油菜秸秆厌氧消化产沼气特性研究

该研究以探索油菜秸秆厌氧消化产甲烷潜力为目的,利用一组高效纤维素分解产甲烷菌群在CSTR厌氧反应器内分解定量油菜秸秆41 d,通过监测厌氧发酵过程中的甲烷生产效率,以及纤维素酶活性等指标,评价油菜秸秆厌氧发酵产甲烷的能力。结果表明:油菜秸秆在发酵菌群的作用下能够大量产生沼气,50 g干秸秆厌氧发酵后总产气量为13 200 m L,产气效率达到264 m L/g。在发酵过程中,秸秆纤维素被有效分解,纤维素酶活性和半纤维素酶活性分别达0.63、0.81 U/m L。纤维素酶活性与沼气产量具有良好的相关性,相关性系数达到0.95,表明秸秆纤维素类厌氧发酵产沼气体系内,具有良好纤维素酶活性的菌群对甲烷生产具有重要的意义。     

一组中温厌氧消化菌群高温启动过程中的菌群多样性变化研究

该研究利用37℃培养的中温厌氧消化菌群为菌源,直接提温至50℃驯化培养,获得连续处理高浓度糖蜜废水的厌氧消化产甲烷菌群,并考察高温驯化过程中菌群结构及多样性的变化特征.结果表明,中温厌氧消化菌群直接转入高温培养后,在高浓度有机废水连续进料的条件下,厌氧消化过程能够快速启动生成甲烷,并在22 d后形成稳定的高温厌氧消化产甲烷菌群,平均甲烷生成效率为162.3 m L CH_4/g COD.乙酸和丙酸是厌氧发酵液内的2类主要有机酸,产气稳定期间的质量浓度分别为25.3和145.3 mg·L~(-1).转入高温培养后,菌群结构产生巨大变化,细菌变异程度强于古菌,并逐渐稳定成为以代谢糖、多种有机酸的细菌和产甲烷古菌为主要优势菌群的高温厌氧消化菌群.克隆结果显示细菌菌群以Thermacetogenium和Acetomicrobium faecal为主要优势菌群,分别占细菌克隆文库的33.44%和20.99%;古菌菌群以Methanosaeta和Methanoculleus为主要优势菌群,占古菌克隆文库的56.40%和39.75%.转入高温培养后,产甲烷古菌的总生物量下降,含量约为7.6×106拷贝/g活性污泥.研究结果对阐明温度选择压力对厌氧消化菌群结构与功能影响,改进高温厌氧消化菌群富集方法具有重要意义.     

玉米秸秆厌氧消化性能评价

为提高农作物秸秆产沼气的效率,突破季节性限制问题。探讨了新鲜、青贮、干黄3种玉米秸秆,在30℃的恒温条件下,以牛粪液为氮源的厌氧消化产沼气潜力。通过p H、产气量、化学需氧量(COD)、甲烷含量、挥发性有机酸(VFA)、主成分(PCA)分析和修正Gompertz模型等综合评价玉米秸秆的厌氧消化性能。结果表明:新鲜秸秆的产沼气效率比青贮秸秆和干黄秸秆的产沼气效率分别高46.55和68.75 mg/L;新鲜秸秆的最大沼气速率和甲烷生产速率最高分别是537.8和57.05 m L/(g·d),其次是青贮秸秆和干黄秸秆;发酵时间与甲烷含量、产气量、有机酸、累积产气量等因子均呈正相关关系。为合理利用农作物秸秆为原料生产生物天然气具有重要经济意义。     

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.     

生物质秸秆静态与动态厌氧消化产甲烷潜能对比研究

中温(32~35℃)环境下,通过对固含率为15%三种不同粒径的发酵物料(0.5 cm以下、1~2 cm、3~5 cm)的厌氧消化过程分析,并且对固含率20%、25%、30%与带消化液回流的厌氧发酵实验研究,结果表明:三种不同粒径发酵物料产气量最大的是<0.5 cm,其次依次为1~2 cm,3~5 cm,考虑到粒径小容易酸化的原因,选择秸秆厌氧消化的粒径范围0.5~2.0 cm;小麦秸秆无回流间歇发酵的产气率可达到每立方米发酵物料2~3 m3/d,带消化液回流的厌氧发酵产气率达到2.2 m3/(m3.d);初始固含率8%的发酵物料经过消化液回流、排剩,最终发酵物的固含率为16.4%;小麦秸秆无回流间歇发酵产甲烷潜能最大达249.0 m3/t,对应的固含率为25%,带消化液回流的厌氧发酵产甲烷潜能达223.06 m3/t。     

