不同温度条件粪秆结构配比及尿素、纤维素酶对沼气产量的影响

提高农村户用沼气的产气量和秸秆等农业废弃物利用效率,是当前循环农业领域面临的主要问题。通过利用自行设计的可控性厌氧发酵装置,在室内模拟农村户用沼气发酵过程,研究在不同温度条件下作物秸秆和禽畜粪便配比以及添加尿素和纤维酶对沼气产量的影响。结果表明,20～35℃范围内,粪秆配比的产气量随温度升高而升高。35℃条件下,2.5 kg料液发酵50 d,鸡粪和秸秆配比（干物质量比）以2︰1的产气量高于其它粪秆比例,其中鸡粪与玉米秆2︰1(干物质量比)总产气量最高,达51120 mL。在发酵中期（发酵后28 d）,向2.5 kg发酵料液中添加2.5 g尿素和2.0 g纤维素酶,均显著提高沼气产量,平均增加99.8%和40.8%,且鸡粪与麦秆2︰1配比产气量增幅最大,分别为261.2%,117.3%。研究20℃粪秆厌氧发酵环境pH值动态变化,表明其呈动态变化,发酵初期pH值平均为6.8,发酵中期平均为6.4,随后缓慢回升至6.6。因此,适宜的温度,合理的秸秆配比、添加一定量酶和尿素是提高产气量的有效措施。     

农村有机生活垃圾等混合物料厌氧发酵产沼气性能

为获得有机生活垃圾、玉米秸秆和牛粪混合物料厌氧发酵产沼气性能,为农村废弃物沼气工程高效运行提供依据,在初始总固体（TS）为12%和中温（35±1）℃条件下,考察了有机生活垃圾、玉米秸秆与牛粪三物料不同湿基质量比（1∶0∶2、1∶0.5∶1.5、1∶1∶1、1∶1.5∶0.5、1∶2∶0）对厌氧发酵过程的影响。结果表明：与双物料混合厌氧发酵相比,三物料混合厌氧消化能显著提高原料产气率,有机生活垃圾、玉米秸秆和牛粪配比为1∶1∶1的组合单位TS累积产气量高于其他处理;不同发酵物料配比能影响厌氧发酵完成时间,随着秸秆比例的增加,完成厌氧发酵的时间逐渐增长,有机生活垃圾和牛粪的组合与三者配比为1∶0.5∶1.5、1∶1∶1、1∶1.5∶0.5和1∶2∶0的处理相比,厌氧发酵完成时间分别缩短了12、15、19、22 d;三物料混合发酵适宜的配比能平衡发酵系统中酸的浓度,防止系统酸化,并能提高纤维素半纤维素降解率。综上认为三物料最佳配比为1∶1∶1。     

不同农业有机废弃物产甲烷特性比较

为评估不同物料相同发酵条件下的产沼气特性,该文研究了玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆、香蕉秸秆、鸡粪、牛粪和猪粪7种原料的基本特性及发酵情况。元素分析结果表明7种原料均不适宜直接发酵,且粪便原料的理论产气潜力优于纤维质原料。组分分析表明,纤维质原料中香蕉秸秆的可降解组分含量最高,达76.13%,粪便原料中鸡粪的易降解有机物含量最高,为59.72%。发酵试验结果表明,香蕉秸秆和鸡粪的甲烷产率分别为186.10和224.85 m L/g,BDA(biodegradability)分别为41.42%和33.28%,消化时间(T90)分别为9.5和7 d,为两类原料中产气潜力最佳的原料。基于月累计甲烷产量和Gompertz模拟结果,鸡粪和香蕉秸秆降解速率快,累计产气量高,分别达867.28 m L/g和528.92 m L/g。结果表明鸡粪和香蕉秸秆最适合作为沼气发酵的原料。     

