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。     

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。     

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。     

香蕉秸秆与牲畜粪便固体联合厌氧发酵产沼气的特性

为了探讨香蕉秸秆与牲畜粪便的组合对固体厌氧发酵产沼气特性的影响,该文在20%的固体质量分数和中温(35±1)℃条件下,分别开展了不同质量分数的牛粪或猪粪与香蕉秸秆的联合厌氧发酵产气性能的比较研究。结果表明,与香蕉秸秆单独厌氧消化相比较,分别组合质量分数为75%的牛粪和猪粪,沼气累积产量可提高1.3～2.0倍。虽然组合猪粪或牛粪皆可改善底物厌氧消化产气性能,促进产气量的提高,但二者对改善底物的厌氧产气特性的影响不同,组合猪粪可以显著增强产气效率。对于猪粪与香蕉秸秆的组合底物,当猪粪的质量分数为50%时,甲烷产率和累积甲烷产量达到最高值,分别为191 mL/g和12.7 L,较牛粪与香蕉秸秆的组合底物分别提高了69%和92%。而沼气产率和累积沼气产量最高值出现在猪粪的质量分数为75%时,较牛粪与香蕉秸秆的组合底物分别提高了18%和32%,达到365 mL/g和23.9 L。此外,2种牲畜粪便的组合亦可显著增强底物中纤维素和半纤维素降解,它们的降解率相较于香蕉秸秆单独厌氧消化最高可提高1.2和3.6倍。该文研究结果可为香蕉秸秆和牲畜粪便固体厌氧产沼气工程提供参考。     

4种畜禽粪便厌氧发酵产甲烷特性研究

本文采用玻璃厌氧发酵罐研究了猪粪、牛粪、鸡粪和鸭粪在室温下发酵20 d过程中产甲烷气量及其受物料特性影响的规律, 为动物废弃物的资源化利用提供指导。研究表明, 在同等条件下猪粪、牛粪、鸡粪和鸭粪经过20 d的厌氧发酵后, 总产气量从大到小排序为牛粪>鸭粪>猪粪>鸡粪, 分别为2 649 mL、2 515 mL、1 964 mL、1 278 mL; 与总产气量排序相似, 上述粪便厌氧发酵总固体物质降解产气率分别为47.60 mL·g^-1、45.23 mL·g^-1、37.27 mL·g^-1和33.49 mL·g^-1。猪粪在厌氧发酵过程中易发生酸化, 第10 d发酵液 pH降到5.62, 从而导致产气量下降; 鸡粪在厌氧发酵过程中铵态氮含量过高, 发酵液铵态氮含量在前5 d就快速增长, 第15 d达到最大值3 604 mg·L^-1, 从而抑制产气。可见, 源于物料自身的pH和铵态氮含量变化是影响畜禽粪便发酵液厌氧产气的重要因素。     

固态厌氧消化过程中有机质、有机酸和产气量空间异质性

研究反应器内发酵物料中有机质、有机酸和产气量在反应器中的空间差异对于有效提高混合物料的厌氧产气效率具有关键作用。该文以猪粪和秸秆混合物料为发酵原料,接种活性污泥,采用中温（35℃）筒式两相厌氧发酵工艺,对混合固态物料厌氧消化过程中不同区域料液的有机质、有机酸和产气速率进行监测,并主要分析其纵向的空间异质性变化。结果表明：固态厌氧发酵过程中,TS、VS、乙酸、丙酸、丁酸和戊酸的质量分数随着物料距反应器底面高度的增加而增大,越接近料液顶端,纵向差异越强,反之浓度降低越快,这5种关键物质在料液底部浓度较为均一,异质性明显降低;产气速率和单位VS累计产气量随着物料距反应器底面高度的增大而增加,皆为底层最低而顶层最高;反应过程中存在核心厌氧区,厌氧系统累计产气量和料液高度具有明显的幂增函数（R2=0.9754）关系,该研究为固态厌氧高效发酵提供了数据参考。     