外加氨氮对玉米秸秆厌氧发酵的影响

以玉米秸秆为例,研究了氨氮浓度对农业废弃物厌氧发酵产甲烷性能以及沼渣特性的影响,并利用Gompertz方程对沼气及甲烷产生过程进行了数学拟合。实验结果表明:外加氯化铵浓度(1¹0 g/L)对秸秆厌氧产累计产气量影响不显著;但对累计甲烷产量、玉米秸秆中挥发性组分(volatile solid,VS)的去除率、沼渣组分等有显著影响。在外加氯化铵浓度为5 g/L时,即碳氮比(C/N)为15∶1时,产气组分中甲烷含量最高为1 039 mL,当外加氯化铵浓度为10 g/L时,产气组分中甲烷量最低仅为833 mL。此外,用修正的Gompertz方程能够很好地拟合各反应器的厌氧发酵产气产甲烷过程。高浓度氯化铵(10 g/L)对产甲烷量、VS去除率有抑制作用。氯化铵浓度对沼渣中纤维素含量影响不显著,对半纤维素及木质素含量影响显著。     

D1菌株预处理水葫芦单相厌氧发酵连续产沼气试验

利用高效降解纤维素的菌株D1对水葫芦进行预处理,将其内部结构破坏后与活性污泥混合,在不添加任何底物情况下,对比经过预处理与未经预处理水葫芦厌氧发酵产沼气的优化条件,得出最佳优化条件。进一步将水葫芦厌氧发酵产沼气的最佳优化条件进行放大试验,结果表明:在10 L厌氧发酵罐内,100 g的水葫芦经5 mL含有107孢子的D1菌株菌悬液预处理48 h后,与厌氧活性污泥在30℃厌氧发酵60 d左右,其产气效率明显优于未经预处理的水葫芦,达15.52 L,平均产气量达155.2 mL/g,甲烷含量为63.5%。同时考察了反应器内的pH变化,结果表明pH值相对比较稳定,适合甲烷菌产气。     

污泥与秸秆共基质中温两相厌氧消化特性

以污泥和秸秆为共基质,以沼气产量、ρ（VFA）（VFA为挥发性脂肪酸）和COD_Cr去除率等为指标,探究污泥与秸秆配比（以COD_Cr计,质量比分别为1:0、1:1、2:1、3:1）对中温两相厌氧消化工艺运行效能的影响,以及最佳配比时SRT（污泥停留时间）对产甲烷相厌氧消化稳态特性的影响.结果表明:与污泥试验组相比,添加秸秆试验组的厌氧消化效能均较好;污泥与秸秆的最佳配比为2:1,该稳定状态下产酸相COD_Cr的去除率最高,为17.5%,ρ（VFA）为752 mg/L;产甲烷相COD_Cr的去除率为33.5%,ρ（VFA）为250 mg/L,产气量为47.7 mL/d,总体运行效能较高.在最佳污泥与秸秆配比（2:1）并设定产甲烷相反应器的SRT为20 d时,稳定状态下产甲烷相各组分的变化情况:COD_Cr去除率为41.20%,ρ（VFA）为238 mg/L,产气量为51.3 mL/d,沼气产率为8.4 mL/（d·g）.研究显示,当控制污泥与秸秆配比为2:1、SRT为20 d时,中温两相厌氧消化工艺运行效果良好.      

pH值调控对柑橘废渣与污泥厌氧共发酵产酸影响

为提高挥发性脂肪酸(VFA)的产量,探究了柑橘废渣和剩余污泥不同VS(挥发性固体)配比及调控发酵过程pH值对产VFA性能的影响.结果表明:调节共发酵系统pH值为6对VFA的积累有促进作用,柑橘废渣VS/剩余污泥VS为2时的最大VFA产量为11183.12mg/L,是未控制pH值组最高VFA浓度的1.75倍.柑橘废渣中的橘皮精油能抑制产甲烷过程,发酵过程控制pH值则强化这种抑制作用.加入柑橘废渣后,共发酵系统的菌群结构优势显著,产VFA相关微生物种群大量增加,而消耗乙酸的产甲烷菌群减少,从而有利于VFA的积累.研究结果将为优化柑橘废渣与剩余污泥厌氧共发酵产VFA提供理论依据.     

