预处理方法对香蒲厌氧发酵联产H_2-CH_4效能的影响

通过厌氧发酵动力学分析、还原糖及其他代谢产物变化情况,结合香蒲微观结构解析,系统研究酸(HCl)、碱(NaOH)、酶(纤维素酶R-10)3种预处理对水生植物厌氧发酵联产H2-CH4的影响.结果表明:香蒲分别经酸、碱、酶3种预处理后,厌氧发酵联产累积H2、CH4产量及含量均显著提高,c(HCl)、c(NaOH)均为1.0 mol/L,w(纤维素酶R-10)(以底物计)为10 mg/g时,预处理最佳.其中1.0 mol/L NaOH预处理香蒲效果最佳,φ(H2)(H2含量)达30.09%,累积产H2量(以香蒲干质量计)达11.39 mL/g;φ(CH4)(CH4含量)最高达67.48%,累积产CH4量(以香蒲干质量计)达41.87 mL/g;还原糖利用率达50.87%,sCOD(溶解性化学需氧量)利用率达66.17%.纤维素酶预处理后香蒲产CH4能力显著提高,产CH4阶段φ(CH4)最高为71.39%,累积产CH4量达46.32 mL/g,还原糖利用率达72.10%.扫描电镜微观结构分析表明,碱预处理对香蒲纤维素结构破坏程度最大,可有效增加香蒲与微生物接触面积,有利于厌氧发酵联产H2-CH4工艺的快速启动和稳定运行.     

KOH和NH3·H2O联合固态预处理对青稞秸秆厌氧发酵特性的影响

为提高青稞秸秆的综合利用率,选用KOH和NH₃·H₂O作为青稞秸秆固态预处理试剂进行中温批式厌氧发酵产甲烷试验研究,并通过Box-Behnken响应面法来考察不同含量的KOH、NH₃·H₂O及预处理时间对青稞秸秆累积甲烷产量的交互影响. 结果表明:各因素对青稞秸秆累积甲烷产量的影响程度表现为NH₃·H₂O含量>KOH含量>预处理时间;通过响应面模型验证试验得到最优预处理条件为KOH含量5.13%、NH₃·H₂O含量3.35%、预处理时间13.87 h,该条件下累积甲烷产量实测值为282.34 mL/g(以VS计),与预测值(286.4 mL/g)非常接近,相对误差小于5%,证明验证模型有效. KOH和NH₃·H₂O联合预处理能够显著提高青稞秸秆厌氧发酵产甲烷能力(P<0.05),累积甲烷产量较7% KOH和5% NH₃·H₂O单一预处理及未处理分别提高了7.59%、20.82%和70.78%;二者联合预处理还能够有效降解木质素(降解率为29.21%),提高发酵液营养价值;同时,可减少回收预处理试剂的成本,降低对环境的污染. 研究显示,Box-Behnken响应面法能较好地优化青稞秸秆厌氧发酵的预处理条件,KOH和NH₃·H₂O联合预处理是高效生产生物甲烷和环境友好的木质纤维素类废弃物的处理方法.      

高温条件下初始pH值对污泥-餐厨垃圾联合厌氧发酵产氢余物产CH4的影响

污泥-餐厨垃圾厌氧消化产氢产CH₄可将城市有机废弃物转化为可再生能源H₂、CH₄,对实现碳减排发挥着重要作用。通过批式试验探究高温条件下(55±1℃),不同初始pH值对污泥和餐厨垃圾联合厌氧发酵产氢余物产CH₄的影响。研究结果表明:适度地增加产氢余物的碱度会提高产CH₄效能,而过低的初始pH则抑制了产氢余物产CH₄效能。初始pH=8时,CH₄最高浓度(79.08%)、累积产甲烷量(101 mL/g DS)和最大CH₄生产速率(12.21 mL/d)均达到最大。不同初始pH下,总糖和总蛋白质的降解量跟累积产甲烷量呈正相关,其中总蛋白的降解量及降解率均高于总糖。初始pH=8时,总糖和总蛋白质的降解量及降解率最高,分别为6078 mg/L、55.70%和4710 mg/L、69.67%。不同初始pH值下,产氢余物厌氧消化后的pH都趋于7.5左右。     

