水稻秸秆-猪粪混合发酵研究

[目的]对水稻秸秆与猪粪进行混合发酵研究。[方法]在不对秸秆进行预处理的情况下,在35℃恒温下进行发酵,研究稻秆-猪粪VS比、底物-接种物VS配比(S/I)和VS浓度对混合厌氧发酵产气量的影响。[结果]当稻秆-猪粪VS配比为1∶4、底物-接种物VS配比(S/I)为2∶1、VS浓度为6%,产沼气量及甲烷产量均达到最大,产气效率高,其累积产气量为548.90mL/g。[结论]在水稻秸秆不进行预处理的情况下,水稻秸秆-猪粪进行中温发酵工艺最佳发酵条件为VS比1∶4、S/I2∶1、VS浓度6%。     

不同黄贮预处理对水稻秸秆干法厌氧发酵特性的影响

针对长三角水源区高C/N水稻秸秆干法厌氧发酵产气效率低的问题,利用自制全自动不锈钢发酵罐装置,探索了不同黄贮预处理技术对厌氧发酵效率的影响,并从预处理前后物料结构变化与降解效果方面对秸秆产沼机理进行了初探。结果表明,在发酵物料C/N为50的条件下,8 mg·L~(-1)Ca(OH)_2的稀碱处理组和稀释20倍沼液的微生物处理组产气效果最佳,单位干物质产气量分别达407 L·kg~(-1)VS与397 L·kg~(-1)VS,总产气量分别是对照组的1.64倍和1.59倍,可以达到最佳C/N条件下的80%～115%,表明适宜的预处理方式可在一定程度上解决因氮源不足造成的产气效率低下问题。两种预处理方式均可使水稻秸秆表面蜡质层、颗粒物与丝状物分解,进而提高纤维素类物质降解效率。研究表明,稀碱预处理可缓冲发酵前期酸化对产气的抑制作用,沼液处理组可显著提高发酵初期沼气中的甲烷含量,但所需预处理时间相对较长,约为稀碱预处理的4倍,工程应用中可根据实际需求选择适合的预处理方式。     

低温玉米秸秆与猪粪、牛粪混合厌氧发酵的初步研究

采用自行设置的小型可控性恒温厌氧发酵装置,利用自主驯化的低温发酵菌群,分析在15℃条件下猪粪、牛粪与玉米秸秆混合发酵过程中的各项指标变化.结果表明,牛粪与玉米秸秆4个处理比猪粪与秸秆处理启动快,pH值在发酵过程中有个先降低后升高的过程,猪粪与秸秆混合发酵总产气量高于牛粪与秸秆混合发酵总产气量,猪粪与秸秆混合发酵总甲烷气体产气量高于牛粪与秸秆混合发酵总甲烷气体产气量.     

猪粪与紫茎泽兰混合发酵的产气效果研究

为了探究单一物料独自发酵和2种物料联合发酵产沼气的效果,在中温(37±1)℃,发酵质量分数为5%,接种物和原料的质量比为1∶3的条件下进行批量式发酵,发酵原料分别为猪粪、紫茎泽兰、猪粪和紫茎泽兰的混合物(质量比为1∶1),发酵时间共65 d。结果表明,猪粪单独发酵时VS产气量为521 mL·g~(-1),紫茎泽兰单独发酵时VS产气量为262 mL·g~(-1),猪粪和紫茎泽兰联合发酵时VS产气量为381 mL·g~(-1);混合发酵的产气效率较紫茎泽兰单一发酵提升了145%,说明在紫茎泽兰发酵体系中添加适当的猪粪有助于提升其厌氧发酵产沼气的效率。     

秸秆、牛粪与啤酒糟混合厌氧发酵特性的研究

以啤酒糟作为秸秆厌氧发酵的补充氮源,研究了玉米秸秆、牛粪与啤酒糟的混合厌氧发酵特性。选取m(啤酒糟):m(牛粪):m(玉米秸秆)=3∶3∶4,分别考察了总固体含量(TS)为9.3%,14%和27%时混合料液的发酵特性,测取了日产气量、p H值、甲烷含量等参数随发酵时间的变化情况。结果表明,当TS为27%时产气效果最好,产气量达到334 m L·g-1,平均甲烷含量达到51.3%,产气周期为36 d,p H值在发酵周期中先降低后升高,为甲烷正常发酵所需的p H值范围。     

