农村庭院厨余垃圾好氧发酵设备设计与试验

针对农村庭院厨余垃圾处理设备缺乏、就地就近利用率低等问题,该研究按照分段发酵-精准控制-一体化集成的思路,研制了一种供农村联户或单户家庭庭院使用的厨余垃圾好氧发酵设备,设备设置多级分仓结构,将不同阶段物料分隔发酵和延长物料停留时间,并集成了控制单元、渗滤液收集单元和除臭单元。以厨余垃圾为原料、以木屑为辅料,开展了为期20 d的好氧发酵试验,试验结果表明：堆肥高温期（55 ℃）达到5 d,连续发酵20 d后,粪大肠杆菌检测为不大于3.0个/g,蛔虫卵死亡率为100%,种子发芽指数为73%,均满足好氧发酵无害化和资源化的要求。该设备具有发酵品质高、人机交互性好、无污染气体排放等优点,可为农村地区厨余垃圾就地就近的资源化、无害化处理及肥料利用提供技术参考。     

以沼渣为原料固态发酵生产Bt生物农药

沼渣是沼气工程中产生的副产物,由于其富含营养物质及微量元素,而广泛应用于农业,畜牧业,养殖业等方面。Bt生物农药是一类具有选择性和高效性的杀虫剂,但是由于其原料的成本较高从而限制了生物农药的发展,而沼渣中富含微生物所需要的各种养分并且价格低廉,因此该文以生产沼气后的沼渣为资源,运用固态发酵,探索了利用沼渣制备苏云金杆菌生物农药的可行性。首先对沼渣营养成分进行了分析,分析表明其营养物质丰富,适合苏云金芽孢杆菌的生长与增殖。其次对菌种的沼渣培养基进行了优化,优化后的培养基质量分数为：50%的沼渣添加35%啤酒糟,10%玉米粉,5%豆饼粉,并与常规培养基和单纯沼渣的发酵进程进行了对比。在优化培养基条件下,发酵48 h后,芽孢数达到5.23×1010 CFU/g,毒力效价为16 100 IU/mg。在传统培养基中芽孢数2.55×1010 CFU/g,毒力效价12 500 IU/mg,而在单纯沼渣中Bt产量及毒性为1.74×108 CFU/g,6000 IU/mg。采用沼渣发酵制备Bt生物农药与传统培养基比较,降低了36.3%的生产成本,且发酵性能优良,也为沼渣的利用寻找到崭新的途径。     

沼渣与畜禽粪便混合堆肥发酵效果的综合评价

采用正交试验设计方法实施了4组不同物料配比（以干质量计）沼渣与畜禽粪便混合物料堆肥试验,并采用模糊综合评价、灰色关联分析和属性识别法对其发酵效果进行了评价,为沼渣的肥料化利用提供参考。结果表明：T3（沼渣∶猪粪∶鸡粪=5.85∶8.49∶8.19）升温速率最快、高温维持时间最长,所达温度最高,T2（5.85∶7.425∶6.825）次之,T1（7.02∶7.425∶8.19）、T4（7.02∶8.49∶6.825）最差;从pH值、有机质、C/N、NH4＋-N、NH4＋-N/NO3－-N和总养分等化学指标看,T2、T3发酵效果优于T1、T4;堆肥结束后,T1、T2、T3、T4粪大肠菌值分别为1、10-1、10-2、1,发芽指数GI分别为96.72%、103.35%、98.42%、85.13%。上述3种评价方法对T1、T2、T3发酵效果评价一致：较好腐熟,但对T4评价结果分别为较好、基本和极未腐熟。综上所述,由单一指标或单一评价方法评判堆肥腐熟度有局限性。对堆肥发酵效果的评价应综合考虑物理、化学和生物学指标,对比3种评价方法原理,灰色关联分析法是评价堆肥发酵效果的较优方法。     

