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。     

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。     

玉米秸秆制备活性炭吸附剂新工艺

以玉米秸秆为原料,采用化学活化法制备活性炭吸附剂,研究了料液比、添加剂用量、活化剂的浓度、活化时间、活化温度等工艺条件,探讨了浸泡时间和超声活化对产品收率和吸附性能的影响。结果表明:较佳的工艺条件为料液比1∶2.5、活化剂浓度60%、添加剂用量6%、活化时间45 min、活化温度400℃。超声浸泡可以大大缩短浸泡时间,明显提高产品的收率和吸附性能。制备出的吸附剂吸附性能优于商业活性炭,产品质量指标接近水质净化用活性炭标准。     

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.      

泥炭复配玉米秸秆活性炭的制备及其吸附性能

采用泥炭为原料,氢氧化钾为活化剂制备了粉末活性炭,并研究其对水中亚甲基蓝的吸附性能。选取泥炭秸秆比、活化时间、活化温度和碱炭比为因素,通过正交试验确定了最佳工艺条件,即泥炭秸秆比为2∶1,活化时间为1 h,活化温度700℃,碱炭比为1∶3。吸附实验结果表明,该泥炭复配玉米秸秆为原料制备的粉末活性炭对水中亚甲基蓝的吸附效率高,最大吸附量为898.2 mg/g,Freundlich吸附等温式的拟合效果优于Langmuir吸附等温式,表明主要吸附为多层吸附。准二级动力学模型比准一级动力学模型能更好地拟合活性炭吸附亚甲基蓝的动力学规律。     

活性炭性质对固定化生物活性炭净水效果的影响研究

对不同种类活性炭进行优势菌种人工固定化,通过相关性分析,研究了活性炭的性能指标对固定化生物活性炭(IBAC)净水效果的影响作用.结果表明:相关系数在0.7以上的活性炭性能指标为糖蜜值、摩擦系数、强度、单宁酸值、平均粒径、有效粒径、均匀系数,相关系数在0.5以上的活性炭性能指标为pH值、碘值、丁烷值、四氯化碳值.进一步的偏相关分析结果表明:对生物炭净水效果影响较大的性能指标为糖蜜值、强度、摩擦系数、均匀系数、平均粒径、有效粒径.产生这种影响的主要原因是以糖蜜值为代表的活性炭孔隙分布,为优势菌种提供栖息场所和调节食物供给;强度和摩擦系数代表了活性炭的耐破损能力,影响优势菌种生物膜的稳定性;活性炭的粒径大小和粒度分布均匀性,直接影响滤床水力剪切力,从而影响优势菌的固定稳定性.     

NaOH预处理对香蕉秸秆厌氧发酵产沼气的影响

以农村废弃资源香蕉秸秆为原料,采用试验室自制的厌氧发酵装置,在恒温35℃和发酵料液总固体质量分数为6%的条件下进行沼气发酵试验,研究不同质量分数(2%、4%、6%、8%) NaOH的预处理对香蕉秸秆厌氧发酵产气效果的影响。研究结果表明:香蕉秸秆经过NaOH预处理后与对照组(未经NaOH预处理)相比产气量明显增加,其中,NaOH预处理浓度为6%的处理组,发酵58 d时的总产沼气量、总产甲烷量、总固体(TS)产气量、总固体(TS)产甲烷量均最高,分别为21581. 00 mL、11878. 30 mL、548. 87 mL/g、302. 10 mL/g。经过NaOH预处理后的香蕉秸秆发酵过程中pH值在适宜的范围内波动,发酵前后发酵液中COD的降解率均达到60%以上。故综合来看,NaOH预处理能缩短香蕉秸秆厌氧发酵的启动时间,增加发酵体系的缓冲性和稳定性,提高产气效果,且NaOH预处理浓度为6%时,香蕉秸秆厌氧发酵效果最优。     

碳氮比对人粪与秸秆协同厌氧发酵的影响

人粪与秸秆产量巨大,但是缺乏有效的处置方式,对环境产生巨大危害。为深入研究碳氮比对人粪与秸秆混合厌氧发酵实验的影响,该文采用人粪分别与沼液浸泡过的玉米秸秆、小麦秸秆在碳氮比为20/1、25/1及30/1三个梯度下进行混合厌氧发酵实验,分析了实验过程中产气量以及沼液的p H、NH4+-N、VFAs以及COD的变化。结果表明,不同实验组各指标变化趋势类似,产气性能方面,碳氮比为20/1的实验组产气量较优,人粪与玉米秸秆混合发酵比人粪与小麦秸秆混合发酵更优;发酵料液特性方面,碳氮比为20/1的实验组发酵料液指标变化较为温和,发酵过程更稳定,缓冲能力较高,人粪与小麦秸秆混合厌氧发酵的实验组比人粪与玉米秸秆混合厌氧发酵更具有缓冲能力,发酵过程更稳定。碳氮比为20/1更适宜人粪与秸秆进行混合厌氧发酵实验。     

