不同堆沤处理对玉米秸秆厌氧发酵的影响

研究利用纤维素分解菌F2对玉米秸秆进行堆沤预处理,将经不同堆沤预处理时间后的秸秆与猪粪混合进行厌氧发酵产沼气试验。结果发现,堆沤15 d后秸秆的总有机碳含量降低了10.06%,VS去除率和纤维素降解率比未加菌堆沤预处理分别提高了10.74%、10.60%;加菌堆沤预处理后的秸秆厌氧发酵甲烷产气率、干物质产气率、发酵前后VS去除率均高于未加菌堆沤预处理后的秸秆,且产气效率也有明显的提高;加菌堆沤预处理10 d的秸秆比未加菌堆沤预处理15 d的秸秆提前了2 d达到产气高峰,累计产气量达到21 957 mL,比未加菌堆沤预处理15 d的秸秆增加了1 629 mL。实验结果表明:该纤维素分解菌对玉米秸秆纤维素有较强的降解能力,并在一定程度上促进了有机碳的矿化;有效地提高了秸秆的生物降解性能,缩短了预处理所需时间;同时提高了玉米秸秆的利用率和产气潜力。     

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.      

活性炭在中高温条件下对玉米秸秆厌氧发酵的影响

为提高玉米秸秆厌氧发酵的产气效果,本文研究活性炭在中温(38℃)和高温(50℃)条件下对玉米秸秆厌氧发酵产甲烷的效果及微生物学机制.结果表明,添加活性炭能显著促进秸秆厌氧发酵产甲烷,中、高温试验组(添加活性炭)的累积产甲烷量分别比对照提高了63%和96%;DGGE的结果显示,高温试验组(添加活性炭)和对照组(未添加活性炭)的发酵液中的优势细菌菌群分别是Clostridiale bacterium和Bacillus,中温对照组发酵液和中温试验组发酵液未发现明显优势菌种.添加活性炭分别有利于氢营养型的甲烷鬃毛菌(Methanosaeta concilii strain)和乙酸营养型的醋酸甲烷八叠球菌(Methanosarcina acetivorans strain),在中温、高温试验组的发酵液中形成优势古菌菌群.中温试验组活性炭载体上的优势古菌菌群为甲烷鬃毛菌(Methanosaeta concilii strain),而高温试验组活性炭载体上的优势古菌菌群主要为甲烷八叠球菌嗜高温菌属(Methanosarcina thermophila strain).     

超声波预处理对牛粪与玉米秸秆混合厌氧发酵特性的影响

为了探索超声波预处理提高厌氧发酵产气量的机理、优化超声波预处理工艺及分析超声波预处理的能量效益,利用因子分析法和通径分析研究不同发酵阶段各环境因子对发酵过程的影响,以及发酵初始环境与甲烷产量之间的关系.同时,用响应面优化法优化超声波预处理工艺,并且分析了超声波预处理的能量效益.结果表明,在40 k Hz和0.20 k W下,适宜的超声波预处理能显著提高厌氧发酵总产气量(p0.05),牛粪预处理17.68 min后与玉米秸秆预处理19.94 min混合发酵,甲烷产量最高为177.20 L·kg-1(以TS计),显著高于CK(未经预处理组,p0.05),其能量效益也最高,为1835.14 k J·kg-1(以TS计).超声波预处理通过改变发酵初始环境之间的相互关系和发酵过程环境的主要影响因素来使发酵系统更加稳定从而提高产气量.超声波预处理是一种能量输入的预处理方式,产气量高于CK处理组,但其能量效益不一定大于零.因此,在优化超声波预处理条件时必须对其能量效益进行分析.研究结果能为超声波预处理条件的优化方式提供理论依据.     

