沼液回流对秸秆与污泥混合中温厌氧消化的影响

为了提高秸秆与市政污泥混合厌氧消化的消化产率,以秸秆污泥混合物作为底物,在批次实验中研究不同沼液回流对中温（35 ℃）混合厌氧消化过程的影响。实验采用0% 、20%、30%、40%、50%和60%等6种不同的沼液回流量,分析不同沼液回流量下产气量、甲烷含量、发酵过程氨氮含量、sCOD、总挥发酸（VFAs）的变化情况。结果表明：50%的沼液回流产气量和甲烷产量均最大,分别是1 645 mL和797.5 mL,TS和VS去除率达到17.5%和47.8%,单位VS甲烷产量为613.45 mL·g-1,较未加沼液的发酵瓶提高了37.7%,且无VFAs积累。过高的沼液回流量提升了厌氧反应的氨氮浓度,对厌氧产气过程产生了抑制。50%沼液回流量可以作为秸秆污泥混合厌氧消化最佳回流量。     

不同氮源对常中温条件下麦秆厌氧发酵的影响

通过自行设计的厌氧发酵装置,研究不同氮源对常温（20℃）和中温（35℃）条件下麦秆厌氧发酵的影响。结果表明,在常温和中温条件下进行麦秆沼气厌氧发酵时,适量添加外部氮源可加快产气速率,增加产气量,缩短产气停滞时间,其中添加牛粪效果最好,分别在182 d和84 d时发酵完全,总累积产气3 486.80 mL和4 210.70 mL,干物质累积产气量为217.93 mL/g和263.17 mL/g,且在实验期间未出现产气停滞。添加尿素处理次之,分别在累积产气215.70 mL和238.00 mL时进入61 d和20 d的产气停滞期,在196 d和143 d时发酵完全,在实验结束时,累积产气2 784.20 mL和3 454.00 mL,干物质累积产气量为174.01 mL/g和215.88 mL/g。可见,在以秸秆为原料的沼气发酵过程中,可通过添加适量的外部氮源和提高发酵温度来提高沼气产量,而且在条件允许的情况下,应尽量添加畜禽粪便等有机氮源。     

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。     

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.     

芦苇秸秆厌氧发酵影响因素正交实验及产气潜力研究

以芦苇秸秆为发酵原料,采用正交实验法,在湿式和干式批次发酵条件下,考察了预处理方式、发酵浓度和接种量对芦苇厌氧发酵沼气产量的影响。结果表明,以NaOH预处理、接种量30%、TS浓度12 %的处理发酵情况最好,在第3 天即出现产气高峰,最高日产气量达2.1 L,总产气量达42.8 L。芦苇的总TS和总VS产气率分别达285.7 L·kg-1 TS、402.8 L·kg-1 VS,具有较高的产气潜力。根据正交实验方差分析结果,芦苇厌氧发酵的影响因素的影响程度是预处理方式 > 发酵浓度 > 接种量,确定芦苇厌氧发酵的最佳工艺条件为：NaOH预处理、接种量100 %、发酵浓度TS 12 %。     

预处理沼液与餐厨废弃物的厌氧产气发酵特性

为了实现对餐厨废弃物能源化的梯度利用,将沼液进行水浴加热、超声波和曝气等预处理后与餐厨废弃物混合,在中温（35±1）℃条件下进行产氢和产甲烷梯度厌氧发酵实验。考察了不同预处理沼液对产氢率、产氢相缓冲能力、产氢过程可溶性代谢产物成分以及其进行产甲烷发酵的潜力。结果表明,未经处理的沼液与餐厨废弃物混合发酵的产氢率很低,并且相分离不彻底有甲烷产生;各预处理组的产氢率均明显高于未处理组,并很少或几乎没有甲烷产生,其中超声波处理组产氢率最高为52.3 mL·g-1 VS。水浴加热和超声波处理组的产氢流出液经产甲烷发酵,可以获得与餐厨废弃物直接进行产甲烷发酵相当的甲烷产率。这表明,将餐厨废弃物进行产氢和产甲烷梯度厌氧发酵可获得更高的能源化效率。     