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。     

低温冰冻预处理对水稻秸秆厌氧发酵产气性能的影响

以水稻秸秆为厌氧发酵原料,在中温(37℃)湿式批次发酵条件下,考察了低温冰冻预处理在不同温度(-5,-18,-40,-60℃)和不同时间(12,24,36 h)下对水稻秸秆厌氧发酵产气性能影响。实验结果表明:低温冰冻预处理均显著增加了秸秆溶出物COD含量,其中D3处理与对照相比增加了7. 65倍。低温冰冻预处理显著降低了木质素含量,降低幅度为16. 36%～59. 88%。在预处理冰冻温度为-5,-18,-40℃下,水稻秸秆厌氧发酵TS产气率和甲烷含量随着预处理时间增加而提高。其中,-60℃,24 h处理的厌氧发酵TS产气率与-60℃,36 h处理的甲烷含量最高,相较于对照组分别提高了96. 46%和209. 30%。     

餐厨垃圾与秸秆混合中温和高温厌氧消化对比

餐厨垃圾与秸秆混合厌氧消化可有效改善两者单独厌氧消化易出现的挥发性脂肪酸积累和木质纤维素难以降解等问题,并回收生物质能.在中温(35℃)和高温(55℃)条件下,对餐厨垃圾与秸秆混合厌氧消化进行了序批式试验研究.结果表明,进料的挥发性固体(VS)浓度为3 kg·m~(-3),中温条件下,物料进料比(VS/VS)为9∶1时,单位有机负荷累积甲烷产量达到最高,为272.0 mL·g~(-1);高温条件下,进料比为5∶5时,单位有机负荷累积甲烷产量达到最高,为402.3 mL·g~(-1),分别显著高于两温度条件下餐厨垃圾单独厌氧消化的结果(中温218.6 mL·g~(-1),高温322.0 mL·g~(-1)).高温条件下物料中的碳流向甲烷的比例高于中温,且两物料混合消化促进碳流向甲烷.高温下木质纤维素总降解率为34.7%~45.8%,高于中温的12.6%~42.2%.利用高通量测序技术检测细菌与古菌的16S rRNA基因序列信息和真菌的内转录间隔(ITS)序列信息,结果表明,高温下木质纤维素降解细菌和放线菌数量明显高于中温条件,可解释高温下木质纤维素总降解率更高的原因.     

生物活性炭厌氧氨氧化反应器启动过程研究

采用生物活性炭反应器进行厌氧氨氧化启动实验,以考察生物活性炭对该启动过程的加速作用.在3个相同的UASB反应器中接种由厌氧颗粒污泥和厌氧絮状污泥组成的混合污泥,以含NH4+-N和NO2--N的人工配水为进水,连续运行,并分别在反应器运行的第0、33、56 d添加颗粒状活性炭载体.结果表明,第0 d添加载体的反应器在运行90 d后脱氮性能无显著提高,暂停运行1个月后,经过33 d(累计123 d)二次启动成功.而第33 d、56 d添加载体的反应器分别历经49 d、85 d成功启动,实现了厌氧氨氧化反应器的快速启动.3个反应器启动后总氮的平均去除率分别为89.8%、86.7%、86.7%.反应器启动运行过程可分为菌体自溶期、停滞期、活性提高期和稳定脱氮期,最适宜加入GAC载体的时间为停滞期开始之后.     

水稻秸秆厌氧发酵制氢技术研究

以水稻秸秆为研究原料,用牛粪为接种物,采用稀硫酸预处理方法来提高秸秆纤维素的降解率,从而提高其发酵产氢的能力,并且进一步考察了发酵初始pH、发酵温度、牛粪与秸秆的质量比和底物浓度四个条件对发酵产氢的影响。实验结果表明:在接种100g/L牛粪的条件下,以1.8%的硫酸加热30min预处理秸秆产氢效果最佳,为19.64mL/gTS,是未经过预处理的秸秆产氢量(0.1mL/gTS)的196倍,粗纤维含量由未处理前的36.7%下降到酸处理后的31.5%。在pH8.0、温度为37℃、牛粪与秸秆质量比为2.5∶1、底物浓度为50g/L时的产氢效果最好,累计产氢量为29.14mL/gTS,此时生物气中没有检测到甲烷气体,氢气浓度达到63.88%。     

碱处理玉米秸秆与超声预处理污泥混合厌氧消化效果研究

以碱处理玉米秸秆和超声预处理污泥为发酵原料,在恒温35±1℃及底物浓度为15 gVS/L的条件下,采用正常运行的大型沼气池沼液作为接种物,研究不同配比(VS污泥:VS秸秆分别为1:0、2:1、1:1、1:2、1:4)对混合厌氧消化效果的影响.研究表明,VS污泥:VS秸秆的比例为1:2时累积产气量最高,VS产气率达到了472.33 mL·g-1,甲烷产量在发酵稳定后达到了60.52%.进一步研究得出,将超声预处理污泥与碱处理玉米秸秆按一定比例混合发酵可以将产气高峰提前.     