响应面优化猪粪、牛粪与玉米秸秆混合发酵工艺

【目的】研究猪粪、牛粪与玉米秸秆混合原料厌氧发酵的最佳工艺条件。【方法】采用单因素试验考察了猪粪与牛粪的混合比例(质量比)、粪秆比(猪粪和牛粪总量与玉米秸秆干物质质量比)、总固体质量分数3个因素对厌氧发酵过程累积产气量的影响,并在此基础上通过Box-Behnken试验设计及响应面分析对厌氧发酵工艺进行优化。【结果】在单因素试验中,当猪粪与牛粪混合比例为1∶1,粪秆比为1.86∶1及总固体质量分数为11%时,累积产气量均较高。猪粪、牛粪与玉米秸秆混合厌氧发酵的最佳工艺条件为:猪粪与牛粪混合比例为1.06∶1、粪秆比为2.94∶1、总固体质量分数为10.68%。【结论】在猪粪、牛粪与玉米秸秆混合厌氧发酵的最佳工艺下,累积产气量可达17 170mL。     

温度对牛粪与番茄秸秆厌氧发酵产气的影响

以挥发性固体(VS)占物料干质量(TS)43.72%的鲜牛粪与VS/TS为86.61%的番茄秸秆为发酵原料,利用10 L厌氧发酵罐为反应器,设置25,30,35,40℃共4个反应温度,进行为期80 d的厌氧发酵试验,以探究不同温度对鲜牛粪与番茄秸秆混合干物质比为1∶1厌氧发酵产气特性的影响。结果表明,在该试验设置下,鲜牛粪与番茄秸秆适宜的发酵温度为35℃,其累积产气量为(148.09±2.95)L,产甲烷量为(91.52±1.03)L,TS产气量为(246.82±0.003)mL/g,均高于其他设置处理。该温度下,体系挥发性脂肪酸浓度及pH值均在正常范围内,发酵体系运行稳定。     

温度对粪便与玉米秸秆混合厌氧消化产生特性的影响

【目的】探索牲畜粪便和玉米秸秆混合发酵的产气量与发酵时间和发酵温度之间的关系,确定农村户用沼气原料和最佳发酵温度,为提高农作物秸秆资源化利用效率提供科学依据。【方法】采用自行研究设计的可控性恒温发酵装置,以猪粪、牛粪和玉米秸秆作为发酵原料,以常温厌氧发酵池的底物为接种物,在总固体TS质量分数为8%条件下进行批量试验,在25~40℃,每5℃设一个温度梯度,研究不同发酵温度对猪粪、牛粪与玉米秸秆按不同比例(质量比为1∶1,2∶1,3∶1)配比混合发酵的产气速率、产气量及发酵时间的影响,并用SAS软件对各因素进行多元回归分析,建立回归方程,得出各影响因子的最优值。【结果】在一定温度范围内(25~40℃),厌氧发酵产气速率峰值出现的时间和发酵周期均基本随着温度的升高而缩短,峰值和产气量均基本随着温度的升高而增加。从总累积产气量来看,猪粪与玉米秸秆配比发酵优于牛粪与玉米秸秆配比,猪粪、牛粪与玉米秸秆混合厌氧发酵的最佳温度是34℃左右,发酵时间为58 d左右。【结论】确定了沼气的最佳原料、发酵温度和时间,为农作物秸秆的资源化利用提供了参考。     

牛粪与蔬菜废弃物厌氧发酵产气工艺优化

为提高牛粪和蔬菜废弃物厌氧发酵速率及处理效率,对牛粪和番茄秸秆混合厌氧发酵的适宜混合比例、发酵浓度、进料量及进料频率等工艺参数进行了优化研究。结果表明,牛粪与番茄秸秆混合厌氧发酵适宜配混比例(干物质比)为4∶6或5∶5、发酵浓度为12%,适宜进料频率为每10 d进一次料、进料量175 g/(L·次)。牛粪与番茄秸秆混合厌氧发酵关键工艺参数的确立,对快速处理牛粪和番茄秸秆等农业废弃物、增强混合厌氧发酵系统稳定性、提升厌氧发酵效率具有重要意义。     

