氧发酵联产氢气-甲烷的影响。实验结果表明，酸碱预处理后水生植物厌氧发酵联产氢气-甲烷两阶段累积产气量、氢气及甲烷含量均显著提高，酸处理效果优于碱处理。采用0.5 mol/L HCl预处理龙须眼子菜效果最佳，最大氢气、甲烷含量分别达42.65%和52.82%，产氢气速率为4.118 mL/h，产甲烷速率最高达14.199 mL/h。芦苇经1 mol/L HCl预处理效果最佳，最高氢气、甲烷含量分别为32.22%和65.26%。扫描电镜微观结构分析表明，酸碱预处理可显著破坏芦苇、龙须眼子菜的纤维素结构，有效增加植物与微生物接触面积，有利于厌氧发酵联产氢气-甲烷工艺的快速启动和稳定运行。