猪粪干式沼气发酵中试研究

生猪规模化养殖的发展在局部地区产生了大量猪粪,干式沼气发酵作为一种处理猪粪的技术手段,具备不需要稀释、沼液量少、容易等优势。笔者在已有小试的基础上,进行了为期12个月的猪粪连续干发酵中试。每日产气量,每月沼气成分、进出料的TS,VS,pH值,氨氮等指标的监测结果表明,该中试能正常产气,基本能顺利进出料,大多数月份甲烷含量稳定在53%以上,平均容积产气率为0.162 m~3·m~(-3)d~(-1),平均原料产气率为0.112m~3·kg~(-1)TS,pH值稳定在7.8~8.5之间,游离氨浓度在400 mg·L~(-1)以下基本不存在氨抑制问题,具备工程上推广应用的潜力。但是,由于没有升温保温,该中试的产气效率低,且产气不稳定。     

啤酒糟产沼气潜力试验研究

文章以啤酒糟为发酵原料,在厌氧发酵温度35℃±1℃条件下进行序批式沼气发酵试验,发酵历时60 d,总固体TS浓度为6%时,其原料产气率为115 mL·g~(-1),TS产气率为139 mL·g~(-1)TS,VS产气率为149 mL·g~(-1)VS,池容产气率为0.11 mL·mL~(-1)d~(-1)。结果表明,啤酒糟是较好的沼气发酵原料。     

蜀葵发酵产沼气潜力研究

为解决蜀葵废弃物浪费及污染环境问题,以蜀葵叶子、蜀葵秸秆、蜀葵花籽为原料,分别进行中温(35℃±1℃)条件批量式沼气发酵实验;发酵料液的TS浓度均为6%,沼气发酵实验的运行时间为22 d。实验结果表明:蜀葵叶子、蜀葵秸秆、蜀葵花籽发酵产沼气的潜力分别为397 mL·g~(-1)TS,481 mL·g~(-1)VS; 264 mL·g~(-1)TS,280 mL·g~(-1)VS; 290 mL·g~(-1)TS,314 mL·g~(-1)VS;池容产气率分别为0.39 mL·mL~(-1)d~(-1),0.26 mL·mL~(-1)d~(-1),0.28 mL·mL~(-1)d~(-1),蜀葵叶子的产气潜力明显大于蜀葵花籽和蜀葵秸秆的产气潜力,且蜀葵叶子的甲烷含量也较后两者高,说明蜀葵叶子产出的沼气品位较后两者好。与其他原料相比表明:蜀葵适合用作发酵产沼气的原料,且蜀葵叶子发酵产出的沼气品质较好。     

酒糟沼气发酵的基础探究

文章开展了中温(38℃±1℃)条件下含固率为6%,8%的酒糟批式厌氧发酵产沼气的研究。结果表明:酒糟极易酸化形成大量挥发性脂肪酸(VFAs),是良好的沼气发生原料。发酵27 d(发酵基本结束)时,TS为6%,8%的酒糟TS产气率分别为402.08 m L·g~(-1),387.81 m L·g~(-1),VS产气率分别为441.84 m L·g~(-1),426.16 m L·g~(-1)。TS为6%,8%酒糟的最佳发酵周期分别为14 d,15 d。     

甾体制药渣发酵产沼气实验研究

文章以生产甾体类药物过程中的药渣为原料,进行批量式和半连续式沼气发酵实验。通过批量沼气发酵实验测定药渣的发酵情况和产沼气潜力。采用CSTR反应器进行半连续沼气发酵实验。批量实验结果表明:在温度为32℃和TS浓度为3.8%的条件下发酵,药渣的产气潜力达到667 mL·g~(-1)TS和748 mL·g~(-1)VS。在温度为28℃,32℃,36℃和TS浓度为5%的条件下进行发酵,28℃下药渣的产气潜力达到514 mL·g~(-1)TS和576 mL·g~(-1)VS;32℃下药渣的产气潜力达到539 mL·g~(-1)TS和604 mL·g~(-1)VS;36℃下药渣的产气潜力达到601 mL·g~(-1)TS和674 mL·g~(-1)VS。Gompertz模型的拟合结果也较好地反应了批量发酵过程中物料降解情况。半连续沼气发酵实验设置发酵TS浓度为4%和5%,发酵温度为30℃,水力滞留时间为15 d。实验结果表明:CSTR反应器最高日产气量达11 L,稳定期日均产气量为9413 mL。池容产气率最高达1.02 L·L~(-1)d~(-1),沼气中的甲烷含量达到60%以上。甾体制药渣具有良好的产沼气潜力,适宜应用于沼气工程,是一种具有广阔开发前景的生物质资源。     