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。     

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。     

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。     

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。     

提高沼气产量的外源添加物筛选研究

目前,大部分农村沼气池存在着沼气产量不高的问题,而一些外源添加物可以通过加速厌氧发酵的水解速率或刺激产甲烷菌的新陈代谢过程提高沼气产量.该文分别以猪粪和产甲烷培养基为底物进行厌氧发酵,筛选出能提高沼气产量的外源添加物,并将其进行优化组合,得出最佳用量.试验结果表明:以猪粪为底物进行发酵时,添加啤酒糟能促进底物水解、提高产气量,前4 d的池容产气率比对照高23.17%;以产甲烷培养基为底物时,蛋白胨氨基酸等混合物(物质M)和微量元素液Ⅱ均可刺激产甲烷菌代谢、促进产气,发酵第23 d的累计产气量分别比对照高51.02%和13.37%;随后将筛选出的三种外源添加物进行以猪粪为底物的正交及验证试验,综合考虑促气效果及经济性得出最优组合为微量元素液Ⅱ 10 mL/L,啤酒糟2.5 g/L,物质M 0.05 g/L,该组合在沼气池试验中能提高28.46%的产气量.该试验结果为一种沼气促进剂的研制奠定基础.     

粪草比对干式厌氧发酵产沼气效果的影响

弄清粪草比对干式厌氧发酵产气效果的影响,对改进干式厌氧工程具有重要意义。该文按A、B、C、D设计了4组试验：A组为单独猪粪,B组为单独稻草,C组为猪粪与稻草质量比2︰1,D组为猪粪与稻草质量比1︰2。试验进行了62 d,反应温度设定为（35±1）℃,各组反应的TS（总固体）浓度均为30%。结果显示,产气曲线出现拐点的时间A组在第48 d,B组在第40 d,C组在第26d,D组在第25 d。C、D两组总产气量分别为15715 mL和13186 mL。而根据A、B两组单独原料产气量推算,C、D两组的产气潜力分别为15168 mL和13838 mL。实际测量值与计算值没有显著差别。调节粪草比可以从原料转化速率方面促进发酵效率,并不能提高原料的产气潜力。因此,粪草比改善的优势可能是改良原料结构和调节原料营养,而不是改善发酵原料的转化潜力。     

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。     

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。     

猪、牛粪厌氧发酵中氮素形态转化及其在沼液和沼渣中的分布

了解厌氧发酵过程中畜禽粪便氮素的形态转化及其在沼液和沼渣中的分布,是沼液和沼渣有效处理及合理利用的理论基础和前提条件。该研究以猪粪和牛粪为原料,在中温((37±2)℃)条件下采用连续搅拌反应器进行厌氧发酵,分析此过程中氮素形态转化及在固相和液相的分配。研究结果表明:厌氧发酵130d后,猪粪和牛粪氮素损失率分别为12.2%和11.5%。猪粪和牛粪沼渣(即出料的固体与残留在反应器内固体的总和)中的氮量分别为进料总氮量的61.9%和72.7%。发酵后的出料中,猪粪的氮量在液相中增加了约10.7%,在固相中降低了约28.0%;而牛粪的氮量在液相中降低了约8.7%,在固相中增加了约2.8%。猪粪和牛粪发酵出料中NH4+-N质量的增幅分别达162.2%和90.0%,占总氮量的43.3%和30.5%;而NO3--N质量分别降低了约50.0%和45.2%,不足总氮量的1%。猪粪发酵后残留在反应器中的沼渣干质量远大于牛粪,运行过程中需定期排渣。     

恩诺沙星对厌氧发酵过程中水解酶活性及 沼气产量的影响

兽用抗生素因其具有防病、促生长的作用被广泛应用于畜禽养殖业,而在畜禽粪便发酵生产沼气的过程中,残留在畜禽粪便中的抗生素可能会抑制沼气发酵过程。该文以猪粪和玉米秸秆为原料,采用自行设计的恒温厌氧发酵装置,研究了外源添加恩诺沙星(ENR)对猪粪厌氧发酵过程中水解酶活性及产气量的影响。结果表明,添加20 mg·kg?1、60 mg·kg?1和120 mg·kg?1恩诺沙星条件下,猪粪厌氧发酵初期不同浓度恩诺沙星对纤维素酶和脲酶活性有显著抑制作用(P0.05);厌氧发酵的前15 d,添加20 mg·kg?1恩诺沙星对蔗糖酶活性有一定的激活作用(P0.05),添加60 mg·kg?1和120 mg·kg?1的恩诺沙星对蔗糖酶活性有抑制作用(P0.05);猪粪厌氧发酵后期,恩诺沙星对纤维素酶、脲酶和蔗糖酶活性影响不显著(P0.05)。在发酵产气速率增长期的第5~11 d和21~31 d,添加20 mg·kg?1、60 mg·kg?1和120 mg·kg?1恩诺沙星对沼气产气速率有明显抑制作用(P0.05);而在发酵的第31 d后,添加各浓度恩诺沙星对沼气产气速率影响不大。在整个50 d的厌氧发酵过程中,与不添加恩诺沙星的对照相比,添加20 mg·kg?1、60 mg·kg?1和120 mg·kg?1恩诺沙星处理的总产气量分别减少7.38%、12.08%和15.77%。可见,恩诺沙星影响了猪粪厌氧发酵过程中水解酶活性和沼气产气速率及产气量,在厌氧发酵不同阶段,恩诺沙星对不同水解酶活性和产气速率影响也不同。该文研究结果可为无害化处理含恩诺沙星的畜禽粪便及提高厌氧发酵效率提供参考。     

