氨水与冻融复合改性玉米秸秆对其高温厌氧消化过程的影响

文章采用CSTR高温反应器进行改性玉米秸秆厌氧消化实验,观察3个有机负荷(1.6,1.8和2.0 g·L~(-1)d~(-1))阶段下高温厌氧消化产甲烷性能变化和过程指标变化。实验结果表明,氨-冻融组玉米秸秆高温厌氧消化产甲烷性能最好,其单位VS产甲烷量在3个有机负荷条件下分别为314,309和306 mL·g■,比未处理组分别提高了16.1%,19.3%和22.6%,比水-冻融提高了8.9%,10.6%和13.8%。且随着有机负荷的提高,3个高温系统厌氧消化过程指标(挥发性脂肪酸、pH值、氨氮、碱度和溶解性COD)值呈现出了一定的规律,且稳定性均良好,其中,氨-冻融组厌氧消化系统过程中氨氮值为658～1148 mg·L~(-1),未达到抑制值。因此,对于工程应用来说,氨-冻融复合改性可作为提高玉米秸秆厌氧消化产甲烷量和生物降解性的一种重要方式。     

餐厨垃圾与玉米秸秆联合厌氧消化产甲烷性能的试验研究

将餐厨垃圾与玉米秸秆进行联合厌氧消化,可调节底物的碳氮比(C/N)在适合厌氧消化的范围,并缓解由于季节性造成的玉米秸秆厌氧消化原料供给不足的问题。为考察餐厨垃圾与玉米秸秆联合厌氧消化的产甲烷性能,设计原料C/N和初始有机负荷率(OLR)为因子的一般全因子试验,分析不同C/N和初始有机负荷率下的日产甲烷量、负荷产甲烷量、厌氧消化性能等。试验结果表明,当调节餐厨垃圾与玉米秸秆的混合比例,使原料C/N为20,初始有机负荷率为45 gVS·L-1时,负荷产甲烷量最大(311.83 mL·g-1VS),并高于相同负荷下餐厨垃圾或玉米秸秆单独厌氧消化的负荷产甲烷量。     

沼液预处理玉米秸秆与牛粪混合厌氧消化产气性能的研究

文章用沼液预处理玉米秸秆后与牛粪按3∶1混合,进行中温(35℃±1℃)批式厌氧消化实验,考察沼液预处理玉米秸秆对混合厌氧消化产气性能的影响。通过全因素实验设计,对不同沼液浓度(过5目,10目,20目,40目滤网的沼液)和不同沼液固体含量(10%,15%,20%,25%)条件下预处理的玉米秸秆与牛粪混合厌氧消化的产甲烷性能进行分析。结果表明:不同浓度的沼液在不同的固体浓度下预处理玉米秸秆后与牛粪混合厌氧消化的负荷产甲烷量较未预处理组显著提高,消化时间明显缩短。当沼液过5 M筛网,预处理固体浓度为15%时可获最大负荷产甲烷量238.35 mL·g~(-1)VS,相比未预处理组173.43 mL·g~(-1)VS提高37.43%,而厌氧消化周期T90(26天)相对未预处理组(39天)缩短33.33%。     

酸化处理提高玉米秸秆厌氧消化性能及其优化研究

为了提高木质纤维素的水解效率,酸化相的出料被用来提高玉米秸秆的厌氧产甲烷性能,文章利用单因素方法考察了原料负荷、酸化时间和接种量对挥发酸浓度(VFAs)的影响,采用响应面方法对玉米秸秆酸化相水解产酸构建二次回归模型进行优化,然后将酸化相出料接种厌氧污泥后进行产甲烷试验,比较酸化后玉米秸秆的甲烷产率,得出挥发性脂肪酸产率和甲烷产率关系的数学模型。结果表明,酸化时间为5 d,接种比为6,有机负荷为50 g TS·L~(-1)时产酸效果最优,VFAs产率为270. 50 mg·g~(-1)TS。3个因素对VFAs产率的影响依次为接种比有机负荷酸化时间。在最优酸化条件下甲烷相出料的系统稳定性好,甲烷产率为285. 97 m L·g~(-1)TS,比未处理组提高了81. 52%,回归性分析结果表明甲烷产率与VFAs产率有较高的相关性。因此,水解酸化可以明显提高木质纤维素的降解效率和甲烷产率。     