响应面法优化猪粪沼气发酵工艺

为提高猪粪沼气发酵的产气效率,试验应用响应面法对其沼气发酵工艺进行优化,通过Design-Express8.0.6.1软件的Box-Behnken中心组合试验设计,以原料产气率为响应值,研究发酵温度、总固体浓度(TS)和搅拌转速3个因素对猪粪产气效率的影响,建立相关数学模型,并对模型进行降维优化分析,最后进行试验验证。结果表明,发酵温度和TS两因素对于猪粪产气效率的影响表现为极显著。最优工艺条件TS为5.8%,发酵温度为29℃,搅拌转速为92 r·min~(-1)时,理论原料产气率为160.09 mL·g~(-1)TS,试验原料产气率为154.83 mL·g~(-1)TS,试验值与理论值接近,二者相对偏差为3.21%。可见,所建模型能较好的优化沼气发酵工艺参数。     

马铃薯皮渣与牛粪不同配比产沼气效果研究

文章以马铃薯皮渣和牛粪为原料,通过厌氧发酵装置,进行混合发酵产沼气实验。将马铃薯皮渣和新鲜牛粪分别以100:0,80:20,50:50,20:80和0:100的比例均匀混合,利用自制的厌氧发酵装置在30℃的恒温条件下持续发酵34 d。通过测定反应体系的产气速率、沼气中CH_4含量、累计产气量、反应体系pH值变化情况,探究不同比例的马铃薯皮渣与牛粪配比对发酵产气效果的影响。研究表明,添加高比例的马铃薯皮渣对累计产气量具有明显优势,而牛粪对于加快产气速率具有明显促进作用。马铃薯皮渣和新鲜牛粪以80:20配比添加的反应体系累计产气量最高,但CH_4的平均浓度较低,连续34 d产CH_4平均浓度为58%。未添加马铃薯皮渣即配比为0:100发酵体系所产沼气中CH_4平均浓度高达75%,但累计产气量较低。因此,从原料有效利用角度考虑,马铃薯皮渣与牛粪配比为80:20时最适合发酵,TS有效利用率为35.22%,产气率为291.71 L·kg~(-1)。     

不同配比牛粪与农村生活废弃物混合发酵的产气潜力研究北大核心

在恒温35℃和发酵液TS为8%的条件下,研究了不同配比(TS质量比分别为1∶9,3∶7,5∶5,7∶3和9∶1)奶牛粪和果蔬废弃物、奶牛粪和餐厨垃圾以及肉牛粪和果蔬废弃物混合发酵的产气效果。结果表明,累计产气量和TS产气量最高的是配比为5∶5的奶牛粪和餐厨垃圾,分别达20702 mL和259 m L·g^(-1),最低的则是配比为3∶7的奶牛粪和餐厨垃圾,分别仅为1173 m L和15 m L·g^(-1)。发酵过程中牛粪与生活废弃物以5∶5,7∶3和9∶1配比混合发酵的pH值均维持在6.0~7.5之间,厌氧发酵累计产气量均较高;而配比为1∶9和3∶7时,发酵过程中pH值几乎均低于5.5,厌氧发酵受到明显抑制。因此,在牛粪与生活废弃物混合发酵时,增加牛粪比例可提高厌氧发酵的累计产气量和发酵液中pH值的稳定性。     

变温条件下牲畜粪便与秸秆混合发酵研究

试验研究了温度不断变化条件下牲畜粪便与秸秆按不同干物质比例(质量比为1:1,2:1,3:1)混合发酵的产气速率、产气量情况.结果表明,其最佳配比分别为:猪粪:玉米秸秆为2:1、牛粪:玉米秸秆为1:1、猪粪:小麦秸秆为3:1、牛粪:小麦秸秆为1:1.温度较低时,适合用牛粪与秸秆混合作为发酵原料;温度较高时,适合用猪粪和秸秆作为发酵原料.温度变化对沼气产气量的影响显著,特别是温度日均降幅达3～5℃以上时,往往对产气量造成严重的影响,甚至于停止产气.     

不同粪便交替发酵对固定床厌氧反应器发酵性能的影响

为研究畜禽粪便厌氧发酵产沼气时,不同类型粪便的交替发酵对反应体系性能的影响,进行了牛粪和猪粪这两种最典型粪便的连续交替发酵实验。实验阶段,水力停留时间(HRT)为5天,第1~18天,进料为猪粪,COD先为5000 mg·L-1,后提高到10000 mg·L-1。第19~42天,交替进料为牛粪,COD先为10000 mg·L-1,后提高到15000 mg·L-1。结果表明,进料猪粪时的COD去除率为75%~88%,产气6~9 L·d-1,pH值波动范围大,增大负荷后,罐体容易酸化。而交替成牛粪后的COD去除率下降至60%,产气3~5 L·d-1,pH值经短暂缓冲后迅速恢复稳定在6.8~7.0,罐体耐负荷冲击能力较强,不易酸化。整个粪便交替过程中,产甲烷含量较高,CO2没有积累,菌群结构基本稳定,反应器运行正常,可通过提高负荷得到更高的甲烷产量。     

