pH值对玉米秸秆厌氧消化产气的影响

采用批式实验,研究了(35±0.5)℃、搅拌速度65 r/min的厌氧消化体系中,pH值对玉米秸秆厌氧消化产甲烷的影响,分析了消化液相及固相特性的变化.结果表明,厌氧消化第7~9天时各系统VFA浓度均达到最大值,pH值为7和9时,挥发性脂肪酸(VFA)浓度显著高于其他系统,SCOD向VFA的转化效率较高.pH值为9时累积产气量增加速度最快,最大累计产气量达到134.33 mL/g VS.pH值为7时累计产气量最大,高达149.2 mL/g VS,是pH值为5和11系统的3.23和6.71倍.pH值为7和9时,沼气中甲烷的平均含量分别为64.1%和62.5%,比pH值为5和11的系统提高了约10%.pH值为7和9时VS去除率达到67.68%和58.87%,显著高于其他系统.控制厌氧消化pH值在7~9范围内可以有效提高木质纤维素生物质的产气效率.     

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。     

牛粪和玉米秸秆厌氧消化产甲烷潜力及动力学

为了评价牛粪和玉米秸秆的产甲烷潜力,研究其厌氧消化过程动力学方程,采用自制序批式厌氧发酵实验装置对某养殖场牛粪和秸秆的最大甲烷生产潜力及其发酵过程进行研究。通过实验研究,测得接种物、牛粪和玉米秸秆的累计甲烷产量分别为64.87、244.0和466.54 mL CH4/g VS。根据实测的产气量变化曲线,按照modified Gompertz equation模型进行方程拟合,牛粪组和玉米秸秆组拟合方程的相关性系数分别为0.983和0.991,表明运用modified Gompertz equation模型预测牛粪和玉米秸秆的产甲烷潜力方法可行。通过对产甲烷过程的动力学研究得到:接种物、牛粪和玉米秸秆的最大产甲烷潜力分别为66.07、213.93和458.57 mL CH4/g VS,与实测值的误差率分别为1.8%、12.3%和1.7%;牛粪和玉米秸秆的最大甲烷日产气率(Rm)和延滞期时间(λ)分别是13.14 mL CH4/(g VS·d)、30.76 mL CH4/(g VS·d)和0.35 d、0.71 d。综上,玉米秸秆厌氧消化的停滞期长,但总产气量和最大甲烷日产期率都比牛粪高。     

纤维素酶添加时间对碱性双氧水预处理玉米秸秆高温厌氧消化的影响

研究了纤维素酶添加时间对玉米秸秆高温厌氧消化的影响。玉米秸秆首先进行碱性双氧水预处理,结果表明,预处理最佳条件为NaOH投加量4 g/L,H2O2投加量17 g/L,固液比1:40,预处理时间4 h。预处理后的玉米秸秆在50℃下进行序批式高温厌氧消化,分别在发酵前期(第1天)、发酵中期(第10天)和发酵后期(第20天)向系统中添加15 mL(20 FPU/g)纤维素酶液。结果表明,添加纤维素酶能有效促进厌氧发酵过程中的生物质水解,对随后产酸产甲烷过程的直接影响较小。和对照组相比,发酵前期、中期和后期添加纤维素酶时系统的累积产气量分别提高18.66%、10.39%和1.93%,VS转化率分别提高13.51%、8.00%和2.90%。前期、中期和后期添加纤维素酶均能提高厌氧消化产气,但厌氧消化前期添加纤维素酶效果更为明显。     

餐厨垃圾厌氧干发酵产氢特性及其调控

采用干发酵技术以餐厨垃圾为底物进行产氢实验,比较不同TS（20%、22%、24%和30%）条件下的产氢情况,修正的Gompertz模型能够较好地拟合餐厨垃圾干发酵过程中的产氢情况（R2＞0.97）,获得最佳的TS为22%。反应1.5 d后,累积产氢量出现下降,发现反应体系内存在耗氢现象,微生物群落结构显示TS 22%组优势菌属为Lactobacillus。随后,在TS含量为22%的条件下,添加氯仿对耗氢进行抑制。结果表明：添加0.05%的氯仿能够显著提高产氢量,最大累积产氢量为29.66 mL·g-1(TS),是对照组的1.29倍;氯仿添加量为0.05%时,碳水化合物的降解率最高,达到43.07%;氯仿不仅会对耗氢产生抑制,同时也会抑制产氢,适宜浓度的氯仿能够提高餐厨垃圾干发酵产氢,最佳添加量为0.05%;餐厨垃圾干发酵产氢过程为丁酸型发酵,主要的液相末端发酵产物为乙酸和丁酸。     

耐热乳杆菌的分离及在食物垃圾乳酸发酵中的应用

食物垃圾在我国城市生活垃圾中占有较大比重.发酵食物垃圾生产乳酸是实现其资源化的有效方法.从厌氧发酵的食物垃圾中分离到一株耐热乳酸菌TY50,根据形态、生理生化特征和16S rDNA序列,确定该菌株属于乳杆菌属的干酪乳杆菌组群(Lactobacillus casei group),其最高生长温度为52℃.TY50发酵食物垃圾生产乳酸的最佳同液比为1:12,最适温度为45 ℃.在pH 5.5～6.0条件下,发酵食物垃圾产生36.29 g/L的乳酸,乳酸体积产牢和转化率(乳峻/垃圾干重)分别达到1.01 g/(L·h)和0.44.     

