工艺措施对猪粪秸秆混合厌氧干发酵产气性能的影响

为避免挥发性脂肪酸积累、提高产气效率,研究猪粪单独发酵、猪粪秸秆混合发酵、猪粪秸秆混合原料分层接种和猪粪秸秆混合原料渗滤液回流等工艺措施下,中温(37℃)厌氧干发酵(总固体含量为20%)的产酸及产气性能。结果表明:猪粪秸秆混合原料分层接种厌氧发酵启动快,产气效果最佳,累积挥发性固体含量VS产甲烷量可达139.2mL/g;混合发酵渗滤液回流可有效降低总挥发性脂肪酸(total volatile fatty acids,TVFAs)质量浓度(维持在0.66 mg/g),累积VS产甲烷量比分层接种低16.7%;猪粪秸秆混合发酵与猪粪单独发酵的反应器中TVFAs质量浓度分别达到19.08和19.83 mg/g,前15 d日产甲烷量为0.1 mL/(g·d),基本不产气。通过不同工艺措施对比,获得产气量最高和启动期最快的发酵方式,提高猪粪厌氧干发酵产气效率,为猪粪等高固体含量有机废弃物的资源化处理利用提供参考。     

分离式两相厌氧发酵渗滤液回流对发酵过程影响

为研究分离式两相厌氧发酵工艺中渗滤液回流对其发酵过程的影响,在试验室对分离式两相工艺流程进行模拟,实现两相间渗滤液相互回流。比较分析渗滤液在喷淋和浸泡两种回流方式下的产气性能,重点分析两种回流方式下渗滤液pH值、挥发性脂肪酸总量及成分的变化以及其与产气量之间的关系,并计算出两种回流方式下的单位物料TS产气量,试验结果表明：分离式两相厌氧发酵工艺中,系统在渗滤液浸泡回流方式下稳定性更好,产气性能更佳,累计产气量是喷淋回流方式的2倍,其物料单位质量TS产气量可达217.88 mL/g。     

牛粪单级干发酵产气中试研究

在中温37℃条件下,以牛粪为研究对象,采用连续式单级干发酵技术对其进行180d产气中试试验研究,结果表明：（1）根据产气速率、TS、pH值及氨氮浓度变化在时间上可划分为启动阶段、稳定阶段、抑制阶段和恢复阶段,各阶段产气速率、pH值及氨氮浓度存在明显差异;（2）在启动阶段系统pH降至5.5左右,酸化现象明显,采用NaOH溶液调节每日回流渗滤液的方法解决酸化问题;（3）在稳定阶段系统平均产气速率为55.37L·d-1,牛粪产气潜能（以VS计）为79.9L·kg-1,HRT为40～20d,系统未出现酸化现象;（4）中试运行至第90d后出现严重的氨氮抑制现象,此时氨氮浓度达2500mg·L-1以上,产气速率下降至23.1L·d-1,只有高峰期的40.2%,采用稀释回流液的方法,30d后氨氮浓度降低至1689mg·L-1,产气速率为45.5L·d-1。     

秸秆批式和半连续式发酵物料浓度对沼气产率的影响

为比较秸秆批式发酵和半连续发酵工艺的产沼气效果,以水稻秸秆为单一发酵底物,开展了室内中温批式发酵和半连续发酵对比试验,以容积产气率和原料产气率为特征指标,研究不同料液浓度对秸秆批式和半连续发酵产沼气的影响,以期获得秸秆沼气工程适宜的运行参数。结果表明,批式发酵容积产气率随着TS浓度的增加而增加,但增幅逐渐减少;与静态批式发酵相比,间歇搅拌有助于提高批式发酵容积产气率,特别对高TS浓度处理容积产气率的提升效果更加明显;而半连续进料条件下更有利于高TS浓度处理容积产气率的提高,但各处理原料产气率均随着固物滞留时间(solid retention time,SRT)缩短而逐渐降低。综合考虑产气情况及工程应用实际,建议秸秆批式发酵底物质量分数不超过8%,而半连续发酵TS质量分数8%时SRT设计为20 d(容积产气率1.00 m3/(m3·d)),若发酵TS质量分数6%时,SRT设计为15 d,容积产气率0.75 m3/(m3·d),该运行参数为秸秆沼气工程发展提供了理论依据。     

底物浓度和接种率对稻秸沼气启动的影响

采用室内模拟方法,在35℃恒温条件下,研究底物浓度和接种率对稻秸沼气发酵启动的影响。结果表明,纯稻秸厌氧发酵时必须加大接种量。与TS为12%和20%的处理相比,TS浓度为16%产气速度为最佳,其产气启动快,发酵第7d即达产气高峰,且甲烷含量达50%的时间分别提前了4d（TS12%）和1d（TS20%）,前20d的平均容积产气率达0.63L·L^-1·d^-1,分别提高42.30%（TS20%）和69.01%（TS12%）。总之,纯稻秸发酵时以TS为16%的启动效果最佳,试验中的接种比例为稻秸TS量的3倍（TS比）。     

