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。     

汽爆预处理青玉米秸秆厌氧发酵特性

为了研究青玉米秸秆未汽爆和汽爆预处理后厌氧发酵产沼气特性,该文采用汽爆压力为2.5MPa,保压时间为90s,加入质量分数为30%的沼液,未气爆青玉米秸秆的TS(总固体物)质量分数为6%,汽爆预处理青玉米秸秆厌氧发酵的TS质量分数分别为1%、2%、3%、4%、6%、8%、10%和15%,考察了厌氧发酵过程中pH值和产气量随时间和TS质量分数的变化。结果表明:未汽爆秸秆在TS质量分数为6%时能够顺利厌氧发酵,但汽爆秸秆厌氧发酵液极易酸化,且无法调节,适宜的TS质量分数最大为4%;未汽爆秸秆挥发性固体产气率为214.6mL/g,汽爆秸秆在TS质量分数为3%时产气率最大,为334.8mL/g,比未处理秸秆提高了56%;未汽爆秸秆的产气速率为3.3mL/(g·d),汽爆秸秆产气速率随TS质量分数增大而减小,在TS质量分数为1%时最大,为14.8mL/(g·d)。青玉米秸秆经汽爆预处理后其厌氧发酵产沼气的产气率和产气速率大大提高,可以节约发酵时间,缩短发酵周期,有利于秸秆能源化利用的工业化生产。     

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。     

食品废物两相高温半干法厌氧发酵生产沼气初步研究

为了提高两相厌氧发酵工艺的生产性能,该文研究了一种新的两相半干法厌氧发酵沼气生产系统,即在水解相中批式发酵,每次从工作容积为4 L的产烷相中取500 mL接种液,与食品废物混合后发酵1～2 d,再全部输入产烷相继续生产沼气,如此循环.实验运行温度为50℃,食品废物总固体TS和挥发性固体VS分别为19.3%和16.1%,产烷相先在4gVS·d-1的进料率下单相运行至稳定,稳定期日产气量为(4.09±0.03)L(甲烷占69.0%),pH为7.50±0.02,TS和VS分别为(1.05±0.02)%和(0.64±0.02)%.稳定的产烷相与水解相联合后,水解相在60～700 g的进料量下都能正常产气,但氢气含量较低.产烷相在进料量600g时产气量最高,为29.1 L/d,随后受到抑制,受抑制前的甲烷含量为72.4%～74.0%,TS和VS含量也在该进料量后达到最高峰,分别为3.50%和2.32%.研究结果表明新的两相半干法厌氧发酵沼气生产系统有效提高了生产性能,在今后的研究中,需要降低从产烷相输入水解相的接种液量,以更好抑制水解相产烷微生物,提高产氢性能,还可使产烷相更加稳定,承受更高的进料量.     

不同预处理和发酵条件对浒苔沼气产率的影响

为了有效利用绿潮海藻资源,该文开展了浒苔厌氧发酵产沼气潜力及其特性的试验研究。探讨了浒苔不同预处理、发酵温度和料液浓度对产气量和所产沼气的甲烷体积分数的影响。结果表明,粉碎粒度对浒苔厌氧发酵沼气产率有一定影响,相同条件(发酵温度为35℃和料液总固体(TS)质量分数为3%)下,粗粒(1.50mm)比细粒(0.15mm)的单位质量挥发性固体(VS)产气率高,分别为327.1和458.5mL/g;发酵温度对浒苔厌氧发酵产沼气产率的影响是,随着温度的提高沼气产率先增加而后降低,当粉碎粒度为1.5mm的浒苔在发酵料液TS质量分数为3%条件下,分别在25℃、35℃和55℃温度下发酵时,35℃的料液单位质量VS产气率比25℃和45℃分别高31.3%和7.5%;随着料液TS质量分数的提高,沼气产率先增加而后降低,利用粒度为1.50mm的浒苔制备TS质量分数分别为3%、6%和10%的料液在35℃温度发酵时,TS质量分数为6%的料液产气率最高,达到465.2mL/g,所产沼气的甲烷体积分数比3%的料液高5.3%,且与10%的料液相当。因此在浒苔粉碎粒度为1.50mm,料液TS质量分数为6%以及温度为35℃的发酵条件下,对提高浒苔产气量、甲烷体积分数和发酵系统稳定性比较有利。该研究可为浒苔厌氧发酵产沼气技术和设备研发以及其他大型海藻产沼气技术的研究提供参考。     