牛粪和玉米秸秆混合堆肥好氧发酵菌剂筛选

为筛选出适合牛粪和秸秆混合物料快速发酵的微生物菌剂,采用槽式堆肥方法,通过设置不接菌种、接种菌剂M1、M2、M3共4个处理,以发酵温度、pH值、发芽指数、有机质、氮、磷、钾等为评价指标,研究菌剂M1、M2、M3对堆肥发酵过程的影响。结果表明:接种菌剂处理达到50℃时间比不接种处理提前4 d,高温维持时间延长10～12 d,接种菌剂处理堆温在50℃以上时间持续了24 d,达到了GB/T 7959-2012标准;发酵过程中接种处理的p H值低于对照,pH值呈现下降、上升、下降、平稳的趋势;接种M1、M2处理的油菜发芽指数达到100%;C/N逐渐下降,30 d时接种处理由最初的27.75∶1下降到14.47∶1～17.27∶1,而对照仅下降到20.55∶1;堆肥结束时,菌剂处理的有机质、N+P_2O_5+K_2O含量与NY525-2012标准接近,发酵产物适合做生产商品有机肥的原料。综合各项指标,菌剂1和菌剂2的发酵效果优于菌剂3,菌剂1和菌剂2更适合牛粪和秸秆混合物料发酵。     

三种生物菌剂对鸡粪好氧发酵的影响

为了探究不同生物菌剂对鸡粪好氧发酵的影响,试验分别使用自研复合菌剂1号、自研菌剂2号和枯草芽孢杆菌对鸡粪进行静态好氧发酵,通过监测各个处理的温度、氨气浓度、GI、总养分、有机质、pH和蛔虫卵死亡率等指标,结果表明:各项指标的处理效果为处理1>处理2>CK,即自研复合菌剂1号的处理效果最佳,其次是自研复合菌剂2号,常规对...     

沼渣物理特性及沼渣纤维化学成分测定与分析

以反刍动物粪便厌氧发酵生产沼气剩余物沼渣为研究对象,采用振动筛分分组、统计分析、图像处理和Fibertec 2010&M6纤维分析系统分析等方法,对沼渣的物理成分及沼渣纤维化学成分进行了测定分析。研究结果表明,沼渣主要由质量分数为64%的纤维、35%的非矿物质和1%的矿物质组成;沼渣纤维中纤维素、半纤维素、木质素、灰分及其它各成分的质量分数分别为44.8%、21.9%、15.6%和17.7%。从而得出结论：反刍动物粪便厌氧发酵生产沼气后的沼渣中纤维素含量较水稻、小麦和玉米等作物秸秆的高5%以上,半纤维素含量较水稻、小麦和玉米等农作物秸秆低5%。研究结果为沼渣资源化、高值化利用技术研究奠定了基础。     

牛粪和秸秆好氧发酵堆肥的初始条件研究

为了研究堆肥混合物料不同初始含水率、C/N值和秸秆粉碎尺寸等因素对牛粪好氧堆肥的影响,找出各因素的最佳配比参数,以期能够科学有效地指导畜禽养殖场或有机肥生产厂家开展牛粪、秸秆的资源化再利用。提出了以新鲜牛粪和小麦秸秆为堆肥原料和辅料,在添加微生物发酵菌剂的基础上,对上述3因素进行人工调控,并设计分组对比试验,依据相关标准从堆体温度、全养分(N、P_2O_5、K_2O)等指标进行验证。结果表明:试验过程中,各组发酵温度≥45℃以上的时间均大于14 d,满足NY/T 1168—2006 《畜禽粪便无害化处理技术规范》的安全卫生要求;在牛粪好氧发酵堆肥时,添加粉碎后的小麦秸秆不仅能够良好的调节水分、C/N,还能作为结构调理剂,增加混合堆体的粒度和孔隙率。试验结果表明,堆体初始含水率在60%左右,C/N在30∶1左右,小麦秸秆粉碎尺寸≤1 cm的条件下堆肥效果最佳。     

生物质好氧发酵热生产与回收利用研究进展

好氧发酵是目前有机固体废弃物处理的一种有效手段。人们对于好氧发酵的研究主要集中在高效有机肥的获取上,但发酵过程产生的热能不容忽视。发酵热作为一种“零碳”能源,可代替传统化石能源应用于加温供暖、生物干化等领域,助力实现“碳达峰、碳中和”。为将生物质能高效转化为热能利用,人们对发酵热回收利用进行了研究,但是没有将热生产、热回收和热利用三个阶段进行系统联系,导致热回收工艺效率不高。该文主要阐述了好氧发酵产热原理,并从菌剂、原料理化性质和发酵工艺三个方面对发酵热生产的影响进行了探讨,总结了现有热回收利用系统,最后对生物质好氧发酵热生产与回收利用系统的发展方向进行展望,以期为生物质发酵热能利用提供支持。     