基于仿生学的一体式两相厌氧反应器的运行研究

反刍动物瘤胃对纤维素类物质具有强大的消化能力,在厌氧发酵领域备受关注.为了增加秸秆等物质的资源化利用途径,本文基于仿生学的原理,设计了一体式两相新型厌氧反应器,并以秸秆、猪粪和河道底泥为底物进行干式共发酵,研究了该反应器的水解酸化和产甲烷性能.结果表明：反应器在1～6 d的产气速率较快,单位体积累积产气量的增长速率为366.87 mL/d,最快产气速率为22.3 mL/(g·d)(以每g挥发性固体每天产生的沼气体积计);发酵过程挥发性固体的产气量为0.13 L/g;发酵过程中pH在7.3～8.2之间变化,p H与挥发性脂肪酸(VFAs)浓度整体上呈现相反的变化趋势,说明反应器内未发生氨抑制现象;第1～21天,主反应室产生的溶解性化学需氧量(SCOD)在次反应室中被充分利用,实现了水解过程和水解产物利用过程的分离;厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)是反应器中最丰富的两个菌门,均具有水解和产酸能力.基于瘤胃设计的反应器既具有不同水解程度底物分层和持续吸收VFAs的效果,又有上部水解和产酸、下部产甲烷的一体式两相厌氧发酵效果.研究显示,该反应器可有效延长...     

不同堆沤处理对玉米秸秆厌氧发酵的影响

研究利用纤维素分解菌F2对玉米秸秆进行堆沤预处理,将经不同堆沤预处理时间后的秸秆与猪粪混合进行厌氧发酵产沼气试验。结果发现,堆沤15 d后秸秆的总有机碳含量降低了10.06%,VS去除率和纤维素降解率比未加菌堆沤预处理分别提高了10.74%、10.60%;加菌堆沤预处理后的秸秆厌氧发酵甲烷产气率、干物质产气率、发酵前后VS去除率均高于未加菌堆沤预处理后的秸秆,且产气效率也有明显的提高;加菌堆沤预处理10 d的秸秆比未加菌堆沤预处理15 d的秸秆提前了2 d达到产气高峰,累计产气量达到21 957 mL,比未加菌堆沤预处理15 d的秸秆增加了1 629 mL。实验结果表明:该纤维素分解菌对玉米秸秆纤维素有较强的降解能力,并在一定程度上促进了有机碳的矿化;有效地提高了秸秆的生物降解性能,缩短了预处理所需时间;同时提高了玉米秸秆的利用率和产气潜力。     

紫茎泽兰茎秆厌氧发酵产甲烷

研究了3种不同原料处理下,紫茎泽兰的茎通过池外厌氧堆沤后传代试验发酵情况。传代试验结果表明:干燥与厌氧堆沤能降低原料中毒素对沼气发酵的影响,传代产气总量最高为6 015 mL,产甲烷率最高为64.22%。以上述两组为研究对象,通过测定TS、VS值发酵前后变化,探究了温度对沼气发酵的影响。试验结果表明:温度的升高有利于提高对发酵系统的原料利用程度,40~45℃是微生物发酵的不利温度。从原料有效利用与实际操作角度考虑,中温条件最适合沼气发酵,粉状原料30℃时产气与产甲烷为最佳,TS与VS产气率与产甲烷效率分别为152.8 L/kg、74.3 L/kg。     

热水解对农业废弃物-厨余共发酵产气的影响

水热解预处理农业废弃物可有效改善其在厌氧发酵时易出现的纤维素类物质难以降解和产气效率低等问题,文章在研究了预处理温度对农业废弃物单独厌氧发酵产气的基础上,利用中心组合设计试验考察原料预处理温度、初始有机负荷(OLR)和原料质量比(厨余∶农业废弃物)3个因素在中温(35℃)条件下对农业废弃物和厨余垃圾共发酵时负荷产甲烷率的影响,并运用响应面法对其工艺参数进行优化。结果表明,单因素试验中预处理温度达到180℃时产气效率是未处理组的2.77倍;根据多因素试验结果建立的数学模型具有高度显著性(P0.001),通过响应曲面最优化分析得到农业废弃物与厨余共发酵的最优条件为:预处理温度为170℃,初始有机负荷为0.02 g VS/m L,厨余垃圾与废弃物的质量比为2∶1,负荷产甲烷率的预测值最大为521.05 m L/g VS,验证试验平均值为511.35 m L/g VS,二者相对偏差为1.86%,可用于实际应用中。各因素对负荷产甲烷率的影响程度依次为初始有机负荷餐厨秸秆质量比预处理温度。通过红外光谱检测和扫描电镜对预处理前后的废弃物粉末进行定性分析,结果表明,热水解预处理农业废弃物,对纤维素、半纤维素、木质素及其含有的官能团均有一定程度的破坏,是预处理后的废弃物作为共发酵底物产气效率更高的原因。     