芦苇酶解对氢气-甲烷联产过程微生物群落演替规律的影响

采用10 mg/g纤维素酶R-10预处理芦苇秸秆,研究了酶解预处理对芦苇厌氧产气潜力的影响,分析了氢气-甲烷联产过程中微生物群落结构演替规律. 结果表明:酶解预处理后,芦苇秸秆在产氢阶段的累积产气量和φ(H₂)分别达到42.5 mL/g和52.1%;在产甲烷阶段,累积产气量稳定上升,最高值可达137.5 mL/g,是对照组产气量的5倍. 由扫描电镜(SEM)观察可知,产氢阶段以短杆状和梭状菌为主,产甲烷阶段以长杆菌为主. PCR-DGGE(聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳)分析表明,芦苇在酶解预处理后,其厌氧联产过程中微生物群落呈规律性演替,产氢阶段的优势微生物分别为具有降解纤维素产氢气功能的嗜热纤维素菌Clostridium thermocellum(条带B20)、具有高效产氢潜力的兼性厌氧产气肠杆菌Enterobacter aerogenes(条带B28);在产甲烷阶段,其优势微生物为可利用氢营养途径合成甲烷的产甲烷古菌Methanoculleus bourgensis(条带A3)、Methanoculleus horonobensis(条带A13). 经纤维素酶预处理后,芦苇秸秆厌氧联产的累积产气量、φ(H₂) 提高显著,具有纤维素降解功能的细菌和可利用氢营养途径合成甲烷的古菌为主要优势微生物.      

不同稻作系统土壤的CH4产生潜力与产生途径

不同稻作系统土壤的CH₄产生潜力,特别是CH₄产生途径（主要为乙酸发酵和CO₂/H₂还原）间的差异尚不明确.通过添加与不添加氟甲烷（CH₃F）抑制剂（添加比例分别为2%和0%）的土壤厌氧培养试验,并采用稳定性碳同位素等方法,对我国3类典型稻田生态系统（稻-麦轮作,RW;稻-休闲,RF;双季稻,DR）土壤CH₄产生累积浓度、 CH₄产生潜力、溶解性有机碳（DOC）含量、乙酸含量和乙酸产CH₄的相对贡献率(f_ac值)进行了对比研究.结果表明,RF的CH₄产生潜力为7.18μg·（g·d）^-1,显著低于RW[10.33μg·（g·d）^-1]和DR[13.42μg·（g·d）^-1]（P<0.05）;相关分析表明,CH₄产生潜力与土壤阳离子交换量及pH呈显著负相关（P<0.01）;...     

多因素共同作用对中温条件下污泥与餐厨垃圾联合厌氧发酵产H2的影响

污泥与餐厨垃圾联合厌氧发酵产H₂既可减少环境污染,又可制备清洁能源,是一种理想的有机固废处理处置技术。通过4因素5水平正交设计的批式实验及产氢动力学,探究餐厨垃圾C/N、混合体系C/N、含水率、初始pH值4个主要因素共同作用对中温条件下污泥餐厨垃圾联合厌氧发酵产H₂的影响。极差与方差分析结果表明：4个主要因素对联合厌氧发酵产H₂结果影响较明显,而餐厨垃圾C/N和混合体系C/N的交互作用对产H₂结果的影响不显著。不考虑交互作用,以比氢气产量为产H₂效能主要表征指标,最终确定餐厨垃圾C/N为20,联合发酵体系C/N为10,初始pH值为7,含水率为90%时,产H₂效能最佳,此时的累积产氢量为1499.6 mL,比氢气产量为140.96 mL H₂/g DS,最大产氢速率为21.73 mL H₂/h,最大H₂浓度为55.79%。     