餐厨垃圾干发酵滚动式质热交换反应器设计与性能试验

为解决干式厌氧发酵传质传热效果差,易造成微生物生长代谢不均匀等问题,该研究设计一款反应器,利用罐体滚动代替搅拌,使底物自由混合,大幅度解决了干式发酵的阻碍。通过中温批次发酵验证反应器性能,并与搅拌式反应器进行对比,结果表明:滚动式反应器发酵过程中甲烷体积分数最高达74.89%;发酵前期挥发性脂肪酸有一定程度的积累,但在中期被迅速消耗,且未对产气和pH值造成明显影响;底物挥发性固体去除率高达68.74%,发酵体系稳定。微生物群落结构随着发酵进行,不同时期呈现动态变化,厚壁菌门(Firmicutes)是发酵体系中绝对的优势细菌门,最主要的古菌门是广古菌门(Euryarchaeota)。混合营养型的甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)伴随着发酵的推进成长为绝对优势甲烷菌属。     

厌氧—好氧处理垃圾浸出污水装置的试验研究

采用厌氧好氧生物氧化技术设计和制造了一套与工艺流程相一致的处理垃圾物浸出污水的模拟装置。该装置用有机玻璃为主要材料,便于观察处理池内污水流向、色泽变化及污泥增长情况。经这种装置处理后的污水,基本可达到国家农田灌溉的污水排放标准和国家三类废水排放标准。试验结果表明,该装置处理垃圾浸出污水效果良好。     

批式与连续两相发酵的果蔬废弃物厌氧产气性能

该研究采用批式试验与连续发酵试验探讨了苹果与蔬菜废物的厌氧发酵产气性能,结果表明:38℃下苹果与蔬菜废物混合进行厌氧发酵发生了协同促进作用,显著提高了混合原料的产气能力。在苹果废物与蔬菜废物的混合比例F:V=4:1时,混合原料的产沼气潜力达到了914.6 L/kg。利用修正的Gompertz模型能够很好的模拟果蔬废物批式厌氧发酵产气的累积产气过程,拟合结果的R2在0.983~0.999之间。果蔬废物连续进出料产气过程研究结果表明在HRT=24 d、35℃中温发酵条件下,果蔬废物为原料的一体化两相(combined two phase,CTP)反应器有机负荷OLR可达2.5 g/(L·d)时,此时CTP反应器的产气量最高可达12.9 L/d,反应器内物料比产气量为390 L/kg。这表明CTP反应器可以作为果蔬厌氧发酵产气的反应器。与全混式反应器相比,CTP反应器结构简单、成本低,但对果蔬废物的发酵效率低于全混式反应器。     

畜禽粪便与秸秆厌氧-好氧发酵气肥联产碳氮元素变化研究

传统沼气工程的气肥联产工艺中,厌氧发酵产气与好氧发酵产肥互相独立,产气和产肥周期均较长、有机肥品质差,影响工程的高效运行。为缩短发酵周期、提高产气效率和有机肥品质,该研究将猪粪、鸡粪和秸秆混合进行15和30 d的干法厌氧发酵,将得到的沼渣添加秸秆辅料混合,分别设置65%和70%的发酵物料初始含水率进行15 d的高温好氧发酵,对比分析了不同厌氧-好氧发酵组合对产气和产肥的影响。结果表明:厌氧发酵阶段,混合物料的日产气率自发酵开始后逐渐上升,并在第8天达到最高峰,至第15天降至峰值的50%以下,此时累积产气量达到30 d发酵周期的71%,平均容积产气率达到1.91 m~3/(m~3?d),比发酵30 d平均容积产气率高41.5%。好氧发酵阶段,各处理组碳元素含量持续下降,氮元素含量先下降后增加,所得发酵产物均达到腐熟标准。采用15 d厌氧发酵所获得的沼渣进行好氧发酵,所得发酵产物的电导率、腐殖化程度和发芽指数均优于采用30 d厌氧发酵所获得的沼渣进行好氧发酵所得的发酵产物,同时总有机碳和总氮含量也较其分别提高了6.0%～21.7%和3.0%～10.2%,不同好氧发酵物料初始含水率对发酵产物的品质影响较不明显。因此,采用厌氧、好氧发酵周期均为15 d的组合,可缩短发酵周期、大幅提高产气效率和发酵产物的碳氮营养元素含量,有利于提高沼气工程运行效率和经济效益。     