猪粪和牛粪固液分离物厌氧发酵产气效果研究

畜禽粪便及其浸出液常常是污染农村环境的根源。研究粪便分离物及其固形物厌氧发酵的各自沼气转化效率,确定分离液厌氧发酵的最适浸泡时间,既为粪便固液分离进行厌氧发酵提供理论基础,又为畜禽养殖场废水能源化和废渣的肥料化利用以及厌氧法处理有机废水提供技术依据。试验以调制的总固体质量分数(TS)为8%的新鲜猪粪、牛粪为原料,分别静置浸泡3,6,9和12h后进行固液分离,固形物和分离液分别加入200 g沼液接种物,在20℃,30℃条件下分别研究固形物和分离液的厌氧发酵产气效果,结果表明:猪粪浸泡12 h后分离液发酵效果较好,而牛粪的最佳浸泡时间为3h。     

不同固体浓度青贮玉米秸秆与牛粪混合发酵产沼气性能研究

为考察青贮秸秆与牛粪的混合厌氧发酵条件,文章研究了3种不同总固体浓度(10%,12%和14%)对二者中温发酵产沼气性能的影响,并用修正Gompertz模型对其产气过程进行动力学拟合。结果表明,总固体浓度为12%时的沼气产量和品质均高于另外2种固体浓度,该条件下的发酵液p H值,VFAs,COD和NH+4-N浓度变化有利于沼气发酵。用修正Gompertz模型能很好地拟合累积产甲烷量随时间的变化,拟合得到3个试验组的最大产甲烷速率分别为211.12,345.31和210.93 m L·d-1。说明TS 12%时的青贮玉米秸秆与牛粪混合发酵产沼气效果最佳。     

剩余污泥和粪便厌氧消化产气潜能研究

文章选取污泥和粪便作为研究对象,进行中温批量厌氧消化对照试验。结果表明:污泥和粪便的原料产气潜能分别为27.3 m3·t~(-1)和4.1 m3·t~(-1),粪便和污泥厌氧发酵周期较短。以粪便和污泥作为厌氧消化原料的发酵过程中,酸化现象不明显,较快进入产甲烷阶段,发酵后期p H值和氨氮值升高。粪便COD,TS,VS产气率分别为0.16 m3·kg~(-1)COD,0.14 m3·kg~(-1)TS和0.24 m3·kg~(-1)VS,污泥COD,TS,VS产气率分别为0.36 m3·kg~(-1)COD,0.55 m3·kg~(-1)TS和0.62 m3·kg~(-1)VS。     

牛粪高浓度批次厌氧发酵试验研究

在试验室条件下,对牛粪高浓度批次厌氧发酵进行试验研究,考察发酵温度、干物质含量和接种率对牛粪高浓度厌氧发酵效果影响。试验结果表明:牛粪高浓度厌氧发酵在工艺上是可行的;高温55℃厌氧发酵较中温35℃厌氧发酵产气快,发酵周期短,但能耗高,二者总累计产气量相近;高温厌氧发酵第15d累积产气量基本都达到了总产气量的95%以上;接种充分和发酵条件适宜条件下,干物质含量TS对累计干物质产气率影响较小,高浓度厌氧发酵可以有效提高反应器效率,且节水节能;随着接种率增大,高温高浓度厌氧发酵启动越迅速,平均日产气量越高,产气速度越快;接种率为30%时,第15d累计产气量为5 113mL,相当总产气量97%。     

稻草与畜禽粪便混合物厌氧消化快速启动研究

大型沼气工程的启动需要有大量的外源接种物,这使得启动成本增高。为了实现沼气工程低成本快速启动,文章以稻草与粪便(牛粪、猪粪)按0∶1,1∶2,1∶1,2∶1和4∶1(VS比)混合后,在不外加接种物的情况下直接启动。结果表明:除稻草与猪粪4∶1混合外,不同比例的稻草与粪便混合后均能启动成功。添加不同比例牛粪的启动效果优于添加猪粪的启动效果,同时在不外加接种物的情况下,少量稻草与粪便混合的启动效果优于单独粪便的启动效果。稻草与牛粪和猪粪的混合比例均为1∶2时效果最佳,单位VS产气量分别为258 m L·g~(-1)和187 m L·g~(-1),T_(80)(累积产气量达到总产气量80%时所需的时间)分别为29 d和39 d,氨氮分别为434 mg·L~(-1)和728 mg·L~(-1),碱度为5250 mg·L~(-1)和5300 mg·L~(-1)。两种混合方式都可以快速启动且厌氧系统性能稳定,该研究结果可为大型沼气工程启动提供技术支持并可大大节省启动成本。     