太湖蓝藻无害化处理资源化利用

针对太湖蓝藻打捞后难以处理并造成严重二次污染的问题,采用厌氧发酵方法研究了蓝藻发酵产生沼气的相关参数、发酵产物的成分、藻毒素降解特点;同时评估了太湖蓝藻无害化处理以及作为生物质能源、肥料的资源化利用可行性。研究结果表明,接种适量活性污泥后太湖蓝藻在厌氧状态下产生沼气达0.56L/g左右,比甲烷速率达189.73L/kg·d,调节碳氮比可以大幅度提高蓝藻产气量和比产甲烷速率。蓝藻发酵产生沼气的CH₄含量虽然处于动态变化,但平均含量较禽畜粪便发酵产生沼气的甲烷含量高,太湖蓝藻是一种有潜力的生物质能源材料。蓝藻藻毒素自然存降解极慢,但采用厌氧发酵后,藻毒素迅速降解。蓝藻发酵后沼液沼渣中含有丰富的氮、磷钾及氨基酸等营养,是一种优质的有机肥。     

活性污泥及其与秸秆共基质的厌氧消化特性

为分析秸秆对污泥厌氧消化特性的影响,在中温[（35±1）℃]条件下,研究了活性污泥单基质及其与秸秆共基质在SRT（固体停留时间）分别为10和15 d,以及C/N（质量比）分别为5.5:1、10.0:1的情况下,厌氧消化产沼气量及其组分、ρ（NH₄+-N）、ρ（TP）、ρ（COD_Cr）及ρ（VFA）[以ρ（乙酸）计,其中VFA为挥发性短链脂肪酸]的变化特性.结果表明:活性污泥-秸秆共基质厌氧消化在SRT为10、15 d时,累积沼气产量为5 818.0、9 026.0 mL,比活性污泥单基质的沼气产量（4 930.0、7 760.0 mL）分别提高了15.3%、14.0%;共基质所产沼气中φ（CH₄）最高为69.3%,比活性污泥单基质高出15.4%.此外,在SRT为10和15 d时,活性污泥-秸秆共基质厌氧消化COD_Cr去除率分别为25.0%和28.0%,优于单基质的10.2%和13.1%;共基质平均ρ（NH₄+-N）分别为278.5和254.9 mg/L,单基质平均ρ（NH₄+-N）分别为215.6和213.5 mg/L;活性污泥-秸秆共基质平均ρ（TP）分别为168.6和175.9 mg/L,高于活性污泥单基质的129.2和152.2 mg/L.共基质有利于厌氧消化液中有机物的提高,从而增加ρ（VFA）、提高甲烷产量.研究显示,共基质可优化厌氧消化底物的C/N,促进厌氧消化反应,提高产气量.      

敌敌畏对玉米秸秆产甲烷潜力影响研究

不同浓度敌敌畏影响下,玉米秸秆厌氧发酵产甲烷潜力有所差别,该文结合修正的Gompertz方程研究其厌氧消化的产甲烷动力学过程,为判明敌敌畏对玉米秸秆厌氧发酵的影响提供基础依据。未添加敌敌畏(CK)时玉米秸秆的累积甲烷产量为2 720.18 mL,添加浓度分别为30 mg/L(T1)、60 mg/L(T2)、120 mg/L(T3)的敌敌畏后,其累计甲烷产量分别为2 753.586、2 906.476、2 603.86 mL。根据实际所测的产气量变化曲线,依照Gompertz模型来方程拟合,相关性系数均达到0.99,且拟合得到CK组的最高产甲烷速率和延滞期时间分别为130.14 mL CH4/(g VS·d)和10.24 d。T3组玉米秸秆的延滞期较CK组降低,T1、T2组则有升高。这表明一定浓度的敌敌畏残留对玉米秸秆的厌氧发酵有促进作用,反映为提高了秸秆的产甲烷潜力,而当残留的敌敌畏浓度高于120 mg/L时,发酵过程会受到抑制。     