腐殖酸含量对污泥厌氧发酵过程产CH4效率的影响

污泥中含有的HA（腐殖酸）会对厌氧发酵过程产生影响.为探究ρ（HA）对厌氧发酵产CH₄效率的影响规律,开展了ρ（HA）为0、200、300和400 mg/L（依次记为T0、T1、T2、T3处理）的中温厌氧发酵模拟试验,检测和分析了φ（CH₄）、累计CH₄产量与产生动力学特征,以及ρ（HA）与累计CH₄产量之间的相关性.结果表明:各处理发酵过程的pH在6.9~7.9之间变化,并且HA对pH变化具有减缓作用;T1处理的φ（CH₄）峰值为66.7%,高于T0处理的61.5%,但随着ρ（HA）的进一步增加,φ（CH₄）峰值逐渐下降为62.0%（T2处理）和60.0%（T3处理）;采用修正Gompertz方程对累计CH₄产量的拟合结果表明,HA对厌氧发酵的产CH₄潜能呈抑制作用,且随ρ（HA）的增加,该抑制作用更加明显,T0、T1、T2和T3处理的最大累计CH₄产量分别为441.1、432.1、397.1和253.5 mL;相关性分析结果显示,ρ（HA）与累计CH₄产量呈负相关,随着ρ（HA）的增加,累计CH₄产量逐渐降低.研究显示,HA对污泥厌氧发酵产CH₄过程呈抑制作用,ρ（HA）较低时可提高沼气中的φ（CH₄）峰值.      

鄱阳湖平原直播稻CH4通量及其与CO2通量的综合温室效应

稻田是一个既排放CH₄又吸收CO₂的复杂生态系统,在全球水碳循环和碳收支中发挥着重要作用.利用涡度相关法得到2020年鄱阳湖平原双季直播稻田的CH₄和CO₂通量,定量揭示了稻田碳通量变化特征、累积量和2种温室气体的综合温室效应.结果表明,双季直播稻田为CH₄排放源,全生育期排放量为52.6 g·m^-2,日均排放0.208 g·(m²·d)^-1. CH₄通量具有明显的季节变化特征,强排放期(排放峰)集中在早稻生长中期和晚稻生长前期,早稻85.5%和晚稻92.1%的CH₄在强排放期被释放,日尺度峰值分别为0.638 g·(m²·d)^-1和1.282 g·(m²·d)^-1.CH₄通量日变化呈显著单峰型、不显著单峰型和无规律型,强排放期主要为单峰型,该型式下早稻季峰值0...     

生物质固体废物厌氧发酵过程中HS对产CH4作用研究进展

针对生物质固体废物量大面广,具有污染和资源利用双重特性,厌氧发酵能源化可促进其污染控制,且过程中部分有机成分在微生物作用下转化成腐殖质（HS）.通过分析厌氧发酵过程中HS转化规律、HS结构特征与氧化还原性能、腐殖质还原菌与产甲烷菌活性、产CH₄效率之间的响应关系和作用机制研究进展,总结凝练出生物质厌氧发酵系统内HS对CH₄的调控原理,为减少厌氧发酵系统内HS对产CH₄途径的抑制作用,提高发酵效率的技术研究提供理论支撑.     

玉米秸秆干式厌氧发酵乙酸产生规律及其对发酵的影响

为解决玉米秸秆干式厌氧发酵系统因乙酸积累而致发酵失败、工程运行不稳定等问题,利用气相色谱仪对玉米秸秆干式厌氧发酵过程中w(乙酸)和w(CH₄)进行检测,结合相关性分析和回归分析等方法,研究了乙酸动态产生趋势、w(TS)(TS为总固体)与w(乙酸)的相关性,以及w(乙酸)对CH₄产生的作用机制. 结果表明:发酵过程中w(乙酸)先增后降,w(TS)由20%增至30%,w(乙酸)增加的持续时间由5 d延至15 d. Pearson相关性分析结果表明,w(TS)与w(乙酸) 呈极显著负相关(R<-0.979,P<0.01). 一元线性回归分析得到拟合方程y=-1 214.8w(TS)+668.2,由斜率(-1 214.8)可知,w(TS)对产乙酸过程具有较明显的抑制作用. 玉米秸秆干式厌氧发酵系统内w(乙酸)为160~451 mg/g,随着w(乙酸)的增加,底物CH₄产率经历上升、稳定、下降后再稳定和下降4个阶段,其中w(乙酸)为212~312 mg/g时,底物CH₄产率(大于120 m3/t,以秸秆干质量计)最大,其次为w(乙酸)在>312~410 mg/g时的80~120 m3/t.      

