温度对牛粪两相厌氧发酵特性的影响

研究了不同温度对两相厌氧发酵特性的影响,温度设置分别为30、35、40、45、50、55和60℃,产酸相和产甲烷相的温度保持一致。结果表明,不同温度对挥发酸含量的变化趋势相同,都是随着发酵时间的增加先升高到最高点后开始下降,温度的改变不会影响牛粪的产酸代谢类型;温度的升高有利于水解过程的进行,但不利酸化过程的进行。产甲烷相的最佳水力停留时间为6 d,温度为35℃时产气量最高为6.08 L/d,中温更有利于牛粪湿法厌氧发酵过程的进行。     

微量元素对牛粪低温厌氧发酵的影响

为考察较低温度(<17℃)条件下添加微量金属元素对厌氧发酵产气量的影响,在发酵底物TS(含固率)为10%下采用10 L玻璃瓶作反应器,以牛粪为原料,向厌氧生物反应器中分别添加MnSO4、FeSO4·7H2O、电解锰渣,分析了厌氧消化系统运行过程中的产气量、COD(化学需氧量)和pH的变化。结果表明,锰元素能促进低温下牛粪的厌氧发酵,加速反应启动。当添加6 g MnSO4、100 g电解锰渣时,单位质量VS产气率分别为0.26 mL/g和0.64 mL/g,添加6 g FeSO4·7H2O与空白对照组均未见明显产气。     

牛粪厌氧发酵的载体筛选试验研究

为了提高厌氧发酵装置的效率,人们研究了各种各样的方法和措施,其中应用填料或载体使生物菌能够延长驻留期是其中的方法之一,开展载体筛选及其结构设计在厌氧发酵装置中的试验,有助于对此问题的深入研究以及将其成果应用于生产实践。通过静态载体筛选试验选择了玻璃纤维作为载体、PVC塑料管作为载体骨架制成的装置在动态序批式厌氧发酵装置中进行了试验。结果表明：此载体骨架结构对于牛粪动态厌氧发酵具有明显的提高产气效率、改变产气质量和促进有机物转化为挥发性脂肪酸的作用。     

餐厨垃圾两相厌氧发酵产甲烷相恶臭排放规律

为了研究餐厨垃圾两相厌氧发酵产甲烷相恶臭排放规律,在中温（35℃）条件下,以餐厨垃圾为发酵底物进行中试规模的两相连续式厌氧发酵试验,并对一个周期内不同时间段产甲烷相产生的气体进行采样,分析其臭气浓度和物质浓度,结合各组分的阈稀释倍数,筛选出主要的恶臭污染物。结果表明,在发酵系统稳定运行阶段,产甲烷相产生的臭气浓度较大,都在23万以上;产甲烷相产生的恶臭物质主要包括硫化物、萜烯类、含氧类和芳烃类四类化合物,其中质量浓度最高的恶臭物质是硫化氢,超过了150 mg/m3;产甲烷相的主要致臭物质是硫化物,其中贡献最大的是硫化氢,其阈稀释倍数都在26万以上,其次为乙硫醇﹥甲硫醇﹥乙硫醚,这3种物质的阈稀释倍数都在4 000以上;除了这4种硫化物,丁醛对恶臭的贡献也比较大,其阈稀释倍数也在4 000以上。     

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。     

补料频率对牛粪料液酸化效果的影响

研究不同补料频率对牛粪水解酸化特性的影响,以牛粪为发酵原料,在发酵温度为中温(35±1)℃条件下,进行半连续产酸发酵实验,补料频率分别为12、24和36 h/次。结果表明,补料频率影响挥发性脂肪酸(VFA)的积累速度,从快到慢顺序分别为24、36和12 h/次,24 h/次组在第7天挥发酸总量积累最大;在所做实验的补料频率内不影响发酵类型,各组的乙酸与丁酸之和的百分含量均在81%以上,属于丁酸型发酵;pH值6.2左右在丁酸发酵的适宜范围,因此,24 h/次组可以为产甲烷相提供适宜底物。     

牛粪工业化厌氧发酵生产工艺实验研究

针对牛粪的厌氧发酵设计了一套工业化试验装置,该装置是由降流式厌氧滤器(AF)和升流式厌氧污泥床(UASB)有机结合的新型动态序批式厌氧发酵系统,在此装置上对影响系统效果的进料浓度、日进料量和污泥回流量 3 个主要参数安排了二次正交同归试验研究,以产气量和 COD 去除率为目标甬数进行了分析,结果表明,系统整体产气效率较高,处理牛粪的产气率最高可达 2.3 L/(L·d),污泥回流量对产气效果的影响明显.在本实验设计的范围内,进料浓度在8.9%,日进料量在 7.2 L/d(相当于 0.15 L/(L·d)),污泥回流比在 25%时产气效果最佳,而进料浓度在 7.6%,日进料量在 6.8 L/d(相当于 0.142 L/(L·d)),污泥回流比大约在 25%时 COD 去除效果最佳.     