光合细菌协同产气肠杆菌联合发酵制氢试验

暗-光联合生物制氢是提高底物利用率和产氢潜力的有益探索。该文以玉米秸秆酶解液为产氢底物,采用光合细菌(HAU-M1)与产气肠杆菌(AS1.489)混合培养工艺,进行了同步糖化暗-光联合生物制氢试验研究。以累积产氢量为主要指标,利用单因素试验考察了底物质量浓度、初始pH值、光照强度、发酵温度对HAU-M1与产气肠杆菌混合培养条件下联合产氢的影响,并在单因素试验的基础上通过正交试验对产氢工艺参数进行了优化。结果表明:各工艺参数对HAU-M1与产气肠杆菌联合产氢影响的主次顺序为:发酵温度初始pH值底物质量浓度光照强度。发酵温度和初始pH值是影响HAU-M1与产气肠杆菌联合产氢的显著因素。HAU-M1与产气肠杆菌混合培养联合产氢的较佳工艺条件为:底物质量浓度35 g/L、初始pH值6.5、光照强度3 500 1x、发酵温度30℃,在此条件下,72 h的累积产氢量达到332.6 mL,单位产氢量为47.5 mL/g。该试验研究可为基于秸秆类生物质的暗-光细菌混合培养联合产氢的进一步研究提供参考。     

设施园艺废弃物厌氧消化产沼气特性

为获得典型设施园艺废弃物的产沼气特性,该文分析了5种不同设施园艺废弃物—黄瓜蔓、西红柿茎叶、小白菜、西瓜蔓和青草的物料特性,并在中温条件下研究了5种原料的厌氧发酵产气特性;在38℃条件下,以西瓜蔓为例进行了分离式两相厌氧消化工艺(separated two phase anaerobic digestion,STP)回流方式比较试验,比较分析了西瓜蔓在渗滤液喷淋和浸泡2种回流方式下的产气性能,研究了不同回流方式下的渗滤液pH值、沼气产量、甲烷含量的变化,为设施园艺废弃物的资源化利用提供了有益的参考。试验结果表明:5种设施园艺废弃物的产气潜力由大到小依次为西瓜蔓、小白菜、黄瓜蔓、西红柿茎叶和青草,其中西瓜蔓的单位干物质产气量达到508.85 mL/g(干物质total solid,TS);设施园艺废弃物对分离式两相厌氧消化工艺(STP)具有良好的适应性,渗滤液喷淋回流方式要优于浸泡回流方式,其产气量和甲烷含量更高,其中累计产气量达到506.39 L,比浸泡回流方式高出10.81%,甲烷体积分数基本稳定在53%~56%,系统稳定性更好,研究结果为设施园艺废弃物的处理与利用提供参考。     

人粪与不同原料配比对厌氧发酵产气影响

为提高人畜粪便和农作物秸秆资源化有效利用提供科学依据,研究了人粪与各种不同原料混合发酵的产气效率。试验通过自行研究设计的可控性恒温发酵装置,以人粪、牛粪、鸡粪和玉米秆为消化原料,以常温厌氧发酵池的底物为接种物,在总固TS质量分数为8%条件下,进行批量厌氧消化试验,研究人粪分别与牛粪、鸡粪和玉米秆按不同比例（干物质质量比为1∶1、2∶1、3∶1）混合发酵的产气速率、累积产气量的变化。结果表明,在25℃恒温条件下,人粪与3种原料的混合发酵,均能正常产气,均能在厌氧发酵开始后的5～14d达最大产气速率,在30d左右各自的累积产气量均能达到总产气量的87%～92%,其中人粪与牛粪的混合产气效率最好,各组物料的3种配比的平均累积产气量分别为26713、21281和21227mL,各组物料的最优配比的最高产气速率分别为1500、1260和1100mL·d^-1。在25℃下,人粪与牛粪混合发酵的最优配比为3∶1,人粪与鸡粪的为1∶1以及人粪与玉米秆的为3∶1,为人粪与不同原料配比的混合厌氧发酵提供了参考依据。     

牛粪固液分离液两相厌氧发酵技术

与单相沼气发酵相比,两相厌氧发酵具有有机负荷大、发酵稳定性高、水力停留时间短、产气效率高的特点,为了提高牛粪厌氧发酵效率,该文在中温（35±2）℃条件下对牛粪加水固液分离后分离液进行两相厌氧发酵试验研究,在发酵液体积为5L,总固体质量分数为6.60%,产酸相水力停留时间为3 d,产甲烷相水力停留时间为7 d,后发酵1 d的条件下,化学需氧量去除率达到52.81%,底物（以挥发性固体计）的产气率达到181.45 L/kg,研究结果为提高牛粪资源化利用效果提供了一定的参考价值。     