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%...     

Kitchen waste valorization through a mild-temperature pretreatment to enhance biogas production and fermentability: Kinetics study in mesophilic and thermophilic regimen

Biowaste valorization through anaerobic digestion is an attractive option to achieve both climate protection goals and renewable energy production. In this paper, a complete set of batch trials was carried out on kitchen waste to investigate the effects of mild thermal pretreatment, temperature regimen and substrate/inoculum ratio. Thermal pretreatment was effective in the solubilisation of macromolecular fractions, particularly carbohydrates. The ability of the theoretical methodologies in estimating hydrogen and methane yields of complex substrates was evaluated by comparing the experimental results with the theoretical values. Despite the single batch configuration, a significant initial hydrogen production was observed, prior to methane yield. Main pretreatment effect was the gain in hydrogen production; the extent was highly variable according to the other parameters values. High hydrogen yields, up to 113 mL H2/g VSfed, were related to the prompt transformation of soluble sugars. Thermophilic regimen resulted, as expected, in faster digestions (up to 78 mL CH₄/gVS/day) and sorted out pH inhibition. The relatively low methane yields (342–398 mL CH₄/g VS_fed) were the result of the consistent lignocellulosic content and low lipid content. Thermal pretreatment proved to be a promising option for the enhancement of hydrogen production in food waste dark fermentation.     

污泥厌氧发酵产氢的影响因素

污水生物处理过程中产生大量剩余污泥, 通常采用厌氧发酵处理并获取甲烷气体. 产氢产酸是污泥厌氧消化过程中的一个中间阶段. 本研究考察了原污泥和经碱处理的污泥在不同初始pH(3.0～12.5)条件下的产氢效果, 以及污泥性质和污泥浓度等对产氢效果的影响. 结果表明, 当初始pH为11.0时污泥发酵的产氢率达到最大值.采用原污泥发酵产氢时, 在初始pH为11.0的条件下发酵产氢获得的最大产氢率为8.1 mL/g, 而经碱处理的污泥在同样初始pH的条件下发酵产氢可将其产氢率提高一倍左右, 达到16.9 mL/g. 污泥经碱处理后厌氧发酵4d无甲烷产生, 且可有效地降低氢气消耗的速率. 另外, 污泥的VSS/SS值过低时会大大降低污泥的产氢率, 而污泥浓度对产氢率无明显影响.     

NaOH处理对互花米草高温干式厌氧发酵的影响

为了解NaOH处理对互花米草厌氧发酵的影响,在高温（55℃±1℃）和互花米草初始干物质含量为20％条件下,考察了NaOH处理对互花米草厌氧发酵产气特性、物质结构和组成以及发酵后互花米草水浸提液理化特性的影响．结果表明,互花米草经5％NaOH处理后,产气受到明显的抑制,累积产气量仅为CK的76．68％;碱处理配合水洗可有...     