碱处理对玉米秸秆纤维素结构的影响

介绍了在高固含率条件下氢氧化钠(NaOH)和氢氧化钙(Ca(OH))2堆沤处理对玉米秸纤维素结构的影响。分别用2.5%、5%和7.5%(ρ)的NaOH和Ca(OH)2将玉米秸在常温下堆沤处理3 d后,提取其纤维素,采用傅立叶变换红外光谱(FTIR)和X射线衍射光谱(XRD)对比研究了处理前后纤维素的结构和结晶度的变化。结果表明碱堆沤处理使玉米秸秆中纤维素的形态结构发生了变化,部分分子间氢键断裂,部分酯键消失,随着碱用量的增加,纤维素结构被破坏的程度越大;纤维素的晶体类型与002面微晶位置虽然没有改变,但是纤维素的结晶度与002面微晶尺寸增大。这些变化表明碱处理能提高玉米秸秆纤维素的可及度和反应性,从而改善厌氧消化性能。其中NaOH较Ca(OH)2表现出更好的纤维素润胀能力和反应性,在处理秸秆提高其厌氧消化产甲烷性能上具有更大的潜力。     

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。     

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。     

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%。     

不同碱液处理对玉米秸秆中温发酵产气的影响

通过自行设计的恒温厌氧发酵装置,研究NaOH、KOH和Ca(OH)_23种碱液预处理对玉米秸秆中温(35℃)厌氧发酵的影响。结果表明,玉米秸秆中温厌氧发酵时,NaOH预处理效果要好于Ca(OH)_2,而KOH预处理则达不到提高产气效率和累积产气量的效果,其中4‰Ca(OH)_2、4‰和8‰Na OH对玉米秸秆预处理效果要强于自来水对照,整个发酵过程均未出现产气停滞,分别在115、116和118 d时发酵完全,发酵结束时的累积产气量相比自来水对照分别提高了17.70%、21.87%和2.34%。最优组合预测模型显示,Na OH在中温条件下对玉米秸秆预处理的最佳质量浓度为4‰,120.0 d发酵完全,产气速率达51.07 m L/d,最大干物质累积产气量为383.00 m L/g;Ca(OH)_2在中温条件下对玉米秸秆预处理的最佳质量浓度为2‰,114.9 d发酵完全,产气速率为46.43 m L/d,最大干物质累积产气量为348.22 m L/g。可见,在玉米秸秆中温厌氧发酵时,利用质量浓度4‰Na OH和2‰Ca(OH)_2对其进行预处理是可行的,其中4‰Na OH的预处理效果要强于2‰Ca(OH)_2。     

低温下玉米秸秆与牛粪混合厌氧发酵产气特性研究

通过静态试验,探究在15℃的低温条件下,经过预处理的玉米秸秆和牛粪,在不同混合配比下厌氧发酵的产气特性。试验结果表明:将牛粪与秸秆按1∶1配比的产气效果最好,相对于配比为2∶1、3∶1的累积产气量分别高出52.66%和73.60%。随着发酵过程进行,COD波动很大。发酵过程中碳源主要由玉米秸秆提供,秸秆所占比例越大,COD降解率越高。日产气量达到高峰的时间稍滞后于VFA,秸秆比例越大的组别,VFA整体处于越高水平。而辅酶F420与产气量之间关系不显著。发酵初期CMC酶活力变化显著,且以玉米秸杆与牛粪配比为1∶1为配比的一组CMC酶活力高于其余2组,最高值达到了15.042 U/g。     

HRT对餐厨垃圾与秸秆混合高温厌氧发酵的影响

以餐厨垃圾和秸秆(按TS比1:1混合)为原料,水力停留时间(HRT)逐级递减至5,3,1.5,1,0.5d,对应有机负荷(OLR)依次为8.0,6.66,3.33,5.0,5.0g VS/(L?d),开展了55d的连续高温发酵试验,并对微生物组成进行分析.实验发现,当HRT由5d缩短到1d的过程中,反应器运行稳定,OLR,挥发性固体(VS)去除率,产气率和容积产气率均维持在较高水平.当HRT降至0.5d时,pH值稳定在7.0左右,并未出现VFA累积,但反应器几乎停止产气,VS去除率仅为5.77%,微生物发生冲刷流失.高通量测试结果表明,当HRT为0.5d时,体系内嗜氢产甲烷菌的比例增加,嗜乙酸产甲烷菌降至0.6%,而Clostridiales等能够与产甲烷菌共生的水解酸化细菌的比例增加了近1倍,推测乙酸氧化菌与嗜氢产甲烷菌共生是乙酸产甲烷的主要途径.     