用草浆造纸黑液制取活性炭

本法用酸水解炭化、ZnCl_2活化法处理草浆造纸黑液生产活性炭.结果表明,由7—8Be的草浆黑液1L可制20g左右的活性炭.活性炭的碘值>1000mg/g,亚甲基兰值>180ml/g,其主要指标已超过我国LY216-79和日本JIS K1426标准一级品的要求.提取活性炭后,黑液中COD_(Cr)去除率达72％,色度去除率达93％.残液还可作提取Na_2SO_4、糠醛的原料.     

PAM影响剩余污泥与酒精糟液高温共厌氧消化研究

为了使共厌氧消化技术在实际生产中得到应用,研究了广泛使用的絮凝剂阳离子聚丙烯酰胺(PAM)对剩余污泥与酒精糟液高温共厌氧消化的影响,并考察了不同搅拌强度消除PAM的影响.结果表明,阳离子PAM的含量越高,对共厌氧消化反应影响越明显,相对高的搅拌速度有利用消除高分子PAM对质子传输的束缚作用,增加厌氧微生物与污泥的接触机...     

亚临界水解预处理稻草秸秆制备活性炭及表征

通过以稻草秸秆的亚临界预处理中产生的残渣作为实验材料,以氯化锌作为活化剂制备具有吸附性能的活性炭,研究了活化温度,活化时间,浸渍时间以及浸渍比等4个因素对生成活性炭的性能影响,设计正交实验制备活性炭.以低温液氮吸附测定活性炭的比表面积和孔容、孔径分布,以扫描电子显微镜(SEM)观测活性炭表面形貌,并以亚甲基蓝(MB)作为吸附质,研究了活性炭对亚甲基蓝的吸附动力学和吸附等温线.结果表明,活化温度900℃,活化时间60 min,浸渍比1∶5,浸渍时间12 h,当氯化锌质量分数为20%时,制得相应活性炭的碘值为1 122.79 mg.g-1,亚甲基蓝吸附值为136.50 mg.g-1.亚甲基蓝在活性炭上的吸附基本符合Langmuir方程,且准二级动力学模型能很好地描述活性炭对亚甲蓝的吸附过程;热力学研究表明,吸附吉布斯自由能(ΔG0)<0,而焓变(ΔH0)>0,说明吸附为吸热的自发反应过程,升温有利于吸附.     

高温厌氧细菌混合培养对纤维素酒精生产的提高作用

以高温厌氧细菌热纤维梭菌(Clostridium thermocellum LQRI)和嗜热厌氧乙醇菌(Thermoanaerobacter ethanolicus X514和Thermoanaerobacter pseudoethanolicus39E)为对象,以纤维素为微生物利用的底物,分析了LQRI纯培养和LQRI+Thermoanaerobacter混合培养对纤维素降解、酒精生产及终产物分布的影响.结果表明,LQRI+Thermoanaerobacter混合培养的酒精生产能力和纤维素降解率明显高于LQRI纯培养.在混合培养体系中,LQRI+X514的酒精生产能力明显高于LQRI+39E.培养基中无外源酵母粉条件下,LQRI纯培养酒精最高浓度约为11.5mmol/L,LQRI+X514和LQRI+39E混合培养最高酒精浓度分别约为71mmol/L和36.5mmol/L,相同的底物纤维素浓度条件LQRI+X514和LQRI+39E混合培养酒精浓度分别约为LQRI纯培养的5～11倍和3～5倍,纤维素降解率分别都约为LQRI纯培养的1.5～5.0倍;培养基中0.6%外源酵母粉存在条件下,LQRI纯培养酒精最高浓度约为12.9mmol/L,LQRI+X514和LQRI+39E混合培养最高酒精浓度分别约为263.5mmol/L和143.5mmol/L,相同的底物纤维素浓度条件LQRI+X514和LQRI+39E混合培养酒精浓度分别约为LQRI纯培养的8～22倍和8～12倍,纤维素降解率均约为LQRI纯培养的1.1倍.在5%Solka Floc为底物和0.6%外源酵母粉的条件下,LQRI+X514混合培养酒精浓度最高可达到263.5mmol/L,相当于1.2%(质量浓度)的酒精,LQRI+39E约为143mmol/L.     

利用有机物厌氧发酵生物制氢的研究进展

主要介绍利用有机物厌氧发酵生物制氢工艺的基本原理和主要途径,并对国内外在厌氧生物制氢领域内的研究现状进行了综述,对厌氧生物制氢在未来的进一步发展进行了分析和展望。