秸秆动态厌氧发酵影响因子研究

文章以玉米秸秆为例,研究了搅拌和进出料方式对秸秆厌氧发酵产气潜力的影响。结果表明,对于顶部进料动态厌氧消化装置,适当搅拌可以显著增加产气量,平均池容产气率比不搅拌反应器提高了65.4%。相对于底部进料,"顶部进料-搅拌"方式并没有表现出运行优势,其池容产气率仅提高了2%,并且表现出出渣困难。研究还表明,底部进料方式下秸秆高温(52℃±1℃)动态厌氧消化运行的最高有机负荷为4.71 kg TS·m~(-3)d~(-1)左右,产生的沼气中甲烷含量恒定在45%~47%之间。     

沼渣水热炭添加对猪粪中温厌氧消化的促进作用

为探明沼渣水热炭添加对猪粪中温厌氧消化产气的影响,该研究以190℃水热炭化制备的猪粪沼渣水热炭(H-190)为研究对象,采用批次发酵实验,探讨H-190添加对猪粪中温(37℃)厌氧消化产气特性的影响。结果表明,TS=4.0%的猪粪中温厌氧消化系统中,添加H-190后系统的平均产气量和产甲烷量分别为313.07和191.35 m L·g~(-1)VS,较纯猪粪处理提高了29.81%和26.22%;而TS=8%的体系中,添加H-190后,二者分别为233.59和145.00 mL·g~(-1)VS,较纯猪粪处理提高了12.08%和13.39%。添加H-190可提高TS=4%猪粪中温厌氧发酵系统的消化效率,缩短厌氧消化的延滞期,但对TS=8.0%的系统则相反。沼渣水热炭优良的表面特性是缓解猪粪厌氧消化过程中中间代谢物质的抑制、促进微生物间的电子传递、提高系统消化产气和产甲烷的主要原因。该研究对养殖场粪污厌氧消化高效处理具有工程指导意义。     

酒糟厌氧消化产甲烷特性与微生物菌群结构分析

酒糟是酿酒生产过程中的副产物,以酒糟为研究对象,分别考察不同底物总固体（Total solid, TS）质量分数（0.5%、1%、1.5%、2%）、接种比（接种污泥与酒糟的挥发性固体质量比）（0.25、0.5、0.75、1、1.5）和温度（25、37、50℃）条件下酒糟的厌氧消化产甲烷特性。结果表明,随着TS浓度的增加,产甲烷量逐渐增加, 2%TS条件下可获得最大的累计产沼气量（532.8mL/g）和产甲烷量（294.7mL/g）。接种比是影响厌氧消化系统的重要因素,随着接种比的增大,系统累计产沼气和产甲烷量呈先增加后减少的趋势,在接种比为0.25和0.5的条件下,系统发生崩溃,并未产甲烷,当接种比为1时,获得最大的累计产沼气和甲烷量。当TS质量分数为2%、接种比为1.5、发酵温度为50℃的条件下,获得最大的累计产沼气量为559.4mL/g,相较37℃条件下提高了10.2%,而获得的累计产甲烷量为284.0mL/g,相较37℃并未显著提升（P>0.05）。利用修正的Gompertz模型进行产气动力学分析后,发现TS质量分数越高、接种比越大、温度越高,产甲烷迟滞期越短。同时对不同温度反应体系中的微生物群落进行了分析,发现Bacteroidetes和 Firmicutes为优势菌门,随着温度的升高,产甲烷菌逐渐由氢营养型代替乙酸营养型。因此, TS浓度、接种比和温度是厌氧发酵重要因素,初步确定2%TS、接种比为1的中温酒糟厌氧发酵产甲烷性能相对较好。     

