小麦秸秆预处理对厌氧消化性能的影响研究

针对小麦秸秆厌氧消化水解限速步骤,研究了酸、碱和污泥发酵消化液(以下简称消化液)预处理对小麦秸秆厌氧消化性能的影响。结果表明,酸和消化液预处理可以加速小麦秸秆水解酸化,在厌氧发酵第4天时产气中测得甲烷,早于对照和碱预处理。与对照相比,酸、消化液和碱预处理后小麦秸秆和污泥共消化体系的产气量可分别提高13.7%、12.0%和9.2%,产甲烷量可分别提高7.4%、9.5%和5.2%,但碱预处理会延滞厌氧消化产甲烷阶段。厚壁菌门(Firmicutes)是厌氧消化反应器中最主要的菌门,主要包括己酸菌属(Caproiciproducen s)、乙醇生孢产氢菌属(Hydrogenispora)、瘤胃梭菌属(Ruminiclostridium)、罗伊氏乳杆菌属(Lactobacillus)和Ruminiclostridium_1属等,其中己酸菌属和乙醇生孢产氢菌属可以作为小麦秸秆和污泥共消化的监测指标,在厌氧消化前期反应器中微生物主要为己酸菌属,而后期主要为乙醇生孢产氢菌属。     

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。     

稀盐酸预处理对稻草厌氧消化的影响

为探明稀酸预处理对稻草厌氧消化的影响,采用不同浓度的稀盐酸溶液对稻草进行了浸泡预处理,并在完全混合厌氧消化条件下,研究了稻草厌氧发酵过程中的产气量、甲烷含量,发酵液中COD、pH值及挥发性脂肪酸(VFA)的变化情况.结果表明,增大稀盐酸溶液浓度会提高稻草厌氧消化反应的效果.分别经4%、8%和12%的稀盐酸溶液浸泡预处理...     

超声波预处理对牛粪厌氧消化的影响

以牛粪为研究对象,考察超声波预处理对牛粪厌氧消化的影响。结果表明,适宜强度的超声波预处理对牛粪厌氧消化有一定促进作用。与未经预处理牛粪相比,在100、175、250W超声波预处理下牛粪厌氧消化的最高产气速率从127.02mL/d分别提高到179.26、212.73、298.71mL/d,累计产气量从1 674.18mL分别提高到2 279.81、2 508.05、2 730.66mL,消化液达到最低pH的时间从30d分别缩短至25、15、10d;消化液最大溶解性COD从14 881mg/L分别提高到16 450、17 080、19 250mg/L,牛粪挥发性固体的生物降解率从44.7%分别提高到55.4%、57.3%、61.7%。超声波强度过大将对微生物造成破坏,降低生物反应活性,从而抑制牛粪厌氧消化。经325W超声波预处理后,牛粪厌氧消化的最高产气速率、累计产气量等参数均不及未经预处理牛粪。在未来实际应用中,应注意控制超声波强度,以达到最优预处理效果。     

微好氧预处理对市政污泥厌氧消化产甲烷的影响

针对目前市政污泥处理资源化与减量化效率低的问题,利用微好氧预处理技术进行预处理,提高其甲烷产量。利用有机物溶出效率、VSS减量、甲烷产量3项指标对预处理效果进行了评价;研究了不同参数条件下微好氧预处理对市政污泥厌氧消化产甲烷的影响;探讨了微好氧预处理对污泥胞外聚合物的影响。结果表明,微好氧预处理可以促进污泥溶解性有机物释放、提高VSS去除率;在最佳反应条件下(曝气强度0.30 m³·(min·m³)⁻¹、预处理时间12 h),相对于未经过预处理的工况,甲烷产量可提高26.77%;微好氧预处理对剩余污泥活性细胞的影响主要发生在胞外聚合物部分,同时也存在对活性微生物的破解作用。市政污泥经过微好氧预处理后,可有效提升后续中温厌氧消化或高温厌氧消化的甲烷产量。     

稀硫酸预处理对稻草厌氧消化的影响

以稻草为对象,研究了热稀硫酸预处理后对厌氧消化过程中的COD、pH、挥发性脂肪酸(VFA)、产气量及产气速率的影响。结果表明,以1.0%、1.5%和2.0%稀硫酸溶液预处理后,稻草厌氧消化系统总产气量分别提高了34%、125%和66%,甲烷产量分别提高了61.5%、215.1%和113.9%,挥发性固体(VS)去除率分别提高了15.5%、22.4%和17.6%,COD去除率分别提高了47.1%、57.4%和53.9%。浓度1.5%稀硫酸预处理对稻草厌氧消化效果最佳。     

臭氧预处理对高固污泥厌氧消化的影响

高固污泥的厌氧消化速率低下,严重限制了有机物的利用。在序批式反应器中探究了臭氧预处理对高固污泥厌氧消化的影响。实验结果表明臭氧预处理能够显著促进高固污泥的消化,且最佳臭氧的剂量为80 mg·g-1（SS）,相应的最大甲烷产量为238 mL·g-1（VSS）,是空白对照组的1.36倍。进一步研究表明,臭氧的投加能够促进溶解性化学需氧量（SCOD）,溶解性蛋白质和多糖的溶出。最后NH4+-N和PO43--P的溶出量进一步验证了臭氧能够促进高固污泥的溶出。     

