玉米秸秆厌氧消化预处理方法及工艺优化

为提高玉米秸秆厌氧消化性能,该文采用碱液、酸液、沼液等方法对玉米秸秆进行预处理,比较不同预处理方式对秸秆成分、含量以及厌氧消化能力的影响。试验结果表明,经超声波辅助碱预处理后,秸秆的木质素和半纤维素总含量显著降低,产气量显著提高。基于Box-Behnken(BBK)试验设计,选择碱液预处理的固固比(Na OH/秸秆,下同)、预处理温度、预处理时间为试验因素,结合响应面分析法对碱液预处理条件进行响应面优化,结果表明,最佳玉米秸秆预处理条件为固固比22.4%,预处理温度37.9℃,预处理时间39.7 h,在此条件下还原糖产量的试验值为738.6 mg/g,沼气累积产量的试验值为661 m L/g,试验值与预测值误差不到0.5%,证明了响应面优化法的准确性和可行性。     

太阳能蒸汽爆破和微波预处理对玉米秸秆产沼气的影响

为提高秸秆沼气工程效率,该文以玉米秸秆为原料,分别采用太阳能蒸汽爆破和微波辐射2种方法对其进行预处理,考察中温(35℃)条件下2种预处理方法的产沼气效果。试验结果表明:在接种量200g、发酵温度35℃、启动负荷22.6g/L(以总固体TS计)的试验条件下,2种方法均可破坏玉米秸秆原有刚性结构,使其易与厌氧微生物接触而被降解,其纤维素、半纤维素、木质素含量分别降低7.82%、50.56%、36.33%和20.13%、20.97%、54.03%;2种方法预处理后玉米秸秆沼气发酵TS(总固体)产气率分别达到239.89和281.45mL/g,VS(挥发性固体)产气率分别达到296.02和332.28mL/g,日均产气量分别达到320和334mL(分别高于对照15.11%和20.14%),同时料液滞留时间比对照分别减少42.11%和31.58%。该研究为秸秆预处理及提高秸秆沼气工程发酵效率提供了参考。     

不同预处理方式下水稻秸秆厌氧消化性能比较

以水稻秸秆为原料,在恒温35℃和料液总固体质量分数为5%的条件下,以实验室内培养的不产气厌氧活性污泥为接种物,研究了稀碱水解、尿素氨化、生物酶解以及沼液预处理4种不同方式对秸秆厌氧发酵物能转化率、发酵周期、失重率以及木质纤维含量等方面的影响。结果表明,1.5%NaOH及6d生物预处理可明显改善水稻秸秆干物质(totalsolid,TS)产气率,较空白分别提高44.0%和44.6%。0.4%低质量分数尿素预处理无法有效改善水稻秸秆的甲烷转化率,但通过调节C/N比可明显缩短发酵周期。与其他3种预处理相比,沼液预处理在提高秸秆物能转化率、缩短产气周期方面均有优势,其TS产气率达到333.9mL/g,TS产甲烷率达到180.7mL/g,分别较空白提高27.9%和21.2%。通过对厌氧发酵前后稻秆木质纤维含量比较分析,产气率与失重率有一定的关联,1.5%NaOH处理样品发酵后纤维素、半纤维素损失最大,但沼液中高浓度的COD增加了后续处理的难度。因此秸秆沼气工程预处理方式的选择不仅需要考虑产气率的提升,也要顾及沼液后续处理等问题。沼液预处理可能成为今后水稻秸秆沼气工程较理想的方式。     

微生物预处理油菜秸秆对提高沼气产量的影响

为研究微生物预处理技术对秸秆发酵制沼气的影响,采用混合菌剂对油菜秸秆进行预处理,利用红外光谱分析仪和扫描电子显微镜对预处理前后的秸秆进行分析。结果表明,混菌共发酵预处理11 d后油菜秸秆的纤维素、木质素、半纤维素降解率分别达到了37.4%、28.9%和29.9%。混菌共发酵预处理使油菜秸秆的木质纤维素内部结构发生较大改变,产生很多裂缝和空洞。以油菜秸秆为原料进行沼气发酵试验,发现预处理后的秸秆日产气量最高峰值较未处理的提高了37.6%,累计产气量提高了17.8%。由此可见,通过混合菌剂降解油菜秸秆中的纤维素、木质素和半纤维素,可促进秸秆生物质转化为沼气。     