多元混合物料协同促进厌氧消化产甲烷性能试验研究

为评估农牧废弃物多元物料混合厌氧发酵对产甲烷性能的协同促进作用,研究了中温（37±1）℃和固体质量分数为12%时,牛粪、蔬菜废弃物和玉米秸秆混合原料的厌氧消化产甲烷性能,最后应用修正的Gompertz方程分析甲烷生产的动力学过程.结果表明：3种物料混合厌氧发酵发生了明显的协同促进作用,协同效应作用值为34.85%~70.39%,贡献效果显著（P<0.05）;当牛粪、蔬菜废弃物和玉米秸秆VS混合比例为50：20：30时,甲烷产率、累计甲烷产量和VS降解率达到最大值,分别为286.0mL/g VS、20713mL和65.6%,比单一牛粪、蔬菜废弃物以及玉米秸秆厌氧消化甲烷产量分别提高了32.9%、229.9%和82.0%.修正的Gompertz方程能较好反映物料厌氧消化产甲烷过程,拟合结果的R²均大于0.99,牛粪、蔬菜废弃物和玉米秸秆VS比例为50：20：30时具有最大产甲烷速率17.34mL/（d×g）和较短的迟滞时间2.97d.该研究结果可为农牧废弃物多元混合物料厌氧消化产沼气工程提供参考.     

水稻秸秆及茶饼粉厌氧发酵产沼气的研究

以活性污泥为接种物,以茶饼粉和水稻秸秆为发酵原料,在严格控制发酵温度(37±1℃)的条件下进行厌氧发酵产沼气的研究。研究结果表明:以茶饼粉为发酵原料厌氧发酵的累积产气量和甲烷含量最高(分别为5305 mL,66.13%),以水稻秸秆为发酵原料的各项指标次之(分别为3759 mL,63.24%),对照组的最低,实验组的累积产气量比对照组提高124.1%,58.81%,甲烷含量分别比对照组提高20.30%,15.04%。分析秸秆及茶饼粉发酵前后各种料液成分,发现秸秆中木质素和纤维素降解率达到28.74%和11.18%;茶饼粉中糖脂类蛋白的含量相比原料减少了26.79%、37.79%和40.12%。     

应用高固体浓度厌氧消化工艺转化污泥产沼气研究

应用高固体浓度厌氧消化工艺在中温(35±1)℃条件下,考察了进料总固体(TS)含量为17%的污泥在5 L反应器中批式厌氧消化产沼气的发酵过程,并探讨了高固体浓度厌氧消化工艺转化污泥产沼气的可行性.结果表明,沼气和CH4的累积产量在整个厌氧消化期间(73 d)经历产气高峰、相对稳定和结束3个阶段,累积产气量分别达121....     

不同碱液处理对玉米秸秆中温发酵产气的影响

通过自行设计的恒温厌氧发酵装置,研究NaOH、KOH和Ca(OH)_23种碱液预处理对玉米秸秆中温(35℃)厌氧发酵的影响。结果表明,玉米秸秆中温厌氧发酵时,NaOH预处理效果要好于Ca(OH)_2,而KOH预处理则达不到提高产气效率和累积产气量的效果,其中4‰Ca(OH)_2、4‰和8‰Na OH对玉米秸秆预处理效果要强于自来水对照,整个发酵过程均未出现产气停滞,分别在115、116和118 d时发酵完全,发酵结束时的累积产气量相比自来水对照分别提高了17.70%、21.87%和2.34%。最优组合预测模型显示,Na OH在中温条件下对玉米秸秆预处理的最佳质量浓度为4‰,120.0 d发酵完全,产气速率达51.07 m L/d,最大干物质累积产气量为383.00 m L/g;Ca(OH)_2在中温条件下对玉米秸秆预处理的最佳质量浓度为2‰,114.9 d发酵完全,产气速率为46.43 m L/d,最大干物质累积产气量为348.22 m L/g。可见,在玉米秸秆中温厌氧发酵时,利用质量浓度4‰Na OH和2‰Ca(OH)_2对其进行预处理是可行的,其中4‰Na OH的预处理效果要强于2‰Ca(OH)_2。