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。     

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。     

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。     

秸秆干式厌氧发酵渗滤液回流技术研究

采用室内模拟试验方法,研究了秸秆干式厌氧发酵渗滤液回流量、回流方式对产气量的影响,分析比较了渗滤液的COD、VFA、pH变化以及其与产气率的相互关系。结果表明,在中温、底物浓度（TS）为18%条件下,发酵培养43 d,以0、0.2、0.4、0.6、0.8 L·d^-1的量回流,不同回流量处理间累积产气量差异不显著。底物浓度为20%、发酵84 d条件下,每天回流与产气趋势下降后回流以及两相法回流其总产气量较不回流对照分别提高了9.53%、23.13%、12.74%,其中以产气趋势下降后再回流的方式为最优。     

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。     

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。     

镁离子对沼气反应器中莴笋皮和马铃薯皮发酵产气特性的影响

为了提高沼气反应器对发酵原料利用率,缩短发酵周期,提高产气率,该文试验研究了镁离子添加量分别对以莴笋皮和马铃薯皮为发酵原料的抗结壳沼气反应器产气性能的影响。结果表明:以莴笋皮为发酵原料,每升沼液中镁盐最佳添加量为0.30g,池容产气率为0.398m3/(m3·d),发酵后期甲烷浓度稳定在70%左右,总产气量提高了71.4%;以马铃薯皮为发酵原料,每升沼液中镁盐最佳添加量为0.10g,池容产气率达到0.804m3/(m3·d),发酵后期甲烷浓度稳定在68%左右,总产气量提高了41.6%。因此适量的镁离子添加量能缩短沼气反应器的发酵启动时间,促进甲烷合成,显著提高反应器的产气性能。     

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。     

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。     

不同因素对秸秆两相厌氧消化的影响

两相法是有机固废物厌氧发酵的主要工艺,该文以稻秸为发酵原料,在实验室条件下比较了单相与两相法两种工艺下的产气量,研究了不同接种物对秸秆水解酸化的影响,pH值、曝气处理对相分离的效果,以期为秸秆两相法厌氧发酵工艺提供基础参数。研究结果表明,在总固体(TS)质量分数8%、35℃条件下,与秸秆单相厌氧发酵相比,采用两相工艺能将沼气中甲烷含量平均由50%提高至66%,但对秸秆原料产气量没有显著影响,接种毛头鬼伞菌（编号为0901）及厌氧污泥可以加快稻秸水解,与对照相比,稻秸半纤维素、纤维素降解率分别提高了2.11倍和8.91倍,间歇曝气不仅不能抑制产酸相产甲烷,还影响总产气量,调节酸化相pH值6.0,可以有效抑制秸秆产酸相的产甲烷,水解酸化相产气所占系统比例由79.52%下降到18.88%,甲烷相产气比例由20.48%提高到81.12%,以上研究为秸秆两相厌氧发酵控制技术提供有益参考。     

水稻秸秆用量对淹水培养土壤表层溶液理化性质的影响

采用模拟培养的方法,研究水稻秸秆用量对淹水培养土壤表层溶液理化性质的影响。试验根据秸秆还田量设0g·盆-1、100g·盆-1、200g·盆-1和300g·盆-14个处理,每盆装土15kg,施尿素2.8g以调节系统碳氮比,分别测定培养液的电导率、pH、全氮、全磷、全钾等指标。研究结果表明,各处理表层溶液电导率在培养初期呈上升趋势,第36d达到最大值,分别为960μs·cm-1、1150μs·cm-1、1467μs·cm-1和1620μs·cm-1,随后略有降低,到培养结束时分别为683μs·cm-1、910μs·cm-1、1083μs·cm-1和1277μs·cm-1。pH值在培养的前3d呈缓慢下降趋势,与秸秆用量呈负相关;从第4d开始pH迅速升高,16d后达到相对稳定状态,到培养结束时变化不大。施加的尿素导致各处理培养液中全氮在20d内保持较高浓度,随后全氮浓度迅速下降,到第76d,下降趋势减缓;施加秸秆对全氮浓度影响较小,施加秸秆能够提高全磷含量。秸秆中钾释放迅速,培养1d后,溶液全钾含量达到较高浓度,分别为6.87mg·L-1、36.10mg·L-1、60.27mg·L-1、114.23mg·L-1,在整个培养期全钾浓度变化不大。淹水培养条件下施加秸秆能够增加培养液中电导率、全磷及全钾浓度,与秸秆用量呈正比,但对pH、全氮影响较小。从养分流失角度考虑,控制田面养分流失主要时期为水稻秸秆还田后30d内。     