农牧废弃物恒温干/湿厌氧发酵过程研究

为对比干发酵和湿发酵过程中产气性能的差别,对比试验研究了3 m~3恒温(37±1)℃发酵罐内单一牛粪干/湿发酵过程中日产气量、累计产气量、产气率及甲烷体积分数和pH及氨氮的变化,并最后应用修正的Gompertz方程分析甲烷生产的动力学过程。试验结果表明:以TS(总固体浓度)为20%的干发酵系统累计产气量为51.375 m~3,最大日产气量可达2.198 m~3,分别比TS为8%的湿发酵多11.076 m~3和0.301 m~3;干发酵的池容产气率为0.558 m~3/(m~3·d),比湿发酵实验组提高了15.95%;干/湿发酵系统的日均甲烷体积分数分别为51.3%和48.6%。在试验过程中,干/湿发酵恒温沼气罐内的pH值及氨氮含量均介于正常范围之内,没有发生抑制现象使得试验可以顺利进行。通过修正的Gompertz方程对干/湿厌氧发酵的产甲烷过程进行拟合,拟合的结果R~2在均大于0.99,表明实际产甲烷潜力值和拟合的产甲烷潜力值很接近,显示出了较高的准确性。该研究结果可为农牧废弃物干发酵工程提供理论依据和指导。     

牛粪高效厌氧发酵技术

为提高牛粪厌氧发酵的产气效率,采用牛粪发酵前固液分离和分离液中添加猪粪进行混合发酵两种方法.结果表明,对牛粪进行发酵前固液分离,降低了物料的粘度,利于微生物的传质.在牛粪分离液与稀牛粪的对比发酵试验中,分离液较稀牛粪产气量提高32.68％,甲烷产率也有较大幅度提高.牛粪分离料液和猪粪按一定比例混合可获得较好的产气效果,在试验中总固体(TS)质量分数为10.49％的混合料液产气过程稳定,产气周期相对较短,累计产气量最大为59.8L,比TS质量分数为8.00％猪粪组提高了26.24％,比TS质量分数为8.54％混合料液组提高了43.51％.研究表明牛粪分离液与猪粪混合TS质量分数为10.49％时,可以取得较好的产气效果.     

沼液回流提升推流式厌氧反应器运行效果研究

为了研究沼液回流对推流式厌氧反应器(PFR)厌氧消化效率的影响,文章采用有效容积为36 L的PFR,以牛粪为底物,进料浓度TS为7～10%,发酵温度38℃±1℃,水力停留时(HRT)为20 d条件下连续运行100 d。结果发现:50%的沼液回流能够提升反应器产气效率,在沼液回流运行期,日产气量最高达到57.92 L·d~(-1),容积产气率为1.58 L·L~(-1)d~(-1),甲烷含量为68.9%。平均挥发性有机物产气率为433.03 L·kg~(-1) VS (干物质产气率为366.99 L·kg~(-1) TS),相比于未回流沼液运行期提升42.46%,底物转化效率提高了17.84%。通过对沼液回流运行期的微生物群落组成分析可以看出,细菌主要以Firmicutes和Bacteroidetes具有降解纤维类及大分子的水解酸化菌为主。古菌则以Methanothrix和Methanospirillum为绝对的优势产甲烷菌为主。该研究结果可为以牛粪为原料的大型沼气工程提高整体效率和能量输出提供基础参考数据。     

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。     

横推流式连续干法厌氧发酵设备设计与试验

我国干法厌氧发酵技术仍然处于试验示范阶段,尤其是连续式干法厌氧发酵技术仍停留在实验室小试阶段。针对上述问题,基于螺旋输送和真空负压出料原理,研究了横推流式连续厌氧干法发酵装置设计方法,并试制1套有效容积180 L的中试设备。该平台主要由螺旋进料、干法厌氧发酵、负压出料、气体净化收集、固液分离、在线控制等单元组成。在牛粪与玉米秸秆干物质混合质量比为3∶1、接种量30%、混合原料总固形物质量分数20%的条件下,分3个阶段启动和调试中试平台,整个调试过程共持续103 d。第1阶段,反应器在室温下运行33 d,平均容积产气率为0.17 m~3/(m~3·d);第2阶段,提升反应器温度至中温38℃,反应器平均容积产气率升至0.25 m~3/(m~3·d)左右,但pH值有明显降低,且沼气中甲烷含量降低;反应器运行68 d后进入第3阶段,通过添加沼液提高接种量,之后反应器的容积产气率快速升高,最高可达0.58 m~3/(m~3·d),此阶段中试装置平均容积产气率为0.48 m~3/(m~3·d),甲烷质量分数稳定在56%左右,混合原料的干物质降解率达到48%以上。结果表明,该横推流式连续厌氧干法发酵平台可实现固体物料的连续进出料和稳定连续产气,达到了设计要求。