渗滤液与菜场生物质垃圾厌氧消化研究

在CSTR系统下采用逐渐提高有机负荷的半连续进料方式,研究中温(35℃)条件下渗滤液与菜场生物质垃圾混合厌氧消化的规律和性能。研究表明,试验在有机负荷条件下,以垃圾填埋场渗滤液为培养液的CSTR厌氧消化系统能顺利的进入甲烷化阶段,两种不同物料填料下,甲烷产率均稳定。当有机负荷提升到1.25 gVS·L-1d-1时,系统出现了最大日产气量、最大日产甲烷量和最大单位产甲烷率,其中以菜场生物质垃圾为物料的VS分别为6.25 L·g-1,4.58 L·g-1和0.62 L·g-1;以菜场生物质垃圾与渗滤液按7∶3比例混合填料的VS分别为6.10L·g-1,4.15 L·g-1和0.67 L·g-1。1.25 gVS·L-1d-1有机负荷时,产气性能更佳。     

低强度水热法预处理玉米秸秆提高其厌氧消化产甲烷性能

为了提高玉米秸秆厌氧消化产甲烷性能,试验采用低强度水热法处理玉米秸秆,研究了预处理后玉米秸秆的性质变化以及产气性能。结果表明,低强度水热法能够有效提高玉米秸秆产气性能。在80℃,60%含水率和预处理24 h条件下,玉米秸秆产气量达到299.5 mL·g^-1VS,比对照组233.8 mL·g^-1VS提高了28.1%。在水热过程中添加秸秆干重的2%的NaOH后,50℃,60%含水率和预处理12 h条件下,玉米秸秆产气量达到444.1 mL·g^-1VS,比对照组提高了89.9%。因此,在水热预处理过程中添加NaOH能够有效提高玉米秸秆产气性能。     

化学强化初沉污泥厌氧消化产甲烷潜力研究

该试验以化学强化初沉污泥为研究对象,采用中温/高温(35℃/55℃)厌氧消化方法,研究采用化学一级强化处理工艺(CEPT)产生的化学强化初沉污泥厌氧消化产甲烷效果,并对比化学强化初沉污泥在中温、高温工况的厌氧消化产甲烷性能,明确适合化学强化初沉污泥的处理工艺.研究结果表明,化学强化初沉污泥单位VSS累积产甲烷量和VSS...     

三种秸秆在不同温度下发酵产气特性研究

以油菜秸秆,小麦秸秆和玉米秸秆作为发酵原料,采用批式发酵工艺,以10℃为梯度,分别在常温(15℃,25℃)、中温(35℃,45℃)和高温(55℃)下,进行厌氧发酵潜力及产气特性的研究.实验结果表明,油菜秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆仅经简单粉碎预处理后,即可进行沼气发酵;油菜秸秆的发酵潜力低于其他两种秸秆,且油菜秸秆产气曲线出现明显次波峰.随着温度的升高,秸秆的产气速度和发酵潜力逐渐增加,玉米秸秆在45℃下发酵潜力达到最大(0.56 L·g-1 TS).经试验初步证明,45℃下高温菌种占主导地位.     

不同生物预处理方式对污泥厌氧消化过程性能的影响

利用微生物处理技术对经聚丙烯酰胺脱水后的污泥进行不同方式微生物预处理,研究进料总固体(TS)质量分数为3%、发酵温度为35℃时厌氧消化过程中累积产气量与产甲烷含量、p H值、氨氮和化学需氧量(TCOD)等参数的变化趋势,探索真菌宛氏拟青霉不同预处理方式对脱水污泥厌氧消化过程特性的影响。试验结果表明:微生物预处理脱水污泥厌氧消化技术具有较好的可行性。直接添加宛氏拟青霉和添加宛氏拟青霉预处理2 d的污泥进行厌氧消化反应能够有效提高产气量和产甲烷量,加快水解速率,促进污泥中有机物的有效降解,使产甲烷过程顺利进行。直接添加宛氏拟青霉处理的产甲烷效果最优,其净累积产气量和产甲烷量较纯污泥分别提高85.79%和42.76%,且1 kg污泥可产甲烷12.69 L,较纯污泥提高42.74%。     

温度和生物预处理对稻草秸秆厌氧产气特性的影响

采用两种稻草秸秆进行生物预处理15d,30d,45d和60d后,在中温(35℃)和常温(25℃)条件下进行厌氧消化实验,研究牛物预处理后稻草秸秆主要成分的变化规律及其对产气量的影响.结果显示,经过生物预处理田中预腐稻草秸秆在中温条件下进行厌氧消化的累积产气量比常温条件下提高了10.5%～137.7%,而经生物预处理风干稻草秸秆在中温条件进行厌氧消化的累积产气量比常温条件下提高了22.1%～76.3%.因此,把中温消化和牛物预处理结合起来是提高稻草秸秆厌氧消化效率和产气量的有效方法.     

