中高温条件下不同碳氮比对鸡粪原料厌氧发酵产气特性的影响

文章研究温度、C/N对鸡粪原料厌氧发酵产气特性的影响,为提高厌氧发酵产气效率提供依据。将鸡粪与玉米秸秆混合(C/N为20∶1)作为厌氧发酵原料,采用自行设计的可控性恒温厌氧发酵装置,分别在35℃,42℃,50℃这3个温度梯度下进行厌氧发酵,并和纯鸡粪进行对比试验,研究中高温条件下不同C/N原料发酵效果。结果表明,在35℃,42℃和50℃这3个不同温度下,无论是纯鸡粪原料还是鸡粪和玉米秸秆混合原料,温度越高,产气越多,产气潜力也越大,而且混合原料整体都比单鸡粪发酵产气潜力高。综合分析,鸡粪的最佳发酵条件:发酵温度为42℃,原料最佳C/N为20∶1。     

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。     

启动模式对水稻秸秆厌氧发酵稳定性及产气效率的影响

秸秆厌氧发酵是实现农业废弃物能源化利用，支撑农业固碳减排的重要途径。但是，秸秆的高负荷发酵通常会导致系统酸化，影响发酵稳定性。研究以驯化的厌氧污泥为接种物，在不同物料浓度(5%、7%和9%TS)下，研究了一步启动(OSS, one-step startup)和逐级提升启动(SIS, stepwise-increasing startup)两种模式对秸秆中温(35℃)厌氧发酵效率及稳定性的影响。结果表明，两种启动模式均可正常启动秸秆厌氧发酵过程，水解阶段OSS组趋向于丙酸型发酵，但SIS组可维持稳定的乙酸型发酵，丙酸和乙酸降解效率高，挥发性脂肪酸最高累积浓度仅为OSS组的18.4%～40.3%。56 d发酵过程中，所有实验组均稳定产甲烷；与OSS组相比，逐级提升启动对较低物料浓度(5%和7%TS)的产气率无显著影响，但9%TS实验组的TS产气率显著提升。高通量测序结果显示，Sphaerochaeta,Proteiniphilum和Bacteroidales是OSS组中的优势细菌，vadinBC27 wastewater-sludge group和Synergistaceae是SIS组的优...     

水力停留时间对牛粪两相厌氧发酵特性的影响

研究了不同水力停留时间(HRT)对两相厌氧发酵产酸和产气特性的影响,结果表明:产酸相的最佳水力停留时间为3 d,挥发酸总量最高为1 3701.67mg/L,乙酸和丁酸之和的百分含量在80%以上,属于丁酸型发酵类型;产甲烷相的最佳水力停留时间为6d;37d的累积产气量为926.51 L,甲烷百分含量达到73%左右;对于连续补料发酵,在产酸相和产甲烷相反应器有效容积相同的情况下,产酸罐和产甲烷罐的个数比为1:2。     

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。     

pH与曝气耦合调控厌氧发酵相分离技术研究

为验证pH调节与曝气处理对两相厌氧发酵相分离的影响,文章研究了以葡萄糖为底物,不同起始pH值(5.5,6.5,7.5)、不同间隔时间(8h,12h,16h)通入不同量的空气(3 L,5L,8 L),对厌氧发酵产甲烷的影响,并进一步研究了pH调节与曝气处理对秸秆两相厌氧发酵相分离的影响.结果表明:通过连续曝气处理可以降低反应器料液的pH、升高反应器料液的氧化还原电位,起始pH、曝气间隔时间及曝气量分别为6.0,8h和5L对厌氧发酵的产气量和产甲烷量的抑制有明显效果.将秸秆两相厌氧发酵系统中水解产酸相初始pH调到6.5以下,结合每天曝气3次(间隔8小时),每次曝气量≥1L空气·L-1反应器(等于或大于容器体积),不用产甲烷相沼液作水解相消化液补充回流条件下,可以有效地抑制甲烷产生,基本实现两相有效分离.     