不同化学试剂预处理对青稞秸秆厌氧发酵特性的影响

以青稞秸秆为发酵原料,分别研究KOH、NaOH、Ca(OH)₂、HCl、H₃PO₄、H₂SO₄、尿素、NH₃·H₂O和H₂O₂共9种化学试剂预处理对青稞秸秆厌氧发酵特性的影响。结果表明,9种试剂对青稞秸秆木质纤维素降解率和产甲烷性能均有一定的提升。木质纤维素降解率随试剂浓度的增加而增大。不同试剂对纤维素和半纤维素降解率相差不大,但碱试剂特别是KOH对木质素降解率最高。同时,碱试剂处理累积甲烷产量高于酸试剂和其他试剂,也能够缩短发酵周期,处理效果最好,其中7% KOH累积甲烷产量最高,为260.87 mL·g⁻¹ VS,且KOH能够被回收利用,是青稞秸秆最优的预处理试剂。尽管个别酸试剂（3% HCl和5% H₃PO₄）也获得了较高的积累甲烷产量,但容易增加回收成本和导致发酵系统不稳定,并不适宜。此外,5%尿素和5% NH₃·H₂O也能缩短发酵周期,提高累积甲烷产量,分别为224.15和230.82 mL·g⁻¹ VS,同样是青稞秸秆较为适宜的预处理试剂。研究显示,KOH是提高青稞秸秆厌氧发酵性能的最优预处理试剂,尿素和NH₃·H₂O可以提供氮元素,后续可充分利用各试剂优势开展联合处理,在优化降低预处理成本的同时进一步提高青稞秸秆的产甲烷性能。     

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。     

菇渣的厌氧发酵特性

为提高菇渣的利用效率,以菇渣为发酵原料,在35 ℃下,进行初始干物质浓度为6%、8%、10%和12%的厌氧发酵,考察了初始干物质浓度对产甲烷性能及有机质降解的影响。结果表明:初始干物质浓度在10%时发酵效果最佳,此时累计产甲烷量、VS产气率和VS产甲烷率分别为4 034.71 mL、235.15 mL·g -1和134 mL·g -1,VS降解率为43.19%;菇渣的沼气产率与VS降解率成正比;淀粉、脂肪和蛋白质的降解率分别为99.01%、70.78%和17.16%;总纤维素的降解率为30.37%,以半纤维素降解为主。实验结果说明,菇渣具有较高的产气性能;产生的沼气主要来源于微生物对碳水化合物的降解。     

多隔室厌氧折流板反应器(ABR) 的水力特性试验研究

对ABR反应器的水力流态进行了示踪剂试验,分析了特征截面面积对ABR水力特性的影响,采用停留时间分布(RTD)法研究了不同进水COD浓度和HRT条件下ABR反应器的水力特性,结果表明不同进水COD浓度时ABR反应器的RTD曲线相似,表明进水COD浓度不是影响ABR水力特性的主要因素;不同HRT条件下RTD曲线差异很大,表明HRT对ABR的水力特性影响较大,随着水力停留时间的延长,N值增大,1/Pe减小,ABR的流态趋于推流流态,随着HRT的缩短,N值减小,1/Pe数增大,ABR反应器趋于完全混合流态.     

多隔室厌氧折流板反应器（ABR）的水力特性试验研究

对ABR反应器的水力流态进行了示踪剂试验，分析了特征截面面积对ABR水力特性的影响，采用停留时间分布（RTD）法研究了不同进水COD浓度和HRT条件下ABR反应器的水力特性，结果表明：不同进水COD浓度时ABR反应器的RTD曲线相似，表明进水COD浓度不是影响ABR水力特性的主要因素；不同HRT条件下RTD曲线差异很大，表明HRT对ABR的水力特性影响较大，随着水力停留时间的延长，Ⅳ值增大，1／Pe减小，ABR的流态趋于推流流态，随着HRT的缩短，Ⅳ值减小，1／Pe数增大，ABR反应器趋于完全混合流态。     

猪粪和羊粪与麦秆不同配比中温厌氧发酵研究

研究了猪粪和羊粪分别与麦秆不同配比中温(35℃)厌氧发酵对产气量、消化时间和最优C/N值的影响。结果表明,猪粪与麦秆在中温厌氧发酵时,所需的最优C/N值为21,且经141 d就可充分发酵,最大干物质累积产气量可达369.53 mL/g。羊粪与麦秆中温厌氧发酵时,所需的最优C/N值为24,且经96 d就可充分发酵,最大干物质累积产气量可达209 mL/g。猪粪秸秆中温厌氧发酵时易发生酸化,发酵前应通过预处理来减少酸化可能;而羊粪麦秆不易发生酸化。     