木屑生物炭对秸秆和牛粪厌氧发酵产甲烷性能的影响

利用AMPTS全自动甲烷潜力测试系统、First-Order水解模型、修正的Gompertz 和logistic模型,在了解生物炭各理化特性的基础上,通过对厌氧发酵的水解速率、产甲烷潜力及最大甲烷产率等进行拟合和对比分析,研究木屑生物炭对序批式湿法厌氧发酵的影响规律.结果表明:木屑生物炭对序批式厌氧发酵前期的底物水解速...     

NaOH处理对互花米草高温干式厌氧发酵的影响

为了解NaOH处理对互花米草厌氧发酵的影响,在高温（55℃±1℃）和互花米草初始干物质含量为20％条件下,考察了NaOH处理对互花米草厌氧发酵产气特性、物质结构和组成以及发酵后互花米草水浸提液理化特性的影响．结果表明,互花米草经5％NaOH处理后,产气受到明显的抑制,累积产气量仅为CK的76．68％;碱处理配合水洗可有...     

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%。     

敌敌畏对玉米秸秆产甲烷潜力影响研究

不同浓度敌敌畏影响下,玉米秸秆厌氧发酵产甲烷潜力有所差别,该文结合修正的Gompertz方程研究其厌氧消化的产甲烷动力学过程,为判明敌敌畏对玉米秸秆厌氧发酵的影响提供基础依据。未添加敌敌畏(CK)时玉米秸秆的累积甲烷产量为2 720.18 mL,添加浓度分别为30 mg/L(T1)、60 mg/L(T2)、120 mg/L(T3)的敌敌畏后,其累计甲烷产量分别为2 753.586、2 906.476、2 603.86 mL。根据实际所测的产气量变化曲线,依照Gompertz模型来方程拟合,相关性系数均达到0.99,且拟合得到CK组的最高产甲烷速率和延滞期时间分别为130.14 mL CH4/(g VS·d)和10.24 d。T3组玉米秸秆的延滞期较CK组降低,T1、T2组则有升高。这表明一定浓度的敌敌畏残留对玉米秸秆的厌氧发酵有促进作用,反映为提高了秸秆的产甲烷潜力,而当残留的敌敌畏浓度高于120 mg/L时,发酵过程会受到抑制。     

碱处理对秸秆厌氧消化的影响

为减少秸秆碱处理的碱用量,提高秸秆的产气量,从产气量、XRD和FTIR等角度对碱预处理与后处理进行了初步比较,并对碱处理前后秸秆浸提液的理化性质以及秸秆的物质结构变化进行了分析.结果表明,秸秆经5%NaOH处理48 h后,细胞中的有机物大量溶出,COD、TN、NO 3--N和NH 4+-N分别从2 311.11、175.40、5.02和117.82 mg/L增至10 488.89、417.84、248.64和141.44 mg/L,表明碱处理不仅破坏木质纤维结构,还破坏核酸、氨基酸等含氮物的结构,将其中的氮以NO 3--N和NH 4+-N的形式释放出来;碱处理破坏了秸秆木质素结构,木质素含量降低,但纤维素的相对结晶度增加,从0.592 3增加到0.662 2.厌氧消化的结果显示,秸秆预处理与后处理的产气能力相当,单位TS产气量分别为382.32 mL/g和375.84 mL/g,较对照分别提高了28.13%和25.96%,但后处理的碱用量仅为预处理的50%;厌氧发酵后对照中的木质素含量增加,而预处理和后处理均降低,后处理对木质素的破坏效果更好;厌氧微生物可破坏纤维素的结晶区,后处理对纤维素结晶区和无定形区的破坏均强于预处理.