利用马铃薯薯渣生产车用燃气的实验研究与工艺设计

以马铃薯薯渣为原料,进行厌氧发酵实验研究,探讨其产甲烷的潜力,并进行生产车用燃气的工艺研究。结果表明,马铃薯薯渣是一种良好的发酵原料,其中TS 17%,VS/TS为95%,每吨VS产沼气421 m3,每吨鲜料产气68 m3。     

温度对麦秸混合物料厌氧干发酵中糖类水解酶活性的影响

水解酶活性直接影响到秸秆厌氧干发酵的沼气产量。本文以麦秸为主要原料, 配制干物质含量(TS)35%的混合发酵物料, 设置20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃ 5种不同温度条件, 发酵周期为35 d, 测定发酵过程中料液的纤维素酶、木聚糖酶、淀粉酶和蔗糖酶的活性变化。结果表明, 沼气产气高峰在35 ℃左右, 20~40 ℃时, 随着温度的升高, 发酵后料液的料液干物质含量(TS)、可挥发固体含量(VS)、C/N均明显下降, 发酵产沼气后, 各处理发酵液 pH都降到7.0以下, 其中40 ℃的pH降低幅度最大。纤维素酶活性在发酵初期较低, 峰值出现也较晚, 温度升高明显有利于提高纤维素酶活性。木聚糖酶的起始活性较高, 整个发酵过程中呈先升高后降低并渐趋于平缓的变化趋势, 20~25 ℃处理的木聚糖酶活性在整个发酵过程中没有明显峰值。淀粉酶的起始活性较低, 但随后迅速升高, 30~40 ℃处理在10 d左右达到峰值后开始下降, 此后酶活力的变化幅度较前期平稳。蔗糖酶的起始酶活力较低, 随后升高迅速, 温度在30 ℃以上时酶活性增加更快, 35 ℃时15 d达到峰值后迅速下降, 下降速度明显大于30 ℃和40 ℃处理。由此可见, 温度对秸秆厌氧干发酵过程中不同水解酶活性的影响还是有所差异的。     

温度及总固体浓度对粪秆混合发酵产气特性的影响

为探索温度、发酵料液总固体浓度和产气量之间的关系,确定最佳发酵温度以及进料量,通过自行研究设计的可控性恒温发酵装置,以5℃为梯度在20～40℃温度范围内,设置以4%为梯度,质量分数为4%～20%的5个总固体浓度,以鸡粪和玉米秆2∶1（干物质量比）混合物为发酵原料,以常温厌氧发酵池的底物为接种物,进行批量厌氧消化试验,研究不同总固体浓度的发酵原料在不同温度下的厌氧发酵效果。结果显示,各总固体浓度发酵料液的产气速率均随着发酵温度的升高而加快;随总固体浓度增大,发酵料液产沼气的最适温度范围也随之扩大;各总固体浓度发酵料液的干物质产气率在5个温度的平均值依次为料液总固体质量分数8%＞20%＞16%＞12%＞4%;鸡粪和玉米秆2∶1混合原料厌氧发酵的理论最优总固体质量分数及发酵温度值分别为14.6%,32.8℃。可以看出,发酵料液浓度并不是越高越好,不同的温度有其最适的浓度或浓度范围。     