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。     

粪秆结构配比厌氧发酵中pH、VFA与产气效果的关系

为探索发酵原料产气量与pH值、挥发性脂肪酸之间的关系,确定最佳原料配比以及发酵温度是关键。通过试验在恒温条件下以不同配比的鸡粪、麦秆混合物为原料,在25～40℃范围内进行厌氧发酵,研究pH值和挥发性脂肪酸对沼气产量的影响。结果显示,在约50d的发酵过程中,以40℃、鸡粪和麦秸3∶1处理的（简称鸡麦3∶1）累积产气量最高,达11492mL,25℃、鸡麦3∶1处理的累积产气量最低,为6227mL。在25、30℃发酵条件下,随着麦秆比例的增加,产气量逐渐增加;在35、40℃发酵条件下,随着麦秆比例的减少,产气量逐渐增加。pH值与日产气量成正比,而挥发性脂肪酸与日产气量成反比。     

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.     

玉米秸秆与猪粪混合厌氧发酵产沼气工艺优化

该研究针对农村户用沼气发酵中粪便类发酵原料不足、影响沼气池利用率的问题,为弥补沼气发酵原料单一及不足,将秸秆、粪便混合作为发酵原料,对秸秆粪便混合原料厌氧发酵产沼气的工艺条件进行优化研究,旨在为农村户用沼气工程的健康、稳定运行提供一定的科学依据。在前期单因素试验的基础上,采用二次回归正交旋转组合设计,以产气量为响应值,研究玉米秸秆与猪粪质量比、温度、pH值、接种物质量分数4个因素对玉米秸秆与猪粪混合厌氧发酵的影响,得出产气数学模型,并对数学模型进行了理论分析。通过上述试验研究,得到最佳工艺条件为:玉米秸秆与猪粪质量比为1∶1、pH值为7.5、接种物质量分数为50%、温度30℃,预测产气量为18.51 L。4因素影响主次顺序依次为原料玉米秸秆与猪粪质量比、温度、接种物质量分数、pH值;通过验证分析,模型预测值与试验值之间相对误差小于5%,方差分析不显著,模型拟合较好,为提高粪便秸秆混合原料发酵产气量和提高发酵效率提供参考。     

花生秧厌氧发酵产沼气试验

试验以花生秧为原料,采用厌氧发酵工艺,对其沼气发酵潜力进行研究,结果表明花生秧沼气发酵潜力达0.349m3/Kg。采用正交试验方法对花生秧沼气发酵的工艺参数优化配置进行了研究,结果表明发酵温度,发酵料液总固体浓度,pH值对其发酵结果均有不同程度影响,其中发酵温度和总固体浓度对沼气产量和甲烷产量的影响显著。最优的工艺条件为：发酵温度35℃,总固体浓度20%,pH=7.5,接种量1∶1。添加一定比例牛粪能明显提高产气速度。该文为规模化利用花生秧生产沼气提供了参考。     

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。     

切割稻秸发酵产沼气性能影响因素优化

为了替代秸秆沼气湿式发酵的需进行粉碎预处理,探索切割颗粒秸秆的发酵工艺,简化工程操作流程,降低能耗。该文以稻秸为研究对象,研究发酵温度、发酵液浓度、稻秸粒度和堆沤时间对产气性能的影响,并进行试验验证。结果表明:温度与原料挥发性固体(volatile solid,VS)产气率的相关性显著(P0.01),最优组合为:40℃、堆沤2 d、粒度1 cm、总固体(total solid,TS)质量分数为8%,最优组合VS产气率为385.9 mL/g;40℃厌氧消化产沼气的速率快,各试验组前20 d累积产气量都达到总产气量的73%以上;正交试验中,40℃试验组均有发酵液温度高于水浴锅现象,以及生化培养箱验证试验组发酵液温度高于对照,2种现象说明水稻秸秆厌氧消化可能有少量放热。研究结果为秸秆沼气工程发酵工艺改进和运行提供参考。     