麦秸生物炭添加对猪粪中温厌氧发酵产气特性的影响

为探明不同热解温度生物炭添加对猪粪中温厌氧消化产气的影响,以400、500、600℃热解制成的麦秸生物炭(BC400、BC500、BC600)为研究对象,采用批次发酵试验,探讨了生物炭添加对猪粪中温(37±1)℃厌氧发酵产气特性的影响。研究结果表明:麦秸热解生物炭可显著(P0.05)提高猪粪发酵系统的产气潜力和甲烷含量,其影响从大到小依次为BC600BC500BC400。厌氧发酵49 d期间,添加生物炭处理的产气量和产甲烷量分别为260.7~288.7 m L·g~(-1)VS和163.7~185.5 m L·g~(-1)VS,较纯猪粪处理提高了77.1%~96.1%和78.1%~101.8%。同时,添加生物炭可明显提高猪粪厌氧发酵系统的消化效率(T90),缩短厌氧发酵的延滞期。不同热解温度麦秸生物炭对猪粪厌氧消化产气特征的影响明显不同,对畜禽养殖场沼气工程运行中的物料选择和条件优化有实际的指导意义。     

进料浓度对猪粪混合稻秆厌氧产甲烷特性的影响

为研究猪粪（Pig manure,PM）与稻秆（Rice straw,RS）的组配比例与进料的固形物（Total solid,TS）浓度对中温条件下厌氧产甲烷特性的影响,通过批次厌氧发酵试验摸清不同挥发性固体（Volatile solids,VS）配比（PM/RS=1：0、4：1、2：1、1：1、1：2、1：4、0：1）下的原料产甲烷规律,并选择VS配比（均以PM/RS计）为1：1、4：1的混合原料开展进料浓度（TS分别为4.6%、7.1%、9.6%、12.1%）梯度提升的连续厌氧发酵试验。结果表明：批次发酵试验中VS配比为4：1时产甲烷性能表现最好,产甲烷潜力（P值）、反应动力常数（k）、最大产甲烷速率（R_m）及甲烷产率达到峰值时间（t_max）分别为380.3 mL·g^-1 VS、0.098 d^-1、37.2 mL·g^-1 VS·d^-1、4.4 d。连续发酵试验中,在水力停留时间为30 d、VS配比为4：1时连续产甲烷性能更优,甲烷产率、产甲烷潜力转化率和容积产甲烷率分别达到354.8 mL·g^-1 VS、93.3%、0.88 L·L^-1·d^-1。但混合物料中猪粪比例越高,发酵系统的氨抑制风险也越高。在进料浓度达到12.1%条件下,VS配比为4：1时的游离氨浓度是VS配比为1：1时的1.47倍,达到223.2 mg·L^-1。研究表明,猪粪与稻秆混合原料VS配比为4：1（配比后的C/N=22~23：1）时,可提高发酵原料转化效率和容积产甲烷率;同时,进料TS浓度低于12.1%（有机负荷率为2.87 g VS·L^-1·d^-1）可降低厌氧发酵中的氨抑制,保证沼气工程稳定运行。     

沼液与有机肥配施条件下氮损失风险的研究

本研究旨在探索沼液、有机肥配施等氮量替代化肥的模式,期望能够在保持产量稳定的前提下,降低稻田氮素损失的风险。本试验以太湖水稻土为研究对象进行盆栽试验,设置了空白对照(CK)、常规化肥(NPK)、100%沼液、75%沼液+25%猪粪有机肥、50%沼液+50%猪粪有机肥和100%猪粪有机肥六个处理,采用密闭室间歇通气法研究了不同生育时期的稻田氨挥发特性,同期测定稻田田面水氮含量,以及全施肥期径流流失量。试验结果显示,在等施氮量条件下,常规化肥处理水稻产量达12 752.70 kg·hm~(-2),其农田氨挥发总量为76.99 kg·hm~(-2),径流氮损失量39.11 kg·hm~(-2);100%沼液施用处理和75%沼液+25%猪粪有机肥配施处理氨挥发量较高,分别为120.66、88.01 kg·hm~(-2);而50%沼液+50%猪粪有机肥配施处理氨挥发总量和径流氮流失量均低于常规化肥处理,分别为58.03、22.00 kg·hm~(-2),其产量与常规化肥处理相比无显著性差异;100%猪粪有机肥施用处理尽管氨挥发总量和径流氮流失量表现最低,但其产量低于50%沼液+50%猪粪有机肥配施处理。综合比较而言,50%沼液+50%猪粪有机肥配合施用处理在保持一定产量的基础上又能减少氨挥发及氮流失风险,是一种比较适宜的施肥模式。     