裹包青贮提高玉米秸秆厌氧消化效率的实验研究

秸秆是重要的沼气工程原料,秸秆预处理对其后续厌氧消化效率影响巨大。采用田间裹包青贮方法,设计3因素正交实验,考察了秸秆含水率、压缩比和添加剂对玉米秸秆发酵时间和厌氧消化产沼气的影响。结果表明:秸秆经过裹包青贮,发酵总时间(total fermentation time,TFT)减少1~2 d,累积产气量达到总产气量的90%所用时间(TFT90%)减少了40%~50%,消化效率明显提高;秸秆含水率对产气效果有明显影响,随着含水率增加,单位总固体(total solid,TS)累计产气量(cumulative biogas yields per TS,CBYT)和沼气日产率(biogas yields rate average day,BYR)由高到低排序为:35%~40%,40%~45%,30%~35%;秸秆压缩比对产气效果有明显影响,随着压缩比的增加,其对CBY和BYR的效应由高到低排序为:185、143与138 kg/m3;添加剂类型对产气效果亦有明显影响,在不同添加剂处理下,其对CBYT和BYR的效应由高到低排序为:尿素处理>甲酸处理>无添加剂处理;正交实验极差分析表明,对CBYT和BYR的影响排序为:含水率﹥压缩比﹥添加剂,其田间裹包青贮进行厌氧发酵的优化组合为:青贮秸秆含水率为35%~40%,压缩比为185 kg/m3,添加剂为营养型,青贮20 d,CBYT和BYR达到最大,分别为646.57 mL/g和173.25 mL/(d·g)。     

施肥方式对东北玉米种植区氮磷流失的影响

研究不同施肥方式下东北玉米单作种植体系氮磷流失规律,可为该地区农田面源污染防控及生态保护提供技术参考。试验设置农民习惯处理、优化施肥处理、秸秆还田处理和有机肥化肥混施处理,采用自然降雨条件室外模拟方法,分析不同施肥处理对东北玉米种植区径流淋溶氮磷流失的影响。结果表明,在东北地区玉米单作模式下,多雨年份优化施肥处理与农民习惯处理相比可降低15.8%的总氮流失负荷,降低7.3%的总磷流失负荷;秸秆还田处理可明显降低22.9%的总氮流失负荷及15.1%的总磷流失负荷;有机肥化肥混施处理降低总氮流失负荷13.6%,但增加总磷流失负荷13.9%;氮磷流失负荷以泥沙流失为主,淋溶流失其次。结合作物产量,在多雨年份,优化施肥处理和秸秆还田施肥处理是防控东北玉米区农田面源污染和保证作物产量的理想施肥方式。     

NaOH预处理对秸秆与蓝藻混合厌氧发酵产沼气的影响

以稻秸和蓝藻为原料,在实验室自制小型发酵装置内进行混合物料厌氧发酵实验,研究不同质量分数NaOH预处理对秸秆与蓝藻混合厌氧发酵产沼气的影响。结果表明,经过NaOH预处理后,稻秸组分被破坏,产气量较对照组有明显增加,发酵时间缩短。扫描电镜观察显示,经碱性预处理过的稻草秸秆孔隙度增大,机械组织暴露,酶解的有效比表面积增大,酶解速率加快。NaOH质量分数为6%的处理组产气效果最好,总产气量比对照组高出248%,且甲烷平均含量达到58.89%,预处理效果最为理想。     

中药渣不同有机负荷厌氧发酵工艺参数分析

以人参、赤芍和桂皮等混合中药渣为发酵原料,采用全混式厌氧反应器,在中温（35±1）℃,通过半连续厌氧发酵工艺,研究其发酵过程中不同有机负荷,沼气日产气量、甲烷含量、pH值、挥发性有机酸（VFA）和总无机碳（TIC）等参数变化相互关系。结果表明：厌氧消化过程呈现5个阶段,即发酵启动期、增长期、稳定期、超负荷期和恢复期;反应器高效稳定运行可承受的中药渣最大有机负荷为8.0 g TS·（L·d）-1,系统pH值稳定在7.0左右,沼气日产气量8.38 L,容积产气率为1.68 L·（d·L）-1,原料产沼气能力262 mL·（TS g·d）-1,VS去除率为20.69%。有机负荷为10.0 g TS·（L·d）-1时超负荷运行,沼气产量急剧下降,系统运行稳定性被破坏。因此,在中药渣厌氧消化过程中一定要控制有机负荷在最佳数值,实时监测反应器运行过程中的各参数变化,及时做出调整,保证工程的高效稳定运行。     