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。     

超声联合碱解预处理对剩余污泥破解和厌氧消化的影响

对比研究了单独超声、单独碱解和两者联合预处理对污泥破解和厌氧消化性能的影响。以加碱量和输入能量为控制参数,研究了不同条件下的污泥破解和有机物溶解变化。结果表明：联合预处理技术对污泥破解和有机质溶解的效果比超声和碱解单独作用之和更好。污泥破解增加值ΔSCOD/TCOD和加碱量之间存在显著的线性关系（R2=0.936）。超声和碱解联合预处理对污泥厌氧消化产甲烷量较原泥增加了16.57%~31.13%。厌氧消化产甲烷结果表明,SCOD/TCOD的增加并不总是促进厌氧消化性能的改善,二者之间存在二次非线性关系（R2=0.85）,且厌氧消化性能最高点出现在超声能量12 000 kJ·kg-1（TS）、加碱量0.08 g·g-1（TS）联合作用条件下。     

低强度超声波预处理对厨余垃圾厌氧消化的影响

以厨余垃圾为研究对象,实验研究产气效率、pH、SCOD、甲烷浓度及生物降解率5个参数的变化趋势,比较低强度超声波处理对厨余垃圾厌氧消化产气特性的影响,结果表明:(1)低强度超声波处理对厨余垃圾厌氧消化产生明显效果,在不同的超声波强度(100、175和250 W)或处理时间(20和40 min)下,产气效率、累计产气量、pH下降幅度、SCOD增加幅度随处理时间和超声功率增加而增加;在超声波强度250 W和处理时间60 min下出现抑制作用;(2)在超声波强度250 W和处理时间40 min条件下,超声波对厨余垃圾厌氧消化增强效果最明显,累计产气量由未处理的3 513 mL提高至5 007 mL,提高42.6%,甲烷气体浓度由51.25%提高至58.8%,生物降解率由58.11%提高至73.5%.     

共接种瘤胃微生物和厌氧污泥的水稻秸秆中试厌氧消化系统性能评估

针对富含木质纤维素底物利用效率低的问题,通过在中试厌氧消化系统中共接种瘤胃微生物和厌氧污泥来改善水稻秸秆中木质纤维素的水解,采用逐步提升底物有机负荷(OLR)的方式,评估了接种后水稻秸秆的厌氧消化效率。结果表明,在反应体系底物有机负荷达到4.26 g·(L·d)⁻¹(以VS计)时,系统表现出最佳的厌氧消化性能,此时沼气产率为528 mL·g⁻¹ (以VS计),甲烷产率为287 mL·g⁻¹,容积沼气生产强度达到2.20 L·(L·d)⁻¹。在反应器有机负荷从1.05 g·(L·d)⁻¹提升到4.26 g·(L·d)⁻¹的运行过程中,系统的纤维素降解率稳定在(71 ± 2)%,半纤维素降解率稳定在(92 ± 4)%,木质素降解率稳定在(15 ± 3)%。这种稳定性表明反应器的连续运行成功地形成了高效的木质纤维素降解体系,结果可为实际规模化应用提供参考。     

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。     

中试条件下稻秸干法厌氧发酵搅拌方式的优化

针对秸秆类农业废弃物干法厌氧发酵过程中易产生物料分层、表面结垢以及存在“死角”等问题,通过改进横卧推流式中试厌氧反应器搅拌工艺,探索了连续运行条件下机械搅拌、前端气动搅拌和全程气动搅拌等3种单一搅拌方式对稻秸干法厌氧发酵产气规律、底物降解特性及系统稳定性的影响,并通过进一步设置不同的搅拌频次优化了机械搅拌和前端气动搅拌组合工艺,综合考察了发酵效率和能源消耗情况。结果表明,在单一搅拌工艺条件下,稻秸干法厌氧发酵40 d总产气量呈现出“机械搅拌>前端气动搅拌>全程气动搅拌”的规律,分别为75.5、66.5和61.9 m³,对应的单位VS产气量分别为441.9、389.3和362.3 L·kg⁻¹,这说明采用改进型框型叶片的机械搅拌可有效翻动物料,以促进其与发酵液的充分接触。在进一步优化“机械+前端气动”的组合搅拌工艺后发现,稻秸40 d产气量与单一机械搅拌模式较为接近,尤其是“机械搅拌(每天4次)+前端气动搅拌(每天4次)”的组合搅拌方式,单位VS产气量高达447.2 L·kg ⁻¹,纤维素和半纤维素降解率分别可达14.9%和15.1%;但从能源损耗角度来看,“机械搅拌(每天2次)+前端气动搅拌(每天4次)”的组合搅拌方式中能耗最低,仅为单一机械搅拌方式能耗的约40%。在稻秸干法厌氧发酵工程实际运行过程中,可根据厌氧发酵效率和能耗节省需求,因地制宜地选择合适的组合搅拌工艺。本研究结果可为木质纤维素类废弃物干法厌氧发酵工程中的搅拌方式改进提供参考。