NaOH和H2O2预处理对玉米秸秆厌氧消化的影响

为提高秸秆厌氧消化的产气量及产气效率,采用NaOH和H2O2对玉米秸秆进行预处理,考察了不同浓度组合预处理对秸秆成分、厌氧消化性能的影响.试验结果表明,2％NaOH+3％H2O2预处理的处理效果最佳,与未经预处理的效果相比,总产气量提高了9.89％,消化时间缩短了14d,TS和VS降解率分别提高15.23％和17.85％.NaOH和H2O2联合试剂对秸秆进行预处理可以有效提高厌氧消化效率.     

柔性顶膜车库式干发酵装置运行参数优化

针对湿发酵工艺存在需水量大、沼液处理成本高、发酵原料单一、发酵浓度小、单位容积产气率低等不足,研究一种新型干法厌氧发酵工艺,并对干发酵工艺条件进行优化研究,旨在为干发酵沼气工程提供发酵原料最佳配比、沼液传质传热最佳效果、发酵原料最大降解率、单位容积产气率最高、沼气工程运行时间最短、成本最低等工艺参数,为当前国内干发酵沼气工程的健康、稳定运行提供一定的科学依据。该文应用设计的柔性顶膜车库式干发酵装置,以秸秆、牛粪混合物为发酵原料,进行了厌氧干发酵生产试验。研究了物料配比、发酵温度、沼液喷淋次数、发酵时间四因素对产气量和原料降解率的影响,通过L9(34)正交试验设计,对运行工艺进行优化,并与湿发酵方式进行了比较。结果表明:该装置的最佳运行工艺参数为:物料配比牛粪∶秸秆为4∶1、发酵温度35℃、沼液每天喷淋2次、发酵时间35 d。此时容积产气率为0.63m3/(m3·d)、CH4体积分数为65%、原料降解率为45%,容积产气率和原料降解率均高于湿法厌氧发酵方式。该厌氧发酵工艺克服了湿法厌氧发酵的不足,为厌氧干发酵规模化生产提供参考。     

不同土著菌及其复合菌对玉米秸秆降解的影响

为研究一种高效的玉米秸秆降解复合菌,选取了木质素降解优势土著菌密黏褶菌、环状芽孢杆菌、铜绿假单胞菌、栗褐链霉菌、黄孢原毛平革菌、杂色云芝、绿色木霉、黑曲霉,对各单一菌种对玉米秸秆的降解能力进行了测定,通过菌种间的拮抗试验,将单一菌种进行组合,初步构建了一组木质纤维素降解复合菌。结果表明：在整个35 d的预处理周期中,黑曲霉、绿色木霉对秸秆中纤维素、半纤维素体现了较高的降解能力,黑曲霉、绿色木霉对半纤维素的降解率分别为47.81%、37.53%,对纤维素的降解率分别为38.96%、46.32%;黄孢原毛平革菌、杂色云芝对玉米秸秆中的木质素体现了较强的降解能力,对木质素的降解率分别为43.56%、39.17%;菌种拮抗试验表明该试验所选用的真菌、放线菌及细菌之间无拮抗反应,可以进行混合培养;对复合菌预处理前后的玉米秸秆微观结构进行扫描电镜分析,发现在降解过程中复合菌对木质纤维素的结构产生了破坏作用,提高了木质纤维素的可及性;木质素、纤维素、半纤维素的含量在整个发酵过程中都在逐渐减少,发酵结束时复合菌对半纤维素的降解率最高达到48.53%,纤维素的降解率为36.38%,木质素的降解率为40.11%,在提高木质素降解率的同时减少了纤维素消耗。该研究为秸秆类生物质降解及利用提供了参考依据。     