水稻与棉花秸秆不同预处理厌氧发酵产沼气

以猪粪为接种物,以棉花秸秆和水稻秸秆为发酵原料,分别对秸秆进行稀碱法预处理和稀碱法与超声波联合预处理,在发酵温度为(37±1)℃的条件下进行厌氧发酵产沼气的研究。结果表明,以联合预处理的秸秆为发酵原料,厌氧发酵的各项指标均比以稀碱预处理秸秆发酵的效果好,其中累积产气量和沼气中甲烷含量分别提高35.23%和2.4%,发酵后TS、VS含量相对减少2.6%～10.94%,发酵液代谢产物中的有机酸丙酮酸、乙酸和柠檬酸含量相对减少23.9%～25.9%、20.24%～24.53%和41.08%～45.91%。     

餐厨垃圾高温中试两相厌氧发酵的稳定性

为了考察在高负荷条件下餐厨垃圾厌氧发酵的稳定性,采用餐厨垃圾为发酵原料,以某污水处理厂脱水污泥为接种污泥,在中试规模条件下,采用产酸相中温（35℃,0.33 m3）产甲烷相高温（55℃,1.6 m3）进行连续式发酵。结果表明,餐厨垃圾厌氧发酵的产酸相有机负荷可达29.27 kg VS·（m3·d）-1,产甲烷相有机负荷为6.04 kg VS·（m3·d）-1,容积产气率平均为5.61 m3·（m3·d）-1,原料产气率平均达0.913 m3·（kg VS·d）-1,甲烷浓度平均为73.07%,总菌数为2.41×109个·mL-1,产甲烷菌最高为7.08×108个·mL-1,产甲烷菌数占总菌数的29.4%。两相厌氧发酵工艺可实现餐厨垃圾高负荷条件下的稳定运行。     

高含固率菜籽饼与牛粪-羊粪混合厌氧发酵产沼气特性

为充分利用菜籽饼和牛羊粪等固体废物资源并提高其产沼气性能,以农用沼气池为发酵装置,研究了高含固率菜籽饼和牛粪-羊粪10个不同配比(以干物质计)混合厌氧发酵40 d的产沼气特性。结果表明,各混合处理的整个发酵过程运行良好,厌氧消化运行情况稳定。其中,菜籽饼与羊粪干物质配比为2∶1时具有较高的产气潜力,累积产气量最大,达到122.92 m³·t⁻¹。同时,菜籽饼与羊粪混合发酵的产气效果要优于与牛粪混合的效果。修正的Gompertz模型显示,各处理能较好地拟合产沼气过程。其中,最大产沼气量(P_m)和最大产气速率(R_m)随菜籽饼添加量的增加而增大,产气滞留时间(λ)则随菜籽饼添加量的增加而降低。本研究结果可为菜籽饼和畜禽粪便的资源化利用提供参考。     

预处理方法对水葫芦厌氧发酵产沼气的影响

水葫芦可作为厌氧发酵产沼气的原料。研究发现,水葫芦自身的生物特性会制约其产气潜力的发挥,而发酵前预处理有助于解决这一问题。以采自昆明滇池的新鲜水葫芦为研究对象,分别采用物理法(切分法、压榨法),化学法(酸处理法、碱处理法和金属离子处理法)和生物法(酶处理法)对其进行预处理,以预处理后的水葫芦为原料进行发酵产沼气实验。结果表明,金属离子处理的原料产气效果最佳,在中温35℃,进样浓度7.4%(TS)时,其原料TS产气率、平均甲烷浓度和原料容积产气率分别为744.55 m3/t、59.32%和0.144 m3/(m3·d),与切分处理原料相比提高了88%、13%和87%。其余处理方法也在不同程度上优化了水葫芦的产气效果。因此,以预处理的方式来提高水葫芦的生物利用率和产气效率是可行的。     