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。     

蚓粪促进玉米秸秆厌氧消化产气效果的研究

以玉米秸秆为试验研究对象,比较添加蚓粪后对秸秆厌氧消化产气特性的影响。在接种污泥比例为20%、30%、50%时,添加适当蚓粪,使其在35℃下中温厌氧消化,试验中研究产气量、pH值和乙酸产生量等参数的变化趋势。结果表明,添加蚓粪后,各处理的产气量均显著增加,其中50%接种污泥的处理累积产气量达340mL,增幅达67.05%,添加蚓粪的物料发挥了最大的产气效果。试验过程中pH值相对稳定,乙酸累积量较低。蚓粪的添加抑制了酸的累积,使pH稳定在一定的范围。     

牲畜粪便与秸秆混合的厌氧发酵效果及影响因素分析

为进一步明确混合原料厌氧发酵效果及影响因素,以牛粪、鸡粪和麦秆为发酵原料,按总固体质量比分别设定了单一原料、两种及3种原料混合发酵组,分别在20℃和35℃下进行厌氧消化试验,研究了原料不同比例混合、温度、C/N比和pH值对厌氧发酵效果的影响。结果表明,原料混合发酵可显著提高总产气量、TS利用率和TS产气率;牛粪、鸡粪和麦秆3种原料混合后发酵效果显著好于单一原料以及牛粪与麦秆、鸡粪与麦秆两种原料混合的发酵效果。中温发酵效果显著好于低温发酵;牛粪、鸡粪与麦秆混合厌氧发酵的最适C/N比为25.64～27.54;混合原料发酵的pH值变化平稳且更容易维持在发酵适宜pH范围内。原料混合、温度、C/N比和pH值对厌氧发酵均有影响。     

小麦秸秆的氨化厌氧发酵工艺及影响因素研究

为了提高小麦秸秆的产气效率,利用4.5%的尿素对其进行氨化预处理,并将预处理后的秸秆进行厌氧发酵,分别研究了氨化时间对预处理效果的影响及在不同温度和原料组分配比下的氨化厌氧发酵过程。结果表明：氨化预处理20d后的秸秆COD溶出量与未添加预处理剂相比增加了95.43%,VS增加9.07%,在第15d时已达20d溶出总量的94.61%,采用扫描电镜（SEM）及视频光学接触角扫描仪（GBX）观察发现,氨化15d已可有效破坏秸秆的纤维结构,增加表面亲水性能;在预处理后的发酵实验中,中温发酵（35℃）显现出明显的产气优势,经40d厌氧发酵TS产气率可达193.8mL.g-1;当发酵原料组分配比为秸秆：牛粪：污泥=1：0.5：0.5（干物质质量比）时,其厌氧发酵的累积产气量最大,达6505mL。     

不同原料配比对厌氧发酵过程中产气量VFA和脱氢酶活性的影响

以牛粪和小麦秸秆为发酵原料,研究了不同牛粪（M）与小麦秸秆（S）的干物质配比（牛粪与秸秆的比例为1∶1、2∶1和3∶1）对厌氧发酵产气过程的影响。结果表明,添加小麦秸秆处理的产气量显著高于秸秆与牛粪单独发酵处理（P〈0.05）,其中牛粪与秸秆的配比是1∶1的产气量为（31823.7±691.2）mL,比秸秆、牛粪以及牛粪与秸秆比例为2∶1和3∶1四个处理的产气量分别提高了208.7%、11.5%、2.8%和5.2%。因此,以M∶S=1∶1进行混合厌氧发酵效果最好。挥发性脂肪酸（VFA）与日产量间呈极显著性正相关（P〈0.01）,但脱氢酶活性与产气量相关性不显著（P〉0.05）。     

猪粪秸秆不同物料比对固体产酸发酵效果的影响

在沼液回流的条件下,研究猪粪和秸秆固体产酸发酵过程中,不同原料配比（猪粪与秸秆质量比分别为4︰1、2︰1、1︰1、1︰3和0︰1即纯秸秆）对产酸发酵效果的影响。试验结果表明：增加发酵原料猪粪比例有利于调节发酵体系pH值,但酸化液中氨氮质量浓度较高;沼液回流能有效避免体系过酸现象;上述不同原料质量配比产酸发酵产物以乙酸为主,试验周期内,累积产乙酸质量分别占各反应器挥发性脂肪酸（VFAs）总质量的80.8%、81.8%、77.1%、78.3%和73.8%,酸化液中丙酸质量浓度均低于1.6 g/L,累积产生质量分别占各反应器VFAs总质量的4.8%、2.8%、7.2%、6.5%和8.4%。综合分析表明,猪粪与秸秆比为2︰1时,发酵过程中产酸效果优于其他配比试验。     