酸-超声波预处理及糖化水解稻草研究

采用室内实验方法,研究了酸-超声联合预处理稻草对其化学组成以及糖化效果的影响,并与传统酸预处理法的效果进行了对比。结果表明,与未经处理的稻草相比,经酸-超声波处理的稻草其半纤维素、木质素含量最高分别减少了64．46％、62．19％,纤维素含量最高则上升了73．20％,而酸处理的稻草相应数值只能达到56．72％、59．90％及53．41％。同时分别对两种方法的稻草糖化的工艺条件通过正交试验进行了优化,得出两种方法的稻草最佳糖化条件均为：pH值为4．8,温度为45℃,酶浓度为20mg·g-1。在该条件下,对于酸一超声波预处理稻草,在糖化108h以后还原糖浓度稳定并达到最大值26．4g·L-1,而对于酸预处理稻草,在糖化120h以后还原糖浓度才稳定并达到最大值26．2g·L-1,且前者能比后者产生更多的葡萄糖以及更少的木糖,更有利于提高后续酒精发酵的效率。     

两步法高效水解水稻秸秆制取木糖和葡萄糖

在序批式高压反应釜反应器中,采用两步法研究了水稻秸秆在稀硫酸水溶液中水解为木糖和葡萄糖,系统考察了反应温度、反应时间、水稻秸秆用量和稀酸浓度对水稻秸秆水解反应的影响。实验结果表明:与传统一步法酸水解相比,采用两步法酸水解水稻秸秆,既可以得到很高的木糖产率,又可以得到较高的葡萄糖产率;反应温度、反应时间和酸浓度对水稻秸秆酸水解产物的分布和产率有着重要影响。第一步水解反应中,当底物用量为1.5 g,酸浓度为0.5%wt时,140℃反应120 min,木糖产率高达162.6 g·kg-1;第二步水解反应中,当底物用量为0.5 g,酸浓度为1.0%wt时,180℃反应120 min,葡萄糖产率高达216.5 g·kg-1。本研究为农业废弃物水稻秸秆的高效和高值资源化利用提供了新的策略。     

鸡粪与玉米秸秆混合发酵沼气产量影响因子研究

为探索物料配比、发酵温度、初始发酵浓度与产气量之间的关系以及各因素的重要性,通过自行研究设计的可控性恒温发酵装置,以玉米秸秆和鸡粪混合物为原料,在20、25、30、35、40℃下按不同干物质配比及初始发酵浓度分别进行厌氧发酵,分析不同物料配比、发酵温度、初始发酵浓度对发酵过程中pH值、累积产气量和TS产气量的影响,并对影响沼气发酵的各因子进行重要性排序。结果表明,物料配比、初始发酵浓度和发酵温度是影响产气量的重要因子,鸡粪与玉米秸秆2∶1、初始发酵浓度为20%时沼气产量最大;发酵温度在35℃左右时,各处理均能达到最优发酵效果;各因子对沼气产量影响的重要性依次为温度〉初始发酵浓度〉配比。因此,适当调整发酵温度以及初始发酵浓度将会有效提高沼气发酵利用效率。     