不同有机固体废弃物水解产酸特性研究

在实验室条件下,考察了农村常见的3大类10种有机固体废弃物水解产酸特性及其作为秸秆两相厌氧发酵水解相混合原料的可行性,对原料水解过程中水解液的pH值,COD,挥发性脂肪酸(VFAs)组成及含量进行了分析.结果表明,不同原料水解产酸特性存在较大差异,但也有一定的共性,在实验用10种废弃物中,除白菜残体外,其他9种废弃物水解液中VFAs组成均为乙酸占绝对多数,白菜残体、鸡粪和包菜帮水解液中丙酸含量较高,西兰花秆和西瓜皮中异丁酸含量较高,其他原料水解液中丙酸、丁酸和戊酸含量均较低甚至未检出;在实验用10种原料中,厨余垃圾水解产酸的效果最好,水解液pH值最低达3.64,COD最高达65992 mg·L-1,且VFAs中以乙酸为主,不会对后续产甲烷产生抑制,最适合作为秸秆两相厌氧发酵水解相的混合原料.从各物料水解产酸特性看,这10种废弃物均可作为厌氧发酵产沼气的原料,但厨余垃圾、包菜帮和西兰花秆厌氧发酵产沼气时需提防酸抑制影响产气的问题.     

回流液的曝气处理对两相联合厌氧发酵过程的影响

在两相联合厌氧发酵产氢气-甲烷系统中,采用上清液回流可以避免产氢相中的酸积累现象,但容易导致菌种混合,影响有机质降解。针对该问题,论文将回流液经过曝气处理,研究曝气时间和曝气方式对发酵系统产气及有机质降解特性的影响规律。试验发现,曝气可以有效抑制产氢相中产甲烷菌活性、提高气体产量,经过间歇曝气10 min的处理组,产氢相气体产量最高,比对照组提高29.7%,同时发酵液的VFA浓度峰值也最高,但曝气对产甲烷相气体产量有消极作用。曝气处理对产氢相及产甲烷相的挥发性脂肪酸浓度变化趋势无明显影响。间歇曝气、曝气时间分别为7 min和10 min的试验中发酵系统总COD降解率最高,分别达到82.1%,78.7%,比空白组分别提高了30.1%,26.7%,但连续曝气工艺在提高产气量和COD去除率方面不如间歇曝气效果显著。     

打捆秸秆干湿联合发酵工艺技术研究

为充分利用厌氧干发酵工艺批次处理能力强并有效克服其物料发酵不彻底导致的产气效率低的难题,引入干湿联合厌氧发酵工艺。以水稻秸秆和新鲜猪粪为发酵原料,在35℃及发酵底物初始TS浓度为20%条件下进行厌氧干发酵,其中一组处理在实验第20 d时用纯净水将发酵底物TS浓度调节为9%改为湿发酵,两者对比结果表明:相比于干发酵,该干湿联合厌氧发酵工艺可有效提高稻秸纤维素和半纤维素的降解率,其中纤维素降解率可由20.5%提高到31.1%,半纤维素降解率可由48%提高到54.8%,虽对产气中甲烷含量影响不大,但试验周期内物料累积产气量可提高19%以上。     

牛粪与玉米秸秆混合原料干发酵试验初报

本实验设置50%玉米秸秆加50%牛粪的配比与纯牛粪两种原料进行沼气发酵,发酵TS浓度20%。结果表明,混合发酵原料所产沼气量明显高于纯牛粪产沼气量,并且持续时间长。恒温35℃发酵的产气量明显高于常温下发酵的产气量。     

响应面法优化猪粪和玉米秸秆混合厌氧发酵产沼气工艺

利用中心组合设计试验考察粪秸比、发酵温度和发酵底物浓度3个因素对猪粪和玉米秸秆混合厌氧发酵产沼气的影响,运用响应面法对其工艺参数进行优化.研究结果表明,根据试验数据建立的二次多项式数学模型具有高度显著性(P ＜0.0001),相关系数R2=0.9866,说明预测值和试验值之间具有很好的拟合度.通过对二次回归数学模型解逆矩阵得到粪秸混合厌氧发酵产沼气的最优化条件为:粪秸比(玉米秸秆干物质占发酵原料干物质的质量分数)为30％,发酵温度为35℃和发酵底物浓度为12.74％.在此条件下,粪秸混合厌氧发酵的沼气产率的预测值为291.8 mL·g-1TS,试验值为288.5 mL·g1TS,二者相对偏差为1.14％.因此,利用响应面分析法进行粪秸混合厌氧发酵产沼气工艺参数的优化是可行可靠的,可以较好地预测沼气产率.     