玉米秸秆厌氧消化产气特性研究

为了探究不同地区玉米秸秆在厌氧消化过程中的产气特性,文章以吉林省的玉米秸秆为发酵原料,采用实验室自制的批量式发酵装置,在恒温35℃±1℃的条件下,对其产气特性及木质纤维素含量变化与厌氧消化之间的关系进行分析,并与云南省的玉米秸秆厌氧发酵情况进行对比。结果表明:吉林省玉米秸秆的产气潜力要低于云南省玉米秸秆,但吉林省玉米秸秆的产甲烷潜力要高于云南省玉米秸秆;两种玉米秸秆发酵前后的有机质含量均发生变化,且产气潜力与半纤维素含量变化呈正相关,与木质素含量变化呈负相关;吉林省玉米秸秆的粗脂肪和粗蛋白降解率要低于云南省玉米秸秆,但吉林省玉米秸秆的能源转化率要高于云南省玉米秸秆。该试验结果不仅阐明了玉米秸秆的主要组成成分与厌氧消化性能间的关系,同时也对玉米秸秆厌氧消化的合理开发和生物能源化利用提供依据。     

不同添加剂对青贮玉米秸秆厌氧消化产气特性的影响

农作物秸秆是沼气生产的主要原料,但因其季节性收获特点,必须合理储存才能为沼气全年生产提供高质量原料。为探索不同储存条件下青贮玉米秸秆的产沼气潜力,文章研究比较了干黄秸秆(DC)、青贮秸秆(无添加剂,ME)和3种添加剂青贮秸秆(纤维素酶CB、布氏乳杆菌LB、异常毕赤酵母PA)在中温(37℃±1℃)条件的厌氧发酵特性和产沼气性能,并通过修正Gompertz模型比较产沼气潜力。结果表明,各青贮组的产气量及产甲烷量有所不同,但在整体上青贮对玉米秸秆产气特性的保存有积极作用。青贮过程并没有降低玉米秸秆的厌氧消化产气特性,甚至在产气和产甲烷等方面还略有提高。通过Gompertz方程的拟合,CB组最大产气量约为176.10 L,最大产甲烷速率约为6.38 L·d~(-1),延滞期约为12 d,厌氧消化试验综合效果最佳。     

多元混合物料协同厌氧消化产甲烷性能研究

为研究农牧废弃物多元混合物料协同厌氧消化对产甲烷性能的影响,文章以牛粪、蔬菜废弃物和玉米秸秆为发酵原料,分别设定了单一原料、两种及3种混合原料发酵组,在中温(37℃±1℃)和固体质量分数为12%条件下进行厌氧消化实验。结果表明:混合厌氧消化的协同作用贡献率为25.84%~39.83%,显著提高了产甲烷能力。三物料混合厌氧消化产甲烷性能明显优于两种混合物料,当牛粪、蔬菜废弃物和玉米秸秆VS混合比例为1∶0.4∶0.6时,累计甲烷产量达到最大值20713 m L,比其他单一物料和混合物料厌氧消化甲烷产量提高了11.86%~23.65%。修正的Gompertz方程能较好反映物料厌氧消化产甲烷过程,拟合结果的R2在0.9872~0.9986之间。该研究结果可为农牧废弃物多元混合物料厌氧消化产沼气工程提供参考。     