氧化铁辅助农业固碳减排的技术探索

通过选取水稻秸秆、猪粪、污泥和颗粒有机肥,添加氧化铁后分别进行室内好气培养（25℃）和田间填埋矿化（夏季）,以探索农业固碳减排的技术途径。结果表明,室内好气培养条件下,氧化铁明显降低了水稻秸秆、猪粪、污泥和颗粒有机肥的CO2释放速率,整个培养期间的CO2累积释放量分别由未添加氧化铁的10934．45、5426．12、5288．43和794．90mgCO2-C·kg^-1降低为添加氧化铁的125．47、1535．15、1473．36和498．72mgCO2-C·kg^-1,以水稻秸秆的效果最为显著。田间填埋条件下,除了颗粒有机肥的有机碳降解速率基本未受氧化铁影响外,其余3种有机物料在每一取样阶段的有机碳降解速率均受到了氧化铁的有效抑制。填埋90d后,水稻秸秆、猪粪和污泥的有机碳降解速率分别由未添加氧化铁的34．06％、14．91％和19．90％降低为添加氧化铁的24．25％、9．45％和14．24％,也以水稻秸秆的效果最为显著。可见,无论是室内好气培养还是田间填埋矿化,氧化铁均表现出对有机物料矿化降解的有效抑制作用,具有明显的有机碳固持能力。     

秸秆还田下氮肥运筹对白土田水稻产量和氮吸收利用的影响

【目的】研究小麦秸秆直接还田条件下不同氮肥基追比例运筹方式对白土稻田水稻产量和氮素吸收利用的影响, 为华中低产白土稻田水稻合理施肥提供科学依据。【方法】设置2种小麦秸秆还田量(0和3000 kg/hm2)及3种氮肥基肥-分蘖肥-穗肥施用比例(80-0-20、 60-20-20 和40-30-30)和不施氮的对照, 共7个处理, 分别为N80-0-20、 N60-20-20、 N40-30-30、 N80-0-20+S、 N60-20-20+S、 N40-30-30+S和CK。水稻收获期采集代表性样品考察水稻产量结构性状, 同时测定水稻籽粒和秸秆产量, 分析籽粒和秸秆氮素含量, 计算水稻氮素吸收量和氮肥利用效率。【结果】基肥-分蘖肥-穗肥施用比例60-20-20的处理水稻籽粒产量最高, 两年试验较不施分蘖肥的对照分别增产9.4%~12.9%和7.4%~8.9%。实施小麦秸秆直接还田后, 水稻籽粒产量较不施秸秆的对照分别提高10.2%~23.4%和0.8%~5.5%。不施秸秆条件下, 基-蘖-穗肥施用比例60-20-20的处理水稻籽粒含氮量最高, 较不施氮的对照提高11.3%, 而秸秆含N量随中后期追肥比例的加大而提高。秸秆还田条件下, 氮肥后移能明显提高水稻籽粒和秸秆含氮量。水稻籽粒氮素吸收量, 基-蘖-穗肥比例60-20-20处理最多, 2011年较对照N80-0-20分别增加13.7%和24.8%, 2012年提高14.5%和9.2%; 秸秆氮素积累量则随中后期追肥用量的增加而增多, 基-蘖-穗肥比例40-30-30处理最多。不施秸秆条件下, 基-蘖-穗肥比例60-20-20的处理氮素干物质生产效率、 氮素稻谷生产效率、 氮收获指数均最高, 百公斤籽粒吸氮量最低。秸秆还田条件下, 氮素干物质生产效率和氮素稻谷生产效率均随中后期追肥量的增加而下降, 而百公斤籽粒吸氮量则最高。氮素农学效率、 氮肥回收利用率和偏生产力也是60-20-20比例的处理最高, 较对照N80-0-20农学效率分别提高4.90和2.44 kg籽粒/kg N, 氮肥利用率提高7.82和21.29个百分点, 偏生产力提高4.90和2.44个百分点。【结论】综合水稻产量、 氮素吸收量以及氮肥利用效率, 安徽省江淮丘陵低产白土地区, 小麦秸秆直接还田条件下, 单季中稻氮肥的基肥-分蘖肥-穗肥施用比例, 以60-20-20运筹方式较为适宜。     

