沼渣物理特性及沼渣纤维化学成分测定与分析

以反刍动物粪便厌氧发酵生产沼气剩余物沼渣为研究对象,采用振动筛分分组、统计分析、图像处理和Fibertec 2010&M6纤维分析系统分析等方法,对沼渣的物理成分及沼渣纤维化学成分进行了测定分析。研究结果表明,沼渣主要由质量分数为64%的纤维、35%的非矿物质和1%的矿物质组成;沼渣纤维中纤维素、半纤维素、木质素、灰分及其它各成分的质量分数分别为44.8%、21.9%、15.6%和17.7%。从而得出结论：反刍动物粪便厌氧发酵生产沼气后的沼渣中纤维素含量较水稻、小麦和玉米等作物秸秆的高5%以上,半纤维素含量较水稻、小麦和玉米等农作物秸秆低5%。研究结果为沼渣资源化、高值化利用技术研究奠定了基础。     

喷淋次数和接种量对序批式秸秆牛粪混合干发酵产气性能的影响

序批式干法厌氧发酵产沼气技术可明显提高有机废弃物处理能力,但在提高以秸秆为主的农业废弃物发酵效率核心工艺及产气性能方面还缺乏系统的研究。该文通过调节喷淋次数和接种量研究了以玉米秸秆为主要原料的序批式干法厌氧发酵产气性能,并通过模型拟合、水解产物分析等手段揭示了影响水解和甲烷生产的制约因素。结果表明,调节喷淋次数和接种量均对沼气产量具有显著性影响（P<0.05）。喷淋次数为4次/d,接种量不低于质量分数20%时,沼气产量最大为251.6 L/kg。而且,产气高峰期甲烷体积分数平均为55%左右。增加接种量、提高喷淋次数可有效促进底物的水解。但是,甲烷产量、最大产甲烷率却呈现先增加后降低的趋势,并明显受到有机酸（丙酸）、氨氮积累浓度的制约,水解产物高效转化对提高产气效率具有重要作用。该研究可为改善秸秆序批式干法厌氧发酵工艺优化提供理论指导。     

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。     

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。     

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。     

CaO预处理提高玉米秸秆厌氧消化产沼气性能

为探索CaO预处理方法对玉米秸秆厌氧消化产沼气的影响,采用了3种不同质量百分数的CaO分别在3种不同处理时间下对玉米秸秆进行预处理,并在中温条件下进行了厌氧消化试验。试验结果表明,经过CaO预处理后,玉米秸秆的组分被不同程度破坏,厌氧消化产沼气能力有较大提高,厌氧消化时间有所缩短。综合日产气量、累积产气量、厌氧消化时间等各项参数来看,以5%CaO预处理3d的处理效果最佳,与未经预处理的效果相比,累积产气量提高了136.85%,消化时间缩短了5d,总固体（TS）和挥发性固体（VS）去除率分别提高了21.72%和7.18%,综合效果要优于其他处理组,有效地提高了玉米秸秆厌氧消化的产气量和产气效率。     

秸秆厌氧发酵改性制备成型燃料试验

针对秸秆压缩成型存在设备磨损严重和厌氧发酵面临的抗生物降解屏障,提出了一种秸秆厌氧发酵改性制备成型燃料的思路并进行了试验研究。以玉米秸秆为原料,在总固体质量分数12%和中温38℃下对原料分别进行为期10和20 d的厌氧发酵,发酵后的沼渣经粉