牛粪厌氧发酵酸化处理条件的优化

在牛粪厌氧发酵过程中,高含量的木质纤维素降低了厌氧发酵的水解酸化速度,水解酸化阶段成为牛粪厌氧发酵过程的限速步骤。为提高牛粪两相厌氧发酵甲烷的产量,对酸化处理条件进行优化。利用两相厌氧发酵工艺,在35℃发酵条件下,研究牛粪酸化处理时间、搅拌频率、料液浓度和尿素添加量对甲烷总产量的影响。单因素试验结果表明,最佳的酸化时间、搅拌频率、料液浓度、尿素添加量分别为96 h、3次.24 h 1(60 r·min-1,1 min·次-1)、8.0%、1.28 g·L-1。在单因素试验基础上,选取酸化时间、料液浓度、尿素添加量为自变量,以甲烷总产量为响应值,根据中心组合设计原理设计试验。采用3因素5水平的响应面分析法,建立酸化处理条件对甲烷产量影响的回归模型,进行显著性和交互作用分析。结果表明,在35℃、搅拌频率为3次.24 h 1(60 r·min-1,1 min·次-1)酸化条件下,酸化料液浓度对甲烷产量影响最大,尿素添加量次之,酸化时间影响最小;酸化最佳处理条件为:酸化时间93.7 h、料液浓度8.3%、尿素添加量1.26 g·L-1。经过优化,甲烷含量、总产气量、挥发性固体含量(VS)和化学需氧量(COD)去除率分别比未酸化处理提高了14.3%、44.7%、41.8%和33.9%,而酸化处理对纤维素、半纤维素和木质素含量影响不显著。由此可见,牛粪酸化处理有利于甲烷产生,可提高甲烷含量及VS和COD去除率。     

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。     

适宜原料压实度改善玉米秸秆厌氧干发酵特性

干发酵原料中固形物含量高,结构疏松,原料的压实度直接关系到发酵罐的利用率和生产成本。为了探讨原料压实度对厌氧干发酵过程的影响,该文以玉米秸秆粉为试验材料,研究了不同固形物含量(TS)条件下原料压实度对厌氧干发酵产气特性及物料特性变化的影响,结果表明:相同TS下,随着压实度的增加,日产气量(基于可挥发性固形物,VS)峰值降低且出峰时间略有滞后;原料压实度对累积产气量、日产气量变化趋势以及甲烷体积分数的影响不明显。基于发酵罐容积计算产气量时,原料压实度与日产气量峰值、累积产气总量以及累积甲烷产量均呈显著正相关。不同TS条件下的原料压实度对厌氧干发酵过程的影响程度不同,TS含量越高原料压实度对产气量的影响越明显。TS为20%和25%时,逐层压实发酵罐的单位容积累积产气量比自然填料罐分别提高了37.1%和60.2%。当发酵料初始TS为20%时,原料压实度的增加可促使物料中形成连续的液相,改善物料层间的传质,从而使发酵料上下层间的差异减小。当发酵料初始TS提高到25%时,原料压实度增加对传质特性无明显影响。综上所述,在该试验研究范围内,提高原料压实度可以保证玉米秸秆厌氧干发酵产气过程的正常进行,且可以显著提高发酵罐的容积利用率。该研究对厌氧干发酵原料压实度与发酵特性之间的关系进行了初步探讨,以期为有效提高厌氧干发酵罐的产能能力提供参考。     

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）。