尿素氨化预处理改善稻秸干法厌氧发酵特性

为了提高稻秸的可生物降解性,利用尿素氨化预处理方式,研究不同尿素质量分数(2%、4%、6%、8%、10%)和不同预处理温度(25、30、35、40、45、50℃)对稻秸预处理前后木质纤维素含量变化及干发酵产气特性的影响。结果表明:1)不同尿素质量分数对稻秸预处理效果影响显著,尿素预处理能够破坏稻秸木质纤维素的结构,预处理后稻秸的碳氮比降低,预处理后稻秸的累计产气量比未经处理组高20.67%~38.20%(P0.05),尿素质量分数为4%时效果较好;2)不同预处理温度对稻秸预处理效果影响不显著,尿素预处理效果主要受尿素质量分数的影响。研究结果为秸秆的预处理工艺提供参考,并为秸秆厌氧干发酵技术提供数据支持。     

堆肥预处理对稻秸厌氧发酵产气量的影响

堆腐作为秸秆厌氧发酵的预处理技术已广泛使用,但堆腐也会使秸秆中部分有机物损失,了解堆腐损失有机物对秸秆总产气量的影响,可以更客观地评价堆腐预处理技术的可行性。该试验在室内中温（35℃）、总固体（TS）质量20%条件下,研究了稻秸堆肥预处理、添加猪粪对稻秸产沼气的影响,分析了堆肥预处理以及厌氧发酵前后稻秸组分的变化,估算了堆肥预处理对稻秸总固体质量产气量的损失。结果表明：稻秸堆肥预处理并不能增加稻秸产气量与甲烷含量,堆肥预处理使稻秸的半纤维素量损失了12%以上,从而降低了稻秸总固体质量产气量。厌氧发酵中稻秸半纤维素降解率最高,对稻秸产气贡献率最大。由此可见,堆肥预处理方式并不能提高稻秸厌氧发酵的产气量。     

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。     

地上式户用太阳能恒温沼气池产气性能

为突破传统砖混沼气池产气不稳定、产气速率低、冬季不产气的问题,研发并搭建了新型地上式户用太阳能恒温沼气池,系统主要由集热面积为2.96 m2的全玻璃真空管太阳能热水器、2m×2m×3.2m保温室、3m3软体沼气池和3m3储气袋构成,试验研究了冬季条件下系统的产气性能,结果表明:39d内,当环境温度在-19.8~-10.0℃变化时,太阳能集热器可以保证恒温沼气池在(26±2)℃稳定运行,恒温沼气池累计产气42.520m3,平均日产沼气1.380m3,甲烷平均体积分数58.2%;系统可保证4~5口农户的生活燃气需求。地上式户用太阳能恒温沼气池对利用农村有机废弃物资源满足农民燃气需求有重要意义。     

基于膜蒸馏的沼液资源化处理研究进展

沼液可占湿法厌氧发酵后发酵剩余物总质量的80%以上,在农田土地承载量和运输成本的双重限制条件下,大型沼气工程的沼液很难通过还田利用的方式进行完全消纳。对沼液实行资源化处理既能减少沼液体积和降低对环境的潜在威胁,还可实现高附加值的资源回收,促进可持续的农业循环经济发展。作为膜分离技术中的重要分支,膜蒸馏在沼液处理过程中具有适应性强、膜污染程度低、避免发泡与快速脱氨等多方面的优势。在沼液处理与农业废弃物资源回收中具有广阔发展前景。为此,该研究从介绍膜蒸馏的基本原理出发,就膜蒸馏处理沼液过程中最核心的氨氮与水分回收部分进行详细的综述,并针对沼液处理过程中的营养物质回收与减量化处理进行了综合分析,最后对膜蒸馏用于沼气工程中的可行性进行简要计算。相比于其他沼液处理技术,膜蒸馏可在低成本与低碳足迹下实现沼液的资源回收与减量化处理,其处理沼液的成本与反渗透过程基本一致。在无外部能源供给的沼气工程中,膜蒸馏更适用于高有机负荷沼液处理,或对反渗透后剩余的高浓度沼液进行处理。     

沼气中CO2含量对沼气灶性能的影响及对策

采用天然气掺混CO2的方法模拟沼气,在CO2体积分数为30％～50％条件下,测试了典型家用沼气灶的热工性能,研究了应对沼气气质变化的措施.结果表明:随C02含量的降低,沼气灶热流量增大,热效率升高,烟气中CO浓度升高,NOx浓度无显著变化.热流量大于3.26 kW时,现行测试方法不能真实反映热效率与CO2含量的关系.沼...     