产乙酸复合菌系Th3培养及其在沼气厌氧发酵中的应用

为有效提高厌氧发酵过程中乙酸转化率和甲烷产量,将CD-2(Clostridium sordellii)、ZY-3(Clostridium bifermentans)和ZQ-1(Clostridium butyricum)3株利用不同底物的产乙酸菌混合培养,人工构建一个高效产乙酸复合菌系Th3,通过试验确定其最佳发酵条件为:初始pH值为7.0-8.0,按ZQ-1、ZY-3、CD-2顺序接种,CD-2:ZY-3:ZQ-1接种比例(体积比)为1:2:1,总接种量6%,30°C静置培养,乙酸产率达0.65g/(L·d)。经过代谢稳定性测定,Th3连续培养10代,乙酸产量维持稳定。复合菌系Th3应用于室内沼气发酵,(26±1)°C,在发酵初期和中期加入复合菌系Th3均能显著提高沼气日均产气量和产气率,初期添加可缩短发酵启动时间2～3d。在发酵末期加入复合菌剂对整个发酵产气过程没有显著影响。该研究不仅为构建高效微生物菌剂、提高厌氧发酵效率和发酵过程优化提供基础参数,而且表明该复合菌在沼气生产中有一定的应用价值。     

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。     

发酵时间对有机物料发酵流体成分含量变化及对连作苹果生物量的影响

为探明不同季节不同发酵时间有机物料发酵流体成分含量变化及其对连作苹果生物量的影响,本研究选择富士/八棱海棠二年生嫁接苗为试材,设置季节（春、 夏、 秋）和发酵时间（30 d、 45 d、 60 d）两个因素,共9个处理,盆栽条件下对发酵流体成分含量与连作苹果幼树生长间的关联进行了研究。结果表明,有机物料发酵流体可以减轻苹果连作障碍,与对照相比,施入春、 夏、 秋分别发酵60 d、 45 d、 45 d的发酵流体的植株干重分别增加了22.42%、 22.82%和19.63%。从总体上看,测定范围内夏、 秋季处理发酵流体相关成分平均含量大于春季处理,同时随着发酵时间的延长发酵流体相关成分含量有增大的趋势。其中春季发酵60 d、 夏季和秋季发酵45 d发酵流体相关成分含量最高,且对促进连作苹果幼树株高、 地茎、 鲜重及干重增加的影响最大。在发酵流体相关成分中与苹果幼树生长相关性最大的为细胞分裂素（6BA）、 维生素B12（VB12）、 苹果酸、 氨基酸和乙酸,与植株干重的相关系数分别为0.65、 0.81、 0.53、 0.51和-0.5。     

产纤维素酶真菌混合发酵研究进展

总结了常见的分解纤维素真菌种类,并介绍了纤维素酶生产的方法。传统的利用单一菌种发酵纤维素材料的方法存在降解率低,发酵时间长等缺陷。而利用微生态原理,使用多个菌种进行混合发酵的方法被证明可以有效降解纤维素。重点介绍了固态混合发酵和液体混合发酵的工艺,并对产纤维素酶真菌混合发酵的前景作了预测。     

添加残次苹果发酵物对稻草青贮品质及其微生物数量的影响

为了探讨添加残次苹果发酵物改善稻草的青贮品质及其适宜添加比例。按残次苹果发酵物和稻草质量比为全部为稻草（Ⅰ）、1∶9（Ⅱ）、3∶7（Ⅲ）、5∶5（Ⅳ）、7∶3（Ⅴ）、9∶1（Ⅵ）混合进行青贮。青贮90 d 后开封，测定青贮前后的营养成分，鉴定青贮饲料的感官品质、发酵品质以及有氧暴露情况下pH值和微生物数量的变化。结果表明，添加残次苹果发酵物显著提高青贮原料的粗蛋白（Crude Protein，CP）和可溶性碳水化合物（Water Soluble Carbohydrate，WSC）的含量（P<0.05），降低了原料的中性洗涤纤维（Neutral Detergent Fiber，NDF）和酸性洗涤纤维（Acid Detergent Fiber，ADF）的含量（P<0.05）；青贮90 d天后，混合青贮饲料的乳酸（Lactate Acid，LA）、乙酸（Acetic Acid，AA）含量随着残次苹果发酵物添加量的增多而增加；处理Ⅰ的LA（0.17%）、AA（0.09%）含量最低，显著低于其他5个处理（P<0.05），而丁酸（Butyric Acid，BA）含量、AN/TN（Ammonia Nitrogen Total Nitrogen）的比值显著高于其他5个处理（P<0.05）；有氧暴露后，随着有氧暴露时间的延长，各处理的pH值、酵母菌数量、霉菌数量逐渐增多，乳酸菌数量逐渐减少；处理Ⅰ的乳酸菌数量始终显著低于其他各处理（P<0.05），酵母菌和霉菌数量始终显著高于其他各处理（P<0.05）；而处理Ⅲ、Ⅳ的乳酸菌数量始终显著高于其他处理（P<0.05），酵母菌和霉菌数量始终保持较低水平。未添加残次苹果发酵物处理Ⅰ的感官评分和综合评分均为劣等，添加残次苹果发酵物的稻草青贮处理Ⅲ和处理Ⅳ的感官评分和综合评分均为优等；同时添加残次苹果发酵物增加了混贮的营养价值，改善了混贮的发酵品质。综合分析，在试验中添加残次苹果发酵物能改善稻草的青贮品质，其添比例在3∶7～5∶5之间适宜。     