鸡粪与油菜秸秆高温堆肥中营养元素变化的研究

以鸡粪和油菜秸秆为原料,采用人工好氧翻堆方式进行高温堆肥试验,研究堆肥制作过程中养分的变化规律。结果表明,堆肥过程中pH值在堆肥前期上升而后期下降;氨态氮、硝态氮、总氮相对含量在堆肥前期下降,后期上升;有效磷在堆肥前期略上升而后期略下降;总钾量呈不断上升趋势;腐植酸总量随发酵时间延长而下降。鸡粪和油菜秸秆堆肥时间在30d左右为宜。     

进料浓度对玉米秸秆与牛粪全混式厌氧发酵特征影响研究

目前,中国大多数沼气工程均采用农作物秸秆与畜禽粪便为主要原料,但对于实际沼气工程的工艺控制,尤其是对于沼气工程进料混配及发酵浓度等控制工艺仍缺少参考和支撑。该研究采用玉米秸秆与牛粪原料,在中温条件下,利用纯牛粪、纯秸秆以及秸秆与牛粪干物质比(S:CM)=1:1、1:3、3:1条件的混合原料,按照不同干物质浓度(total solid,TS)=3%、6%、8%,梯次启动CSTR反应器,系统探讨物料配比与发酵浓度对反应器产气量、甲烷体积分数、pH值、氧化还原电位(oxidation-reductionpotential,ORP)、挥发酸(volatilefattyacids,VFAs)含量等运行特征的影响。结果表明,正常运行时,纯秸秆与纯牛粪条件下厌氧发酵产气效果显著低于混合原料,且所有条件下反应器的产气量基本都随着发酵浓度升高而升高。在发酵浓度为8%条件下,S:CM=3:1和1:1的反应器容积产气率在运行130和150 d后分别达到峰值0.78和0.76 L/(L·d)。随着反应器的持续运行,170 d后各反应器的产气率与pH值降低,而VFAs与ORP升高。S:CM=3:1和1:1的反应器容积产气率降低至0.6 L/(L·d),pH值降低至6.5左右。这主要是由于恒定的搅拌功率条件下,随着反应器内TS升高,搅拌转速降低,进而在反应器内产生搅拌死区与浮渣等问题,导致反应器内局部酸化,造成系统整体失稳。在启动期间,所有5个条件下反应器内ORP呈缓慢上升趋势。运行172 d后,S:CM=1:1条件下ORP迅速增加至高于–300 mV。总体而言,厌氧系统中VFA浓度随着进料中秸秆比例增加而增加,且丙酸积累发生并变得更加严重。这也在一定程度上表明,与采用秸秆与粪便混合原料厌氧发酵相比,采用纯秸秆原料厌氧发酵生产沼气厌氧反应器的运行稳定性较差。     

光照强度对猪粪、牛粪厌氧发酵的影响研究

研究光照强度对猪粪、牛粪厌氧发酵的影响,为沼气池的改进、提高产气量提供参考。试验以猪粪、牛粪为发酵原料,设置0、6、12、24h4组光照梯度处理,在恒温35℃和料液总固体质量分数为8%的条件下进行厌氧发酵。结果显示,不同光照强度下同一发酵原料的产气量差别较大,猪粪、牛粪在12h光照条件下的累积产气量分别是0h光照条件下的（黑暗）1.80、2.34倍;相同的光照强度不同发酵原料产气量存在差别,0h光照条件下（黑暗）猪粪的累积产气量为8136mL,牛粪的累积产气量为3282.5mL;光照条件改变发酵料液的理化性质,使累积产气量与发酵料液的碱度、挥发性脂肪酸（Volatile fatty acids,VFA）、pH值、氨态氮的相关性呈动态变化。