灰色预测模型及分布活化能模型在废电路板热解中的应用

分别在管式炉反应器和热天平上对废电路板的热解行为进行实验研究。在管式炉反应器上考察了在同一升温速率（20 K/min）下不同热解终温 (400、500、600、700和800℃) 对废电路板热解产物产率的影响。在相关实验数据的基础上尝试用灰色理论及方法建立基于热解终温的废电路板热解灰色产率预测模型GM(1,1),预测结果与实验数据对比表明,该预测模型精度较高,能够较好地对不同热解终温下废电路板热解产物产率进行预测。此外,在热天平上获得的不同升温速率（10、15和20 K/min）下的热失重曲线表明,废电路板的失重速率峰随升温速率的提高逐渐向高温侧移动。采用分布活化能模型对废电路板热失重曲线进行动力学分析,获得废电路板热解活化能的变化曲线。计算结果表明,废电路板热解过程中活化能并不是单一数值,而是随失重率变化的一个函数。所得废电路板热解活化能值在140～250 kJ/mol范围内变化,当失重率在10%～60%之间,活化能值总体呈缓慢上升的趋势,但当失重率＞60%时,活化能值由155.4 kJ/mol迅速增加到244.4 kJ/mol。     

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。     

碱性条件促进太湖蓝藻厌氧发酵产挥发性脂肪酸

采用批式研究实验,考察了酸性(pH 5)、中性(pH 7)和碱性(pH 9)条件下,太湖蓝藻厌氧发酵产挥发性脂肪酸(volatile fatty acids,VFAs)过程中的产酸指标,酸分布及蓝藻有机成分降解的效果。结果表明,pH为9时VFAs产率最高,为0.274 g VFAs/g VS,VS降解率达到51.91%。蓝藻有机成分中蛋白质、碳水化合物、脂类降解率也在pH为9时达到最高,分别为53.2%、30%和40.6%。实验对蓝藻产酸效果与其他固废产酸效果进行了比较,比较结果说明,太湖蓝藻作为厌氧发酵原料生产挥发性脂肪酸具有可行性。     

NaOH预处理对玉米秸秆固态厌氧消化的影响

实验主要研究了NaOH预处理对玉米秸秆厌氧消化产气量和产气效率的影响。采用质量分数分别为1.0%、2.5%、5.0%和7.5%NaOH溶液对玉米秸秆进行24 h浸泡和未浸泡等预处理,测定其厌氧消化过程中各指标的变化。结果表明,经质量分数为5.0%NaOH浸泡24 h后,玉米秸秆木质素降解率最大,为38.67%;厌氧发酵累积产气量为226.75L/kg VS,与未经碱处理实验组相比提高了38.5%。该结果提示,5.0%NaOH溶液浸泡24 h后可使玉米秸秆厌氧消化的产气量和产气效率显著提高。     

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。     

餐厨垃圾单相厌氧酸化系统恢复参数

针对现今餐厨垃圾单相厌氧酸化系统缺乏有效的恢复性监控指标,提出可有效表征酸化系统恢复的监控指标。在中温条件下,连续对餐厨垃圾单相厌氧消化系统进行负荷冲击及恢复,分别对pH、沼气产率及成分、挥发性脂肪酸组成成分、总碱度(TA)和碳酸氢盐碱度(BA)及其组合指标进行监测分析。结果表明,传统单因子参数不能有效地指示系统恢复,选取VFA/BA和丙酸/乙酸的比值作为餐厨垃圾单相厌氧酸化系统恢复指示性参数。在酸化系统恢复过程中,当丙酸/乙酸≤1.4、VFA/BA≤0.4时,表明系统中各种挥发酸浓度值已恢复正常,且具有足够的缓冲能力,可提高反应器负荷,保证反应器恢复启动运行。     

生物炭加速餐厨垃圾厌氧消化的机理

为考察生物炭对餐厨垃圾厌氧消化的影响并探究其影响机理,采用批次实验,以餐厨垃圾为基质,设置污泥空白组、餐厨垃圾对照组和生物炭实验组。检测系统的甲烷日产量、甲烷浓度、渗滤液pH、电导率、挥发性脂肪酸（乙酸、丙酸和丁酸）和氨氮浓度,并对生物炭进行了表征（pH、表面元素、表面形态和官能团）。结果表明,生物炭的添加使体系的最大日甲烷产量提高24.09%,并保持较高的pH,乙酸、丙酸、丁酸峰值分别降低了10.46%、9.96%和13.79%。生物炭丰富的孔结构为微生物提供了生长位点;生物炭的表面金属元素（K、Ca、Mg）和官能团（—OH、C≡C、—NH、C＝O（C—O）、 CO 3 2 - ）使其具有较高的碱度,从而提高厌氧消化系统的缓冲能力和产甲烷菌活性,进而提高产甲烷速率。     

基质组分对厨余与污泥共发酵动力学特性的影响

通过厌氧发酵4阶段动力学实验、产甲烷抑制实验及单一VFA的产甲烷动力学实验,探明了厨余和污泥共发酵过程中,典型组分对其潜在的酸积累类型以及甲烷化过程的影响。结果表明,不同基质组分在厌氧发酵过程中的VFA组成比例以及单一VFA的产甲烷化动力学特性,对其产甲烷潜能及速率有着决定性影响。乙酸的甲烷化速率高达44.80 mL·d-1,丁酸略慢于乙酸,而丙酸和戊酸的甲烷化速率不足乙酸的1/2,其中丙酸的延滞期长达1.76 d。因此,产酸类型以乙酸为主的污泥、菜类在产甲烷阶段不存在延滞期;而蛋肉类及油的产甲烷速率受到丙酸、戊酸动力学特性的影响相对较慢。通过调整共发酵基质配比不仅能够提高发酵潜能,还能够优化VFA组成比例,实现较高的甲烷产率及甲烷化速率。