农村户用沼气发酵原料产气潜力及区划研究

结合能值潜力估算动物数据库模型,建立了中国农村户用沼气主要发酵原料理论户均产气潜力估算模型。并利用该模型对2007年中国农村主要沼气发酵原料理论户均产气潜力进行了估算。结果表明:发酵原料理论户均产气潜力居前五位的是西藏、青海、吉林、内蒙古和新疆,均高于2 300m3/a,其中西藏高达9 492m3/a,山西、上海、福建、广东、重庆、陕西和浙江发酵原料理论户均产气潜力较低,均低于540m3/a。在此基础上,构建了农村户用沼气发酵原料区划指标,对中国各地农村沼气发酵原料理论户均产沼气潜力进行分区,划分为沼气发酵原料最适宜区、适宜区、次适宜区和非适宜区。根据区划结果,形成了中国农村户用沼气发酵原料适宜性区划图。     

沼渣沼液农用安全风险

随着沼渣沼液的广泛使用,其农用安全风险应引起足够重视。文章主要概述了国内外沼渣沼液农用过程中存在的问题:沼液沼渣中营养成分不稳定,无法保证其产品质量,其大量元素、有机质含量均无法达到肥料相关标准要求;重金属超标,尤其是As超标,其最高含量达52.5 mg/kg;Cu、Zn含量高,危害农作物及农田安全,国内有机肥料标准并未对其限量;残留的抗生素导致抗性基因的污染等。此外,沼渣沼液中激素含量及致病源微生物少有探索,亟需进一步研究。最后,对控制沼渣沼液农用安全风险提出了一些建议,并对以后的研究方向进行了展望。     

北京大中型沼气工程冬季运行状况及发酵前后物料理化生物特性

为了解北京市大中型沼气工程冬季运行情况及发酵剩余物理化特性,该文实地调查了北京市29座沼气工程冬季运行情况,以调研问卷的形式了解沼气工程运行状况,并采样分析了发酵原料、沼渣和沼液样品的养分含量、粪大肠菌群数、铜、锌、砷、铅等指标。结果表明:北京29座冬季运行的沼气工程中主要以畜禽粪便为原料,其中有20座沼气工程采用猪粪进行厌氧发酵,厌氧消化反应器类型主要是全混式厌氧反应器和升流式厌氧固体反应器,沼气以供周边农户使用为主,沼渣和沼液以农田利用为主,从区域沼气工程运行状况来看,房山区的沼气工程运行状况相对较好,大兴区和顺义区的沼气工程运行状况参差不齐;所调研沼气工程沼渣和沼液的pH值适宜向农田施用,沼渣的EC值相对原料平均下降了56.97%,沼渣有机质和可挥发性固体的质量分数相对原料分别降低了20.99%和27.93%,沼渣的养分质量分数较高,沼液的养分质量浓度较低,沼渣中的粪大肠菌群数和沼液的化学需氧量、粪大肠菌群数整体偏高,有6座沼气工程的砷含量较高。调查结果可为北京市沼气工程冬季运行效果及沼渣沼液资源化利用提供基础数据,促进北京市沼气工程的可持续发展,提高生态和经济效益。     