接种量对农牧业混合原料干发酵产气性能的影响

为了更高效、环境友好化地利用甘肃省玉米秸秆和甘蓝尾菜等生物质资源,文章研究接种量对混合原料干发酵过程产气性能与启动速度的影响。试验在中温(37℃±1℃)TS为20%条件下,不同数量接种污泥与牛粪玉米秸秆或牛粪甘蓝菜叶混合后的干发酵过程,监测了接种量分别为20%,30%,40%时pH值、氨氮含量、日产气量、甲烷含量、累计产气量和累计产甲烷量等参数变化。结果表明:当接种污泥与牛粪玉米秸秆混合时,接种量40%的混合原料干发酵累计产气量最高,为207.46 L,平均甲烷含量52.2%,日最高产气量为11.76 L,日平均容积产气率为1.09 L·L^-1;当接种污泥与牛粪甘蓝叶混合时,接种量为30%的混合原料干发酵累计产气量最高,为159.96 L,平均甲烷含量47.8%,日最高产气量为8.90 L,日平均容积产气率为0.84 L·L^-1;除20%接种量与牛粪玉米秸秆混合试验组第3天才开始产气外,其余干发酵均在第1天就开始产气;由于接种污泥的缓冲作用,所有厌氧干发酵过程中氨氮含量一直低于1500 mg·L^-1,没有发生厌氧反应被抑制的现象。混合原料恒温干发酵可以实现生物质资源更合理的应用。     

太阳能耦合两相厌氧发酵模拟过程中温度的优化

文章模拟太阳能耦合两相厌氧发酵实验,在降低外部供热的理念上降低最佳温度,实现节能的基础上又能达到高效产沼的目的。模拟太阳能给两相供热,先用密封瓶确定产酸相的最佳温度,再将之应用在两相的实验装置中,研究产甲烷相温度微量变化对产沼能力的影响情况。单独产酸相实验中,温度设定为20℃,25℃,30℃,35℃和40℃,溶解性COD浓度和VFA均随着温度升高而升高,但是35℃VFA浓度高于40℃,说明40℃在产酸阶段受到了抑制作用,在两相实验中推荐产酸相温度为35℃;两相实验产甲烷相温度设定为35℃,33℃和30℃,从产气效率、累计产气量和甲烷含量几个方面来说35℃明显优于其他两组,说明产甲烷相对温度要求敏感。     

秸秆预处理产沼气对比试验

进行了不加菌剂预处理秸秆(A组)、用复合菌剂B1预处理秸秆(B1组)、用复合菌剂B2预处理秸秆(B2组)、不加菌剂预处理秸秆与猪粪混合(C组)4种不同处理方式的秸秆产沼气对比试验,结果表明:用菌剂预处理过的秸秆试验组(B1组和B2组)和秸秆与猪粪混合发酵组(C组)的平均产气量均高于不加菌剂预处理的纯秸秆对照组(A组),分别提高了33.65%,38.32%,39.31%;用复合菌剂预处理过的秸秆产沼气启动时间比不加菌剂预处理的纯秸秆快4天;两组加菌剂预处理过的秸秆的沼气产气量和产甲烷量相差极小.     

搅拌频率对粪秸高含固率连续产甲烷反应器启动性能的影响

为实现粪秸清洁化、高效化厌氧产甲烷,试验在自制的纤维质物料高含固率连续产甲烷反应器中,以油菜秸秆和牛粪为原料,在中温条件(37℃±1℃)下研究了2个搅拌频率(8 r·min~(-1)和35 r·min~(-1))对该反应器启动阶段产甲烷效率的影响。结果表明,在仅添加牛粪和出料回填的条件下,低频率搅拌反应器(R1)和高频率搅拌反应器(R2)均能在5 d后稳定产气,产甲烷效率没有显著差异。在牛粪和秸秆混合进料、含固率分别为10%和15%的条件下,低搅拌频率会提高反应器甲烷产率,且会使物料在反应器内产生更加明显的空间异质性,反应器上部VFAs浓度显著高于下部。当TS=10%,进料VS为0.46 kg·d~(-1)时,R1的平均比甲烷产率和容积甲烷产分别为123.54 L·kg~(-1)VS_(added)和1.13 L·d~(-1),比R2高11.08%和10.78%;当TS=15%,进料VS为0.69 kg·d~(-1)时,R1的平均特殊甲烷产率和容积甲烷产率分别为94.84 L·kg~(-1)VS_(added)和1.31 L·d~(-1),比R2高11.68%和11.82%。上述研究结果为该反应器利用粪秸在高含固率条件下实现快速启动和高效产甲烷提供了理论依据和工艺参数。     