秸秆高固厌氧发酵回流液剖面渗滤特性

探明秸秆高固厌氧发酵回流液剖面渗滤特征,对提高秸秆高固厌氧发酵产气效率十分重要.该研究以搓揉麦秸为底物,在(37±1)℃、TS为14%的发酵条件下,通过隔板将发酵罐中物料均分成3层(T1)、2层(T2)与不分层(T3)3个处理,以氯化锂为示踪剂,分析了剖面上物料残留锂离子、物料胞外多聚物(extracellular polymeric substances,EPS)含量、各处理产气以及发酵前后物料湿容重的变化.结果表明:各处理总产气量、累积总固体产气量与甲烷含量差异不显著;不同处理纵剖面各层物料湿容重,呈现上低下高的趋势,其中T3处理物料湿容重随高度的降低先增加后基本稳定,稳定在0.6 g/cm3左右,大于初始发酵物料湿容重0.58 g/cm3;T1、T2、T3剖面残留锂离子质量分数低于2 mg/kg的区域面积占比为2.32%、12.69%、20.66%,表明3个处理回流液淋滤存在着"回流液死区",EPS等值线图与物料残留锂离子等值线图相互印证,表明秸秆高固厌氧发酵中,回流液的淋滤在剖面上表现出非均态性特性.该研究为改善秸秆高固厌氧发酵回流液回流技术提供了科学依据.     

Ca(OH)2 预处理对水稻秸秆沼气产量的影响（英）

生物质材料经碱预处理后的发酵效率和甲烷产气量明显增加。为了提高预处理技术的经济效益及简化其工艺流程,利用自行设计的可控性恒温发酵装置,以秸秆为发酵原料,研究发酵沼液以及Ca(OH)2预处理对于水稻秸秆厌氧发酵产气量的影响。结果表明,与对照相比,沼液和Ca(OH)2预处理后的水稻秸秆木质素、半纤维素和纤维素含量显著降低,产气量明显提高。其中,Ca(OH)2预处理的产气量高于沼液预处理,8%浓度的Ca(OH)2下的秸秆产气量最高,为14374mL,比对照增加100.91%。该研究认为采用Ca(OH)2预处理水稻秸秆不仅简洁方便,成本低廉,而且具有较高的沼气产量,因此,可作为提高户用沼气产气效率的方法。     

NaOH预处理对水稻秸秆沼气发酵的影响

以水稻秸秆为原料,在试验室自行设计的小型沼气发酵装置上进行了厌氧发酵试验,研究不同质量百分数NaOH预处理对水稻秸秆沼气发酵的影响。结果表明,经过NaOH预处理后,水稻秸秆组分被破坏,其中半纤维素降解十分明显;产气量较对照组有明显增加,发酵时间有所缩短。其中NaOH质量百分数为6%的处理组产气率最高,为246.6 mL/g（干物质）,且甲烷体积分数最高达50%。综合来看,以NaOH质量百分数为6%的预处理效果最为理想。     

华南地区稻秸常温干式厌氧发酵试验研究

该文将经过预处理后的稻秸，进行厌氧干式发酵，研究了稻秸发酵过程中的生物气产量、pH值、乙酸及甲烷含量的变化。结果表明，稻秸经过调节C/N和白腐菌预处理后，C/N从37.18降低到28.01，前45d的累积产气量约占总产气量的80.4%；发酵原料总固体产气率为0.457 m³/kg，与常规湿式厌氧发酵相比，不仅提高了池容效率，而且缩短了发酵周期，同时提高了单位原料产气率。发酵液的pH值稳定在6.8～7.5；当发酵前期甲烷含量长期处在较低水平时，可以通过再接种的方法提高甲烷含量。实验结果表明厌氧干发酵产沼气是一种技术上可行的农业废弃物资源化方式，该实验结果为稻秸的大规模生物气化提供重要的工艺设计依据。     

稻草与猪粪混合厌氧消化特性研究

在中温条件下（35℃）,研究了稻草中添加猪粪对厌氧消化过程的影响,分析了消化过程中日产气量、累积产气量、甲烷含量、pH、挥发性脂肪酸以及硝态氮和氨态氮的变化。结果表明,将猪粪与稻草混合厌氧消化产沼气可以顺利进行,混合物的Vs产气量为330．14L·kg^-1 VS,沼气中甲烷含量为62．88％,添加猪粪对稻草产气量和有机酸的影响不明显,但对发酵过程中可能出现的酸积累有一定的缓冲作用。添加猪粪可以大幅提高发酵液中NO3-N含量,较稻草的处理提高34．53％,对提高消化液的肥料价值有重要意义。因此,将稻草与猪粪混合厌氧消化产沼气是完全可行的。     