光催化降解沼液中四环素类抗生素效果及反应动力学研究

该文采用光催化降解途径探究沼液中四环素类抗生素降解的最佳光源、pH值以及光催化对不同初始质量浓度抗生素的降解效果,同时进行不同初始浓度、pH值条件下抗生素光催化降解动力学研究。结果表明:不同光源对四环素类抗生素的降解效果为:高压汞灯紫外消毒灯长弧氙灯无光。高压汞灯催化2 h后,四环素、土霉素、金霉素的降解率分别达到91.68%、85.58%、81.18%。四环素类抗生素的初始质量浓度越低,光催化效果越好。四环素、土霉素、金霉素初始质量浓度为5 mg/L时,其降解率最高可达94.80%、88.35%和95.39%,沼液初始pH值对四环素、金霉素的降解率影响存在显著性差异(P0.05)。当pH值为6时,四环素的降解率最大为96.16%,反应速率常数为1.5971h-1,半衰期为0.355 3 h;当pH值为10时,金霉素的降解率最大为90.47%,反应速率常数为1.084 4 h-1,半衰期为0.338 3 h。沼液初始pH值对土霉素的降解率影响无显著差异(P0.05)。当pH值为10时,3种抗生素的平均降解率最大为89.88%。采用高压汞灯在沼液初始pH值为10时,催化降解5 mg/L四环素类抗生素效果最佳。     

沼液沼渣对温室迷你黄瓜品质的影响

试验以化肥、农家肥为对照,研究了沼液、沼渣对迷你黄瓜品质的影响。结果表明,以沼渣为基肥,辅以植株叶面喷施沼液,对提高迷你黄瓜品质有明显的作用。其中施沼渣A2的处理对降低硝酸盐含量作用最明显,比CK1、CK2分别降低了14%和41%的硝酸盐。100%沼液(B2)叶面喷施可显著降低硝酸盐的含量,一次喷施可降低45%左右,其中A1B1、A1B2处理喷沼液后叶绿素含量平均提高了89%,A1B2处理的Vc上升了77%,综合评价后尤以A2B2处理效果最好,在保证高产的同时,Vc含量达48.63 mg/100 g鲜重,可溶性糖含量达22.16%,硝酸盐含量为90.74 mg/kg。     

农村户用可变容积式塑料沼气池的设计与试验

为了解决传统形式的沼气池建造周期长、运输困难、一体化生产价格高的难点,结合现有的工艺与技术设计建造一种可变容积的聚氯乙烯(PVC)塑料沼气池。该池体由PVC塑料单板与支撑件经由胶剂粘接而成,组装简单,单板运输方便;在不增加设计、加工要求的基础上,可根据用户要求轻松扩展容积。试验证明设计的9 m~3的池体结构,在承受竖向土层载荷作用下以及在侧向土层载荷、沼气压力、沼液压力共同作用下能完全满足使用需要;胶黏剂与凹槽组装的结构在24 h试验下的气体泄漏量小于国标2%,因此该结构能够保证池体的密封性能;池体在常温工作条件下,日产气可达1.380 m~3,产气量可满足一家3~5口的生活燃气需求;池体进料容易,出渣依据压力差作用较为方便,压力仓的作用能更好的保证密封与防止结壳产生;整个池体在日常条件工作,可使用20 a。     

高通量测序分析新疆沼液中发酵微生物的多样性

利用高通量测序技术研究了5种新疆不同地区的沼气池(A08,A09,A010,A011和A012)的微生物群落结构和多样性。获得5个沼气池细菌和真菌的物种注释的运算分类单位(OTU)数目,其中细菌OTU数为2105,其相同的OTU数为225;真菌OTU的总数为2224,其相同的OTU数为178。以牛粪为底物的沼液样品A08,A09,A010细菌门相对丰度由高到低分别是拟杆菌门、厚壁菌门和变形菌门。以鸡粪为底物的沼液A011的细菌门主要是拟杆菌门和厚壁菌门,其相对丰度分别为58.5%和23.8%。以猪粪为底物的样品A012细菌门相对丰度由高到低分别是厚壁菌门、拟杆菌门和变形菌门。5种沼液样品中的主要真菌门是子囊菌门和担子菌门,其中子囊菌门占多数,相对丰度为72.7%～83.3%,担子菌门的相对丰度为4.3%～7.3%。新疆不同地区和不同底物的沼气微生物种类有很大不同,研究其不同微生物结构为制备高效沼气发酵菌剂提供了参考。