不同来源接种物对不同原料产氢烷潜力的影响及微生物群落结构分析

接种物的特性关系到能否正常启动厌氧消化系统，是厌氧消化系统启动成败的关键所在。以牛粪(NF)、秸秆厌氧消化液(ZY)和餐厨干发酵物出料(CN)3种接种物为研究对象，研究了不同接种物对不同原料产氢烷潜力的影响及其微生物群落结构特性。结果表明：厨余-CN和玉米秸秆-NF组的最高产甲烷和产氢速率分别为42.4和26.5 mL·g^-1VS·d^-1。玉米秸秆-NF组的累积甲烷产量最高为80.9 mL·g^-1VS,分别比其它实验组累积产甲烷量高出18.1%～255.4%。玉米秸秆-NF组在产甲烷和产氢气方面均为最优，其次是厨余-CN组。Proteiniphilum(16.2%)、Turicibacter(12.6%)和Methanocorpusculum(80.5%)、Methanobrevibacter(18.6%)是NF接种物在属水平上的优势细菌和古菌。因此，不同微生物样本的微生物群落结构存在较大显著性差异，不同原料的产氢烷潜力均受不同接种物中的多种微生物种类和丰度的影响，牛粪接种物消化玉米秸秆原料的产氢产甲烷潜力最优。     

有机负荷对餐厨垃圾厌氧消化性能影响及动力学分析

为探究有机负荷对餐厨垃圾厌氧消化系统的影响，在50 L全混合式厌氧消化反应器(CSTR)进行进料负荷从0.72增至3.86 kgVS·m^-3d^-1的梯度实验。同时采用Modified Gompertz模型研究不同进料负荷(1、2、3、4、5 kgVS·m^-3d^-1)产甲烷动力学特性，开展生化产甲烷潜力(BMP)试验。结果表明，日产气量和挥发性脂肪酸(VFA)随着负荷的增加而波动上升，而吨VS产气量和碱度则随之下降；在负荷3.15 kgVS·m^-3d^-1阶段，VFA为2000 mg·L^-1左右，酸碱比在0.13左右，容积产气率在2.25 L·L^-1左右，系统稳定性强且厌氧消化效率高，此负荷为最佳负荷。BMP试验显示Modified Gompertz模型适合描述餐厨垃圾厌氧消化过程，最大产甲烷量和最高产甲烷率均随着负荷的增加而提高。     

化粪池粪便与麦秸混合厌氧消化产气性能

文章研究了化粪池粪便与麦秸在不同有机负荷下按不同C/N在中温厌氧消化条件下的产气性能和协同作用效果。设计了3个不同有机负荷(50 g TS·L-1,65 g TS·L-1,80 g TS·L-1)和3种C/N(15,20,25)以及单一化粪池粪便和单一麦秸。研究结果表明,混合物料的产气性能明显高于单一化粪池粪便,其中混合C/N为25,上料负荷为80 g·L-1时,累积产气体积达到了最大值8220 m L,比其他混合物料的累积产气量高出3.1%~126.4%,其单位TS产气量可达到205.5 m L·g-1,单位VS产气量可达到230.9 m L·g-1,比相同负荷下单一化粪池粪便高出287.7%和284.2%。在C/N为15,上料负荷为80 g·L-1时,其协同作用值为38.16%,高出相同负荷下C/N为20和25的协同作用值的316.6%和112.6%,协同作用的贡献效果明显,可以为粪草混合原料厌氧消化提供设计和运行依据。     

玉米秸秆水热预处理作用机理和厌氧消化特性研究

为了探究玉米秸秆水热预处理作用机理和厌氧消化特性,文章利用不同的水热预处理强度对玉米秸秆进行预处理,然后进行中温厌氧消化。研究结果显示:一定强度的预处理能够增大玉米秸秆的产甲烷性能。logR_0为2.45时,玉米秸秆获得了最高VS产甲烷率,为158.07 mL·g~(-1)VS,比未预处理组的VS产甲烷率112.82 mL·g~(-1)VS提高了40.12%。从机理方面分析发现,水热预处理能够增大玉米秸秆的水解程度,使玉米秸秆预处理后的乙酸浓度得到明显提高,是未预处理组乙酸浓度的3.38～22.87倍;改善玉米秸秆的元素组成,破坏其表层结构同时改变其木质纤维素组分含量。