基于改进秸秆床发酵系统的厌氧发酵产沼气特性

为同时解决农业秸秆和分散式畜禽养殖废水的资源化问题,以打捆秸秆为固定相,以猪粪废水为流动相,构筑秸秆床厌氧反应器,并在反应器后部连接废水二级厌氧反应器,研究秸秆床发酵系统的产气特性及可行性。结果表明:秸秆床发酵系统可同时处理打捆秸秆和猪粪废水,且不影响各发酵原料的厌氧生物转化率,秸秆床发酵系统中秸秆干物质产气量为394.96 mL/g,略高于秸秆单独发酵(382.11 mL/g);秸秆床发酵系统产气稳定性大幅提高,避免了单一发酵原料日产气量波动较大的问题,对产气中平均甲烷体积分数影响明显,秸秆床发酵系统、纯猪粪废水和纯秸秆发酵产气中平均甲烷体积分数分别为57.40%、60.37%和47.32%;与各物料单独发酵相比,秸秆床发酵系统平均容积产气率大幅提高,纯秸秆和猪粪废水单独发酵容积产气率仅为秸秆床发酵系统的69.42%和66.94%;试验35 d后,秸秆机械强度和孔隙度明显降低,秸秆互相粘结导气性下降,造成秸秆上浮严重及进水短流,反应器出水化学需氧量浓度快速增加并稳定在较高浓度,故在秸秆床反应器后部必须连接废水二级厌氧反应器以进一步处理秸秆床反应器出水。综合以上结果,采用秸秆床发酵系统同时处理打捆秸秆和猪粪废水是可行的,但需解决发酵后期秸秆上浮、导向性下降和进水短流等问题。     

温度对畜禽粪便稻草混合干式厌氧发酵的影响

通过在畜禽粪便中添加稻草进行混合干式发酵来产生沼气,在发酵原料C/N=28.3、TS=21.3的条件下,研究了常温、中温（36℃）和高温（55℃）条件对畜禽粪便稻草混合干式厌氧发酵产沼气性能的影响。结果表明,常温组启动慢,日产气量少,不宜进行干式发酵;中、高温条件下干式发酵具有较好的产气效果,中温是较为合适的发酵温度。中温组和高温组的有机负荷率分别为1.69kg·m^3·3d^-1和1.89kg·m^3·3d^-1,TS产气率分别为0.237m^3·kg^-1和0.208m^3·kg^-1,池容产气率分别为0.401m^3·m^-3·d^-1和0.393m3·m^-3·d^-1,实验研究结果对干式发酵的实际应用具有一定的指导意义。     

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。     

生物质成型燃料热解半焦产率及理化特性

序批式厌氧干发酵技术在规模化处理农业废弃物方面具备优势,通过工艺调控优化使产气效率得到明显改善,但对其物质转化特性的综合研究尚待深入。该文在发酵温度和秸秆粒径交互因素下,对不同干发酵环境理化特性及微生物群落进行比较,探寻提高物质转化效率机制、物料形态及渗滤液流动特性。结果表明,高温和细粒径条件显著改善生物转化效率,通过加速有机酸转化,使物料降解率和沼气产量提升了22.61%和56.17%。发酵10 d,细粒径物料结构-渗滤液流动规律基本稳定,形成渗滤液由反应器中区向外区流动趋势,并与Clostridiales、Bacillales、Methanosarcina、Methanoculleus丰度呈正相关（P＜0.05）,形成最佳转化状态。该研究可为评价和改善不同序批式厌氧干发酵体系运行效率提供理论依据。     

序批式秸秆牛粪混合厌氧干发酵过程物料理化及渗滤特性

序批式厌氧干发酵技术在规模化处理农业废弃物方面具备优势,通过工艺调控优化使产气效率得到明显改善,但对其物质转化特性的综合研究尚待深入。该文在发酵温度和秸秆粒径交互因素下,对不同干发酵环境理化特性及微生物群落进行比较,探寻提高物质转化效率机制、物料形态及渗滤液流动特性。结果表明,高温和细粒径条件显著改善生物转化效率,通过加速有机酸转化,使物料降解率和沼气产量提升了22.61%和56.17%。发酵10 d,细粒径物料结构-渗滤液流动规律基本稳定,形成渗滤液由反应器中区向外区流动趋势,并与Clostridiales、Bacillales、Methanosarcina、Methanoculleus丰度呈正相关（P＜0.05）,形成最佳转化状态。该研究可为评价和改善不同序批式厌氧干发酵体系运行效率提供理论依据。