酸-碱预处理促进剩余污泥厌氧消化的研究

为提高剩余污泥的厌氧消化效率,投加酸和碱对污泥进行预处理,对比分析了不同预处理方式（单独碱处理、酸-碱处理和碱-酸处理）对污泥水解酸化的影响,并研究了各种预处理方式对后续厌氧消化产甲烷效率的影响.结果表明,单独碱处理的溶解性化学需氧量（SCOD）溶出量比酸碱联合处理要大16%左右,预处理第8 d,达到5 406.1 mg.L-1.采用先酸（pH 4.0,4d）后碱（pH 10.0,4 d）预处理,在污泥水解酸化过程中,乙酸产量及其占总短链脂肪酸（SCFAs）的质量分数均高于其他预处理方式,其乙酸产量（以COD/VSS计）可达到74.4 mg.g-1,占总SCFAs的60.5%.酸-碱预处理后污泥混合液的C∶N比值为25左右,C∶P比值在35～40之间,这比单独碱处理和碱-酸处理后的C∶N和C∶P比值更有利于后续厌氧消化.通过对比研究发现,酸-碱预处理后,厌氧消化到第15 d,酸-碱预处理污泥的累积甲烷产量（CH4/VSS加入）达到136.1 mL.g-1,分别是空白对照、碱-酸预处理和单独碱预处理方式的2.5、1.7和1.6倍,厌氧消化效率最高.经过8 d酸-碱预处理和15 d的厌氧消化,挥发性悬浮固体（VSS）总去除率达到60.9%,污泥减量效果比其他预处理要好.很显然,酸-碱预处理方式更有利于污泥厌氧消化及污泥减量化.     

不同湿热预处理条件对餐厨垃圾厌氧发酵产氢的影响

采用湿热水解技术处理餐厨垃圾,研究不同湿热预处理温度与时间下餐厨垃圾w(VS)(VS为挥发性固体)、ρ(CODs_Cr)(CODs为溶解性化学需氧量)、ρ(TOC)、ρ(TN)等指标的变化,以评价湿热预处理对餐厨垃圾厌氧产氢效能的影响. 在此基础上,结合厌氧产氢动力学分析,确定厌氧发酵产氢的最佳湿热预处理条件. 结果表明:湿热预处理温度、时间对餐厨垃圾可浮油脱出量、w(VS)具有显著影响. 餐厨垃圾湿热预处理后ρ(CODs_Cr)、ρ(TOC)、ρ(TN)变化情况与w(VS)呈负相关. 餐厨垃圾经90℃湿热预处理30min后,可浮油脱出量为37.5mL/kg,w(VS)/w(TS)为95.12%,最大比产氢量达242.1mL/g,最大产氢速率为12.46mL/h,累积产氢率达0.88mol/mol,厌氧产氢启动时间为12.85h. 说明对餐厨垃圾进行适度的湿热预处理可有效提高有机物溶解性与生物可利用效率,进而提高厌氧发酵累积产氢量与产氢速率. 综合能耗、产出等因素,湿热预处理温度90℃,处理时长30min,为餐厨垃圾厌氧发酵产氢的最佳湿热预处理条件.      

玉米秸秆化学预处理后进行厌氧干发酵试验的研究

采用稀硫酸和稀氢氧化钠处理玉米秸秆,分析秸秆纤维组成和纤维结构的变化,并对酸、碱处理后的玉米秸秆进行厌氧干发酵试验。研究表明,采用稀酸处理玉米秸秆的还原糖产率明显高于采用稀碱处理的玉米秸秆;稀硫酸对半纤维素的去除率可达74.27%,稀碱对木质素的去除率最高可达83.94%;玉米秸秆经稀酸处理和稀碱处理后进行厌氧干发酵试验,其累积产气率和甲烷含量都有所提高,但酸法高于碱法。     

秸秆发酵产氢的影响因素研究

以加热预处理的厌氧活性污泥为接种物,以秸秆（稻草、麦杆）为发酵底物进行微生物产氢实验,研究了不同秸秆粒径、纤维素酶用量、预处理方法、发酵液pH值对秸秆发酵产氢速率以及产氢气量的影响.其中颗粒粒径为170 μm的稻草经过NaOH预处理,按照底物与纤维素酶用量1∶1的比例酶解,进而发酵产氢的单位总产氢量为90.5 mL/g,最大单位产氢速率为0.58 mL/(h·g).