沼液堆肥化与牛粪堆肥化的发酵特性及腐熟进程

为评价沼液作为堆肥含氮添加剂的应用效果,开发沼液的处理应用技术,以牛粪树叶堆肥为对照,将沼液和树叶混合堆制发酵,探讨其发酵特性与腐熟进程。研究结果表明,环境温度一直在10℃以下,沼液堆肥化和牛粪堆肥化均能经历35d以上的堆温超过50℃的高温发酵;而沼液堆肥化超过50℃的高温期持续时间比牛粪堆肥化少8d;经60d的发酵沼液堆肥化的半纤维素含量从发酵初期的12.14%下降到6.53%,纤维素含量由20.5%下降到9.8%;而牛粪堆肥化的半纤维素含量从12.8%下降到9.56%,纤维素含量由21.5%下降到15.9%。可见沼液堆肥化的分解更彻底。从C/N、温度、可溶性糖含量、含水量、种子发芽指数综合评价两种堆肥的腐熟度,沼液堆肥化进入腐熟状态约经30d,而牛粪堆肥化进入腐熟约需45d。     

好氧预处理对干法沼气发酵产气量的影响及能量损失

研究好氧发酵预处理对干法沼气发酵产气效果的影响及能量损失情况,是以好氧发酵升温为预处理方式的干法沼气工程经济运行的重要依据.该文采用恒温沼气发酵装置,以牛粪及少量混合秸秆粉作为发酵原料,研究了不同好氧发酵预处理条件下,干法沼气发酵的产气效果并对其能量损失情况进行了分析探讨.结果表明:以牛粪为主要发酵原料时,好氧预处理对物料干法沼气发酵的产气量有较明显影响,随着好氧发酵时间增加和温度提高,总产气量减少,能量损失增大;好氧发酵预处理温度与沼气发酵温度相同(均为35℃)时,能量损失较少,好氧发酵升温法合理;好氧发酵预处理温度(55℃)显著高于沼气发酵温度,好氧发酵升温法会带来较大能量损失.因此,在对覆膜槽生物反应器操作时,应准确把握好氧发酵的时间和温度,一旦达剑所需温度,应立即转入沼气发酵,以提高沼气产量,减少能量损失.     

工业化自动多层翻板式豆粕固态发酵床的设计与试验

传统固态发酵条件难以控制、工业放大困难、能耗高、占地面积大,不能实现工业化流水线自动生产,更不能适应目前发酵行业规模化发展的需要。为了解决这些问题,运用现代工业设计理念,结合机械化及自动化控制技术,设计了可进行灭菌、接种、拌料、发酵的固态发酵装置。以此装置为基础,形成了集原料预处理、配料、发酵、干燥为一体的固态发酵生产系统,现已成功投产。以豆粕为原料,采用设计的生产线进行豆粕酶解发酵试验。在固态发酵期间,发酵相对湿度控制在38%~42%,而发酵24 h后,温度能稳定在37?C左右,适合微生物生长。发酵72 h结束后,饲料中酸溶性蛋白质量分数相对提高了21.2%,KOH溶解度从57.19%提高到了77.45%。结果表明:豆粕酶解发酵饲料的各项参数满足企业标准,产品质量优良。发酵过程中装置运行稳定,生产规模大,单批次最大生产量为10 t,满足工业化生产需要。该装置机械自动化水平高,可以连续批量生产,适用于生物饲料、生物肥料、生物色素、生物农药、生物燃料、生物酶制剂等多个领域。     