猪粪与酒糟混合厌氧发酵的产甲烷和三元pH缓冲体系特征

以猪粪和酒糟为发酵原料,考察了5种混合比例（猪粪与酒糟总固体含量（TS）比100:0、95:5、90:10、80:20、50:50）下混合厌氧发酵的产甲烷特性,并研究了其三元pH缓冲体系特征。结果表明,混合比例显著影响猪粪与酒糟混合发酵的甲烷产率（P-1（VSadded））,比纯猪粪厌氧发酵的甲烷产率提高了6.2%。纯猪粪、猪粪与酒糟TS比为95:5的2组累积产甲烷量符合修正Gompertz方程(R2=0.993 3; R2=0.989 6),无明显滞后期。酒糟含有的大量硫酸盐影响了甲烷产量。VFAs-氨氮-TIC三元pH缓冲体系特征的研究结果表明,由于酒糟的碱度严重缺失,酒糟添加量过大时,体系偏离合适的pH缓冲区域,体系酸度过高,抑制了厌氧发酵的进行。     

牛粪堆肥腐殖质的动态变化研究

牛粪堆肥实质是有机物质分解的同时形成腐殖质的过程。本研究通过向牛粪中接种发酵微生物进行堆肥,研究分析了总有机碳含量、总腐殖酸、游离腐殖酸和水溶性腐殖酸等的腐殖质物质含量的动态变化。研究结果表明：在牛粪发酵过程中,总有机碳含量呈明显降低趋势,发酵微生物处理下的下降幅度明显大于不接种发酵微生物的处理;总腐殖酸、游离腐殖酸和水溶性腐殖酸含量在发酵前期呈明显的降低趋势,但至发酵腐熟期又逐渐升高。发酵前期,外源微生物的处理,使其下降幅度明显大于不接种外源微生物的处理,但在发酵腐熟期变化不大。     

抗生素杆菌肽锌对鸡粪厌氧水解酸化的影响

以上海某养鸡场产生的粪便为研究对象,探讨抗生素杆菌肽锌(ZnBc)对鸡粪厌氧水解酸化的影响。结果表明:(1)相比于发酵前的pH,发酵后的pH变化幅度不大,在6.65～7.40变化。(2)氨氮和ZnBc浓度对数(lgc)呈负线性相关,经拟合方程测算出ZnBc对氨氮的半抑制常数(IC50)为15.23mg/L。当ZnBc>5 105mg/L时,氨氮的产生完全受抑制。添加ZnBc对发酵液氨氮的影响极显著。(3)溶解磷(SP)和lgc满足Boltzman方程。添加ZnBc对发酵液SP的影响极显著。(4)ZnBc不仅影响挥发性脂肪酸(VFAs)浓度,还影响VFAs组分。(5)添加ZnBc对发酵液总有机碳(TOC)有极显著影响。(6)相比原鸡粪,发酵后固体有机N、C、H均下降,并分别在ZnBc为0.10、0.01、0.01mg/L时达到最低值,说明鸡粪在厌氧水解酸化过程中固体有机组分向液体转移。     

褐铁矿与固体含量对牛粪秸秆混合厌氧干式发酵的影响

干式厌氧发酵是处理农业废弃物的有效途径之一,其中总固体（TS）含量和外源添加剂是影响有机质产甲烷过程的重要影响因素。以牛粪与水稻秸秆为例,研究了不同的褐铁矿添加量以及TS含量对牛粪秸秆混合厌氧干式发酵产甲烷过程的影响,并对沼渣特性进行表征。结果表明：固定TS含量25%时,添加1%褐铁矿（基于底物TS含量）显著促进产甲烷过程,产气量比对照组增加了21 mL·g-1（以VS计）;对照组（无褐铁矿）和添加1%褐铁矿时,纤维素降解均随TS含量升高而降低;TS含量40%时,添加1%褐铁矿对产甲烷过程具有抑制作用,甲烷产率相比于对照组（TS含量25%）降低了71%。可见只有当TS含量25%时,添加适量褐铁矿才能有效促进牛粪秸秆混合厌氧发酵产甲烷过程。研究可为优化农业废弃物甲烷化提供参考。     

猪粪与玉米秸秆混合中温发酵产气效果

以猪粪及碱液预处理后的玉米秸秆为原料,在恒温35℃和料液总固体质量分数为5%的条件下,以实验室内培养的不产气厌氧活性污泥为接种物,研究猪粪与玉米秸秆不同配比(干物质比分别为1:3、1:2、1:1、2:1、3:1和0:1(单一猪粪))混合发酵对产气效果的影响.研究结果表明,在35℃条件下,猪粪与玉米秸秆以2:1配比的累积产气量最大,为15 157 mL;其次是1:1样品,累积产气量为15 088 mL.但甲烷产量最高为1:1样品,56 d共产甲烷9 137 mL,甲烷气占总产气量的60.6%.通过对发酵过程中pH及COD的测定,证明经碱液预处理后的玉米秸秆能与猪粪混合稳定发酵,发酵前后厌氧消化液中COD的降解率可达50%以上.进一步研究分析得出,将玉米秸秆和猪粪按一定比例混合发酵不仅可以缩短发酵周期、提高产气速率,而且可以大幅提升原料的产气潜力.