农村户用沼气发酵原料产气潜力及区划研究

结合能值潜力估算动物数据库模型,建立了中国农村户用沼气主要发酵原料理论户均产气潜力估算模型。并利用该模型对2007年中国农村主要沼气发酵原料理论户均产气潜力进行了估算。结果表明:发酵原料理论户均产气潜力居前五位的是西藏、青海、吉林、内蒙古和新疆,均高于2 300m3/a,其中西藏高达9 492m3/a,山西、上海、福建、广东、重庆、陕西和浙江发酵原料理论户均产气潜力较低,均低于540m3/a。在此基础上,构建了农村户用沼气发酵原料区划指标,对中国各地农村沼气发酵原料理论户均产沼气潜力进行分区,划分为沼气发酵原料最适宜区、适宜区、次适宜区和非适宜区。根据区划结果,形成了中国农村户用沼气发酵原料适宜性区划图。     

北京大中型沼气工程冬季运行状况及发酵前后物料理化生物特性

为了解北京市大中型沼气工程冬季运行情况及发酵剩余物理化特性,该文实地调查了北京市29座沼气工程冬季运行情况,以调研问卷的形式了解沼气工程运行状况,并采样分析了发酵原料、沼渣和沼液样品的养分含量、粪大肠菌群数、铜、锌、砷、铅等指标。结果表明:北京29座冬季运行的沼气工程中主要以畜禽粪便为原料,其中有20座沼气工程采用猪粪进行厌氧发酵,厌氧消化反应器类型主要是全混式厌氧反应器和升流式厌氧固体反应器,沼气以供周边农户使用为主,沼渣和沼液以农田利用为主,从区域沼气工程运行状况来看,房山区的沼气工程运行状况相对较好,大兴区和顺义区的沼气工程运行状况参差不齐;所调研沼气工程沼渣和沼液的pH值适宜向农田施用,沼渣的EC值相对原料平均下降了56.97%,沼渣有机质和可挥发性固体的质量分数相对原料分别降低了20.99%和27.93%,沼渣的养分质量分数较高,沼液的养分质量浓度较低,沼渣中的粪大肠菌群数和沼液的化学需氧量、粪大肠菌群数整体偏高,有6座沼气工程的砷含量较高。调查结果可为北京市沼气工程冬季运行效果及沼渣沼液资源化利用提供基础数据,促进北京市沼气工程的可持续发展,提高生态和经济效益。     

基施沼渣替代化肥氮对葡萄生长发育及品质的影响

研究基施沼渣替代不同比例化肥氮对葡萄生长发育和品质的影响,以期为大面积生产上葡萄园基肥施用沼渣技术的推广和应用提供一定的理论参考。以氮元素含量为定量指标,设计1个全施化肥处理和5个基施沼渣替代化肥氮处理。研究结果表明,随着基施沼渣替代化肥氮比例的增加,葡萄产量呈现先增加后下降的趋势,70%NZ(沼渣氮替代70%化肥氮)处理产量最高,为19 684.0 kg/hm2;粒重和穗重呈现同样的变化趋势。随着基施沼渣替代化肥氮比例的增加,萌芽至成熟天数、叶片SPAD值、新梢节间长、粗度、百叶鲜重及单叶面积等生长指标都呈现逐渐增加的趋势,其中以150%NZ处理最高,表现出成熟期延迟,贪青晚熟,从而影响产量。基施沼渣替代化肥氮可改善葡萄果粒品质。可溶性固形物、Vc和固酸比,以50%NZ和70%NZ处理较高;有机酸含量则以50%NZ处理最低。随着基施沼渣替代化肥氮比例的增加,葡萄果粒重金属Cu、Zn、Cd、Pb和As含量都有所增加,以150%NZ处理含量最高,而重金属Cr含量则有所下降。各处理中葡萄果粒重金属含量均低于相应的污染物限量标准(GB 2762—2005)。因此,本研究认为,综合葡萄产量和品质指标,沼渣替代70%化肥氮可作为葡萄园定量化基施沼渣的参考。     