微生物预处理稻草秸秆产沼气试验研究

[目的]寻求一种高效经济的微生物预处理方法。[方法]利用实验室培养的黑曲霉、青霉和根霉对稻草秸秆进行前期预处理,分预处理5和10d2组,将预处理后的稻草进行厌氧沼气发酵,考察经菌处理后的稻草产气效果。[结果]预处理5d的稻草发酵产沼气的周期为56d,产气高峰出现在发酵的第16天。经青霉、黑曲霉和根霉复合菌预处理的稻草产气效果最好,其TS产气潜力为136.03ml/g,比对照组提高了64.22%,VS产气潜力为166.07ml/g,比对照组提高65.92%。从经菌预处理10d的稻草产气效果来看,对照组产气总量高于试验组。[结论]从TS、VS产气潜力及产气总量来看,菌预处理稻草5d的效果要高于菌预处理稻草10d的;从不同菌剂预处理效果来看,以黑曲霉、青霉和根霉复合菌剂预处理的效果最好。     

混合花卉秸秆厌氧发酵产甲烷特性及动力学研究

为研究混合花卉秸秆厌氧发酵产甲烷特性,选取玫瑰(Rosa rugosa),百合(Lilium lancifolium),满天星(Gypsophila paniculata),向日葵(Helianthus annuus)花卉秸秆混合物与驯化过的猪粪、牛粪混合物进行厌氧发酵试验。设置3种不同的总固体(Totalsolids,TS)浓度(3%、5%和7%)观察厌氧发酵产甲烷特性及系统稳定性。采用3种模型(修正的Gompertz、Cone和Logistic模型)进行厌氧发酵动力学分析。结果表明,TS浓度3%产甲烷量最高,累计产甲烷量258.07 mL·g^-1 VS。随TS浓度升高(3%～7%),延滞期时间相应延长(19～32 d)。挥发性脂肪酸含量(volatile fatty acids,VFAs)在3种TS浓度中均呈先升高后降低趋势。3种TS浓度化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)平均消解率为60.19%～68.53%。通过动力学分析表明,Cone模型相比修正的Gompertz与Logistic模型,具有较高的拟合优度(R²     

添加硒、钨元素对猪粪厌氧发酵的促进机制

为更精确地了解微量元素硒(Se)、钨(W)在厌氧发酵系统中的影响效应,提高发酵底物的生物产甲烷效率(BDA),以猪粪为发酵底物,添加微量元素Se、W,应用一级动力学模型和Gompertz模型拟合厌氧发酵过程。研究显示:适量添加微量元素Se、W对厌氧发酵产甲烷过程具有积极的促进作用,其中,M组(Se 0.8 mg·L~(-1)、W 1.8 mg·L~(-1))促进作用最为显著,累积产气量、平均甲烷体积分数和甲烷产率(以挥发性固体计)分别为177 001 mL、68.3%和398.3 mL·g~(-1),比CK组分别提高了10.2%、6.1%和21.4%。相关性分析表明:添加微量元素Se、W能够加快产甲烷菌对总挥发性脂肪酸(TVFAs)的利用率(对丙酸降解作用最为显著),促进产甲烷进程,TVFAs浓度与甲烷产率呈负相关,M组具有最低TVFAs累积量(809 mg·L~(-1))、最大产甲烷速率(31.0 mL·g~(-1)·d~(-1)),相比CK组水力停留时间(HRT)缩短了4 d、BDA提高了21.4%,厌氧发酵过程符合Gompertz模型(R~2=0.999 2)。     