稻秸好氧厌氧两相发酵工艺与产气特性研究

木质纤维素水解困难是制约秸秆沼气生产效率提高的主要因素,针对秸秆的木质纤维素难降解问题,提出湿法好氧厌氧两相发酵工艺。在中温37℃的条件下,水解产酸发酵容器不密封,采用搅拌供气、不供气的好氧水解方式,进行两相发酵实验。结果表明,好氧厌氧两相发酵工艺能够显著破坏稻秸的木质素结构,提高木质素降解率,其搅拌供气组的木质素降解率可达4.57%,而单相厌氧发酵结束时的木质素降解率仅为0.13%,两相发酵工艺的TS产气率可达到411.19 m L/g,较单相厌氧发酵高30%左右。表明好氧厌氧两相发酵工艺可有效降解木质素并提高产气率。     

混合原料厌氧发酵条件优化实验研究

文章以餐厨垃圾、牛粪和园林废弃物为发酵原料进行发酵,研究原料配比、接种比和温度单因素条件对混合原料厌氧发酵产甲烷的影响;利用正交实验,研究以上因素对混合原料发酵产气特性及甲烷产量的影响,实验以挥发性脂肪酸、氨氮浓度和辅酶F420为指标;借助SPSS软件对部分正交实验数据进行回归分析评价以测试验值并预测在发酵过程中未测量天数的值。结论如下:正交实验结果分析显示影响因子主次顺序为:混合原料TS之比预处理氨水浓度(%)温度(℃)接种率(%)。混合原料厌氧发酵产沼气最优化条件组合是:混合原料(T餐厨垃圾∶T牛粪=2∶1)和园林垃圾TS之比3∶1+预处理氨水浓度2%+温度45℃+接种率20%。对实验组Z4和Z5沼气日产气量回归分析显示,三次函数的R2统计量值分别为0.933和0.916,回归性较好,并且通过回归方程y1和y2可以预测未检测的实验值。     

干湿耦合厌氧发酵工艺设计与发酵特性试验

针对目前大中型沼气工程存在原料单一及沼液沼渣处理难的问题,提出了干法发酵与湿法发酵相结合的干湿耦合厌氧发酵工艺,即畜禽粪便采用湿发酵,将湿法发酵产生的沼液沼渣与秸秆混合进行干法发酵.并研究了干湿耦合比例——沼液沼渣与秸秆比例(BRSR)及干法发酵渗滤液回流对发酵特性的影响,结果表明,随着湿干比例的增加启动时间缩短、产气量增加;干法发酵的渗滤液总固体质量分数为1％以下,达到了固液分离的效果,有利于循环利用和喷淋,解决了湿法厌氧发酵沼液沼渣处理难的问题,实现了沼液的循环利用.     

尾菜与小麦秸秆两级联合厌氧发酵工艺的研究

文章对尾菜和小麦秸秆两级联合厌氧发酵工艺进行了研究,结果表明,第1级尾菜发酵后的沼液用作第2级发酵的接种物,对小麦秸秆进行喷淋和浸泡,有效地提高了产气率,缩短了产气周期。试验结果显示,在中温(35℃)发酵条件下,尾菜厌氧发酵最大负荷为3.2 kg·m^-3d^-1TS,容积产气率为2.72 m^3·m^-3d^-1;小麦秸秆厌氧干发酵启动时间加快至1～2 d,发酵周期缩短至40 d,小麦秸秆和尾菜沼液混合原料TS产气率达到334.26 mL·g^-1。     

储藏方式对玉米秸秆厌氧发酵产沼气的影响北大核心

要实现农作物秸秆厌氧发酵产沼气的规模化、可持续利用,就需要考虑秸秆的储藏问题。试验比较了新鲜、堆沤、冷藏和风干不同储藏处理的玉米秸秆厌氧发酵产沼气效果。结果表明,四组样品中,堆沤处理的产气效果最好,TS产气率和甲烷产率比鲜样分别提高了22.02%和25.33%,风干样产气效果和鲜样基本一致,冷藏处理的产气效果最差,TS产气量和产甲烷量比鲜样下降了22.37%和26.60%。说明玉米秸秆的储藏方式会对厌氧发酵产沼气的效果产生影响。