厌氧发酵反应器一维稳态传热模型的建立与验证

在北方高寒地区,采取适当的加热及保温措施,确保沼气厌氧发酵所需的稳定温度,是关系到沼气工程冬季能否正常运行的关键所在。厌氧发酵反应器传热耗热量是沼气发酵料液加热系统设计的最基本的数据,它直接影响着加热系统方案的选择、供热管道管径和加热器等主要设备的确定。该文在稳态传热理论的基础上,通过对集厌氧发酵和沼气收集为一体式的全地上反应器传热过程的理论分析,建立了一维稳态传热模型,并通过试验对传热模型进行了修正和验证。结果表明,通过模型计算得到的模拟值与实际值在统计上没有明显差异,传热模型可用于反应器耗热量的计算。这为今后大型沼气工程中厌氧发酵反应器热负荷的计算和反应器能耗的预测提供了依据。     

海带渣与养殖固体废弃物混合发酵产沼气试验

废弃物的高效和资源化利用是现代渔业发展面临的重要课题。该文以海带渣和养殖固废为原料开展了两相发酵产沼气效果试验研究,探讨了中温条件下(35±1℃)料液TS浓度和接种率对混合水解酸化特性以及厌氧发酵产沼气效果的影响。结果表明,海带渣与养殖固废混合水解酸化过程启动很快,第2天乙酸浓度即达到峰值,5 d后丙酸和丁酸浓度增幅较快,水解酸化过程中甲酸产量相对较低。不同TS浓度(6%、8%和10%)和不同接种率(10%、20%和30%)的料液水解3 d,乙酸的酸化度分别为42.6%、50.0%、49.8%和50.7%、44.3%、40.3%;主要有机酸(乙酸+丁酸+甲酸)的酸化度分别达到61.7%、68.7%、62.2%和69.4%、57.5%、58.0%。料液TS浓度为8%~10%、接种率为10%~20%和p H值为6.0~7.0时,海带渣与养殖固废在中温条件下混合水解2~3 d,即可获得后期发酵产沼气所需的酸化料液。此外,发酵产沼气结果表明,每天按与产沼气接种污泥质量比为1:7~1:9的比例添加酸化料液,在p H值为7.0~8.0和35±1℃的条件下厌氧发酵产沼气,产气系统启动很快,而且8~13 d即进入稳定产气阶段,产气率保持在489.4~581.5 m L/g VS,所产沼气中的甲烷体积分数达到82.7%~84.9%,而且料液不会出现酸化现象。海带渣与养殖固废混合水解酸化、批量填料发酵产沼气工艺明显提高了产气效率和系统稳定性。     

沼渣与化肥配施对玉米生长及土壤理化性状的影响

本研究以玉米为试材,探讨沼渣与化肥配施对玉米生长和土壤理化性质的影响,以期为沼渣资源化利用提供科学依据。试验共设5个处理,分别为CK(空白)、40%ZF+60%HF(40%沼渣+60%化肥)、60%ZF+40%HF(60%沼渣+40%化肥)、80%ZF+20%HF(80%沼渣+20%化肥)和100%HF(全化肥)。研究结果表明,沼渣施用能提高土壤有机质含量,含量高低与沼渣施用量呈正相关关系。与100%HF处理相比,沼渣与化肥配施在玉米的苗期(05-20)、拔节期(06-05)和抽穗期(06-28)降低了土壤中速效养分和叶片叶绿素含量,在玉米的完熟期(07-20)则提高了其含量。沼渣与化肥不同比例配施均能提高土壤p H值,以80%ZF+20%HF处理为最佳。玉米产量以40%ZF+60%HF处理为最高,但与60%ZF+40%HF处理间无差异。沼渣与化肥配施能提高玉米籽粒的粗蛋白、粗脂肪和粗淀粉的含量,玉米品质以80%ZF+20%HF处理最好。综合分析认为,沼渣替代40%的化肥是沼渣与化肥配施较为合理的比例。