搅拌结合pH控制10L发酵罐条件下乳酸菌发酵胡柚汁研究

为了提高10 L发酵罐发酵胡柚汁中活菌数、总酚含量和总黄酮含量,本试验以植物乳杆菌L1(Lactobacillus plantarum L1)和发酵乳杆菌L2(Lactobacillus fermentum L2)为发酵菌种发酵胡柚果汁,考察了摇瓶发酵条件下初始pH值和溶氧对胡柚汁乳酸菌发酵过程以及菌体细胞凝聚性的影响,并对10 L发酵罐发酵放大进行了研究。结果表明,不同pH值和装液量会影响胡柚汁发酵过程中活菌数、总酚含量和总黄酮含量,且胡柚汁发酵过程中乳酸菌细胞有自凝聚能力。在10 L发酵罐中控制搅拌转速为100 r·min^-1并结合pH控制发酵,胡柚汁发酵最大活菌数达到2.86×10¹⁰CFU·mL^-1,总酚和总黄酮最大含量分别达到268 和752 μg·mL^-1,比10 L发酵罐静置发酵分别提高47%、12%和13%,达到摇瓶最佳发酵效果。本研究结果为乳酸菌发酵胡柚汁饮料的规模化生产提供了理论依据。     

多菌共酵果粮混酿法生产果醋的研究

从6种酵母菌和4种醋酸菌中各优选出了3种发酵力强的菌种，通过正交试验确定了最优接种量和配比。采用多菌共酵、果粮混酿法，酿制出了品质优、出品率高的食用果醋。检测结果表明，利用本试验确定的混合菌种，以苹果为主原料，添加10%～20%的玉米粉所酿制的果粮醋，在感官和理化指标等方面都极显著的优于纯果醋。     

蔬菜废弃物中温厌氧发酵酸化失稳预警指标筛选

厌氧消化是一种可以较好地将有机废弃物处理和能源回收结合的生物技术,它是多种厌氧微生物共同参与、分阶段有序进行的复杂串联代谢过程。其中产甲烷菌对环境最敏感、代谢速率最慢,产甲烷阶段往往是厌氧消化系统的瓶颈,水解酸化与产甲烷两阶段不能较好地匹配,极易受到抑制。针对蔬菜废弃物厌氧发酵易酸化的特点,该试验旨在筛选发酵体系酸化失稳预警指标,采用自行设计的70 L反应装置,在中温35℃条件下进行蔬菜废弃物厌氧发酵的连续冲击负荷试验。通过对发酵过程中的气相及液相指标监测,该研究筛选出4类失稳预警指标,分别为:1)甲烷与二氧化碳的比值。当CH_4/CO_21.06时,系统出现酸化现象,提前18 d对厌氧发酵系统做出预警指示,具有最强的失稳预警性;2)挥发性脂肪酸。当丙酸、正/异丁酸、正/异戊酸出现突变时,系统出现酸化征兆,分别在17、15和15 d对厌氧消化体系做出失稳预警;3)碱度。包括总碱度(total alkalinity,TA)、碳酸氢盐碱度(bicarbonate alkalinity,BA)、及挥发酸盐碱度(intermediate alkalinity,IA)的耦合性指标,当BA1500 mg/L、BA/TA0.8或IA/BA0.4时,系统提前13、12和12 d做出酸化预警指示,此时发酵体系缓冲性能较差,系统极易出现挥发性脂肪酸的累积进而导致系统酸化失稳;4)氧化还原电位和pH值在整个厌氧消化过程中均持续微弱变化,利用其绝对值很难做出失稳判断,利用其相对变化值可做出失稳判断,骤变分别发生在产气彻底停止前第5天和第4天,预警能力较弱。在工程实际应用中,相比液相指标而言,气相指标的监测更容易实现,建议CH_4/CO_2作为预警指标。