MC1预处理对豆秸水解特性及产甲烷效率的影响

为提高大豆秸秆厌氧发酵产气性能,本文利用复合菌系MC1对灭菌秸秆(SS)及未灭菌秸秆(NSS)进行预处理,研究预处理时间对秸秆水解特性及产甲烷效率的影响。结果表明:MC1能有效降解大豆秸秆,SS经12 d预处理,其纤维素及木质素降解率分别为41.71%和29.92%,显著高于NSS(P0.05)。SS预处理体系中VFAs含量显著高于NSS(P0.05),且两者分别在预处理3 d及7 d浓度达到最高,分别为2.18 g·L~(-1)(SS)和1.52 g·L~(-1)(NSS),预示杂菌减缓了MC1对秸秆的降解速率。乙酸是预处理体系中最主要的VFAs产物,整个预处理期间SS和NSS水解液乙酸含量分别高于72.41%和56.23%。与未处理大豆秸秆相比,经过3 d预处理,SS和NSS预处理体系的甲烷累积产量分别提高了36.86%和34.27%,其最大产甲烷速率分别为21.69 mL·d-1·g-1VS和17.44mL·d-1·g-1VS,表明MC1预处理能有效提高大豆秸秆厌氧发酵性能。     

猪粪施用对成都平原稻季氨挥发特征的影响

采用通气法开展田间小区原位监测试验,分别设置对照、常规化肥、猪粪和化肥配施、单施猪粪等7个处理,探讨不同比例猪粪施用对稻田氨挥发特征及环境、效益的影响.结果表明,氨挥发通量在施肥后的第2 d达到峰值,然后迅速下降,氨挥发主要集中在施肥后的1周左右.在整个监测期间,氨挥发平均通量为2.87~5.89 kg·hm^-2·d-1,氨挥发累积量为43.72~87.38 kg·hm^-2,占氮肥施用量的24.27%~29.17%;猪粪和化肥配施处理较常规施肥处理能降低氨挥发累积量4.21%~16.74%,猪粪和化肥配施也有效降低了田面水铵态氮和硝态氮浓度,单施过量猪粪则促进了氨挥发;氨挥发通量与田面水铵态氮浓度呈明显线性正相关.猪粪和化肥配施处理较常规施肥处理稻谷增产196~779 kg·hm^-2,同时猪粪的施用也降低了稻田肥料投入成本,有效提高了农民纯收入.综合环境及经济效益,化肥+猪粪50%处理的猪粪投入量最佳,稻田猪粪消纳量为13 264.54 kg·hm^-2,生猪承载量为20.19头·hm^-2.     

畜禽粪便与秸秆混合发酵及贮藏阶段沼液中碳氮元素变化

为研究沼液从产生到贮藏期间碳氮元素的变化规律,将猪粪、鸡粪和秸秆混合,进行中温厌氧发酵,并在常温下以密闭静置、密闭搅拌、敞口静置、敞口搅拌等4种方式贮藏沼液,跟踪并分析了猪、鸡粪和秸秆混合发酵沼液在厌氧发酵及贮藏期间碳、氮元素的形态和含量变化。结果表明:厌氧发酵阶段,沼液中的总有机碳(TOC)和总氮(TN)浓度均有所增加,增加幅度在15.0%~36.1%之间,其中TOC在第18 d达到最高浓度(6467 mg·L~(-1)),TN在第23 d达到最高浓度(4181 mg·L~(-1))。贮藏阶段,沼液中的TOC、TN浓度均有所降低,TOC先下降后升高,总体降低幅度较小(2.9%~12.0%),降幅顺序为敞口静置敞口搅拌密闭静置密闭搅拌;TN先升高后降低,总体降低幅度较大(4.2%~56.2%),降幅顺序为密闭静置密闭搅拌敞口静置敞口搅拌。综上,厌氧发酵18~23 d的沼液碳氮元素含量最高,采用密闭静置方式并缩短贮藏时间可减少沼液贮藏过程氮元素的损失。     

牛粪与水稻秸秆混合厌氧发酵工艺优化及动力

为实现牛粪与水稻秸秆资源化利用,采用批式试验,分别研究了预处理剂种类（H2O2、H2SO4、NaOH）、预处理剂浓度（2%、4%、6%）及牛粪与水稻秸秆物料比 （1∶1、2∶1、4∶1）对牛粪与水稻秸秆混合厌氧发酵产气效果的影响。结果表明,采用2% H2O2预处理剂,物料配比控制在1∶1,系统平均原料产气率为3980 mL·g-1,发酵效果最佳。动力学研究发现,一级动力学模型与Modified Gompertz方程均可较为准确地对牛粪与水稻秸秆混合厌氧发酵产气过程进行动态模拟,其中,Modified Gompertz方程的模拟效果更优。