稻草切碎全量还田抛秧栽培双季稻立苗和生长的影响因素

为实现机械化稻草切碎全量还田条件下抛栽水稻的快速立苗,在大田条件下研究了稻草还田(设稻草全量还田和稻草不还田)以及在稻草全量还田条件下秧龄(早稻设25、30 d,晚稻设20、25、30 d)、抛栽方式(设点抛和人工撒抛)、耕作方式(设机械深耕和机械旋耕)对早、晚稻抛栽立苗及水稻生长的影响。结果表明,相同条件下,稻草全量还田不利于晚稻立苗及根系生长,但对早稻影响较小;晚稻稻草全量还田的秧苗立苗时间比稻草不还田至少延长2 d;抛栽2 d后单株根质量大于稻草不还田;抛栽4 d后稻草全量还田处理水稻叶面积、黄叶比低于稻草不还田处理。相同耕作与抛栽方式下,秧龄越短水稻立苗和根系生长越快,早稻30 d秧龄秧苗立苗时间比25 d至少长2 d;晚稻30 d秧苗立苗时间比20 d秧苗至少长3 d,比25 d秧苗至少长1 d。相同耕作方式及秧龄条件下,早、晚稻点抛后的立苗角度、立苗比例均大于撒抛,且早稻点抛立苗时间比撒抛至少缩短2 d,晚稻至少缩短1 d。相同抛栽方式及秧龄条件下,晚稻深耕立苗时间比旋耕短、根系数量比旋耕多;早、晚稻深耕秧苗的叶面积指数大于旋耕。生产上,在稻草全量还田时,早稻秧龄宜为25 d,晚稻秧龄宜为20～25 d,采用点抛及深耕的方式有利于抛栽稻立苗及生长。     

麦稻两熟地区不同埋深对还田秸秆腐解进程的影响

为探讨稻麦两熟地区还田秸秆的腐解进程,用尼龙网袋法研究了麦稻秸秆不同埋深(0、7、14.cm)对还田秸秆腐解及C/N比的影响。结果表明,在麦田,埋深14.cm的秸秆腐解速度最快,覆盖在表层较慢。稻田由于有水层的作用和高温高湿的环境,秸秆腐解比麦田快,覆盖在表层比埋入土中的略慢。麦季稻秸覆盖还田一季后秸秆残留率在60%左右,埋入土中的残留率在40%左右;稻季麦秸覆盖还田一季后秸秆残留率在25%左右,而埋在土中的残留率在20%左右。随着还田秸秆的腐解,秸秆含氮量逐渐增加,全碳含量下降,秸秆C/N比降低。麦季稻秸覆盖C/N比较高,而稻季麦秸覆盖的C/N比较低。一季后麦田稻秸的C/N比平均在30左右,稻田麦秸在15以上,比土壤腐殖质的C/N比高,说明种植一季作物后,还田的秸秆尚未完成腐殖化过程。     

高效木质纤维素分解菌群筛选及其酸碱调节能力研究

为获得能够改良土壤酸碱性的微生物群体, 以混合堆放牛粪、鸡粪的储粪池外围土样为材料, 采用限制培养技术筛选了一组木质纤维素分解菌群, 并对该菌群在不同初始pH下的适应能力和纤维材料的分解能力及其耐盐特性进行了研究。结果表明: 以不同碳源(滤纸、玉米秸秆、稻草秸秆和小麦秸秆)制作不同初始pH(5.0~11.0)的培养基, 接种木质纤维素分解菌群后培养基pH均迅速向中性变化, 第3 d集中至8.0左右, 6 d后稳定至7.8~8.6; 7 d内滤纸、玉米秸秆、稻草秸秆和小麦秸秆失重率分别超过93.15%、50.53%、44.29%和42.60%; 以滤纸为惟一碳源、NaCl浓度2.0%的培养基接种, 7 d滤纸失重率达84.82%。木质纤维素分解菌群具有较强的适应及调节pH能力, 且能够高效分解木质纤维材料, 并具有一定的耐盐特性, 可见该菌群在酸碱土壤酸碱性改良领域具有一定开发潜力。