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。     

纤维素乙醇糟液对稻秸猪粪厌氧发酵的促进机制

纤维乙醇生产会伴随产出大量酸性糟液。利用厌氧技术处理糟液存在C/N低、pH值低等难题,采用糟液与秸秆、猪粪混合后厌氧发酵是一种有效的糟液处理途径。秸秆添加糟液后,TS比例为3%,6%和9%时各组产气量分别为627.8、585.6和443.9 mL·g-1 TS,大幅度高于不添加糟液的秸秆对照组产气量292.5 mL·g-1 TS,且嗜氢产甲烷途径增强,甲烷体积分数从低于60%增至70%以上。猪粪添加糟液在较低TS浓度3%时产气量最高676.7 mL·g-1 TS,秸秆和猪粪按TS 1：1的比例混合时添加糟液的产气效果最佳。秸秆添加糟液的最大VFAs比秸秆对照高2.8~4.7倍,产气延迟增加,从混合型发酵变为典型的丁酸型发酵;猪粪添加糟液后VFAs浓度相对较低,产气启动快,从混合型发酵转变为典型的丙酸型发酵,说明糟液在不同碳源条件下,有着不同的代谢促进途径。糟液与农业废弃物混合厌氧发酵,是一种高效的共发酵体系。糟液在刺激促进秸秆、猪粪产气提升和解除抑制风险的同时,自身也得到高效降解利用。     

农作物秸秆干式厌氧发酵实验研究

在温度32～35℃下,研究了小麦秸秆不同固含率和粒径范围的厌氧发酵过程。结果表明：无论产气量还是产酸和用酸平衡上,固含率25%是较适宜物料厌氧发酵的浓度,产气量249 mL/g;小麦秸秆在固含率15%～25%范围内,理论产气数值与实际气体量成线性相关,相关系数r=0.9842;3种不同粒径的产气量最大为＜0.5 cm,其次为1～2 cm,3～5 cm,考虑到粒径小容易酸化的原因,故选择秸秆厌氧发酵的粒径范围＜2 cm。     

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。     

不同厌氧消化反应装置的玉米秸秆产沼气比较

为了探究适合农作物秸秆进行厌氧消化产沼气的反应装置,选用单相反应装置连续搅拌反应釜(continuously stirred tank reactor,CSTR)和两相反应装置渗滤床(leach bed)上流式厌氧污泥床(upflow anaerobic sludge blanket,UASB)作为玉米秸秆厌氧消化的反应器,比较了玉米秸秆在这2种反应装置中的厌氧消化产气特性。研究结果显示,在水力停留时间为30 d、半连续的进料方式下,CSTR反应装置中有机负荷率(以原料VS计)为3.0 g·(L·d)-1时的VS甲烷产量为223 m L·g-1,而在相同的水力停留时间、批式进料方式下,L-UASB反应装置的VS甲烷产量为169 m L·g-1,前者原料中挥发性有机固体含量减少了53.7%,后者减少了43.5%,因此研究结果表明农作物秸秆的厌氧消化产气特性受反应装置影响较大。     

浮萍与剩余污泥厌氧消化产沼气实验

为了提高浮萍厌氧消化产沼气能力,对比浮萍和剩余污泥的单独以及混合厌氧消化过程的产气情况,得到当两种底物混合厌氧消化时,具有互补优势,缩短了产甲烷过程的酸化期,累积产气量实际值比计算值提高11%。此外,研究底物的预处理以及底物与接种物比例对厌氧过程的影响,结果表明,浮萍经热碱预处理后比未处理组甲烷产量增加了8%,且厌氧消化产沼气时间缩短;当底物与接种物比例为1：1时,整个反应过程的pH维持在6.00以上,利于产甲烷过程,体系中积累的挥发性脂肪酸（VFAS）最多,且获得的总沼气产量和总甲烷产量最大,分别为3 309 mL和1 883 mL,比最低的1：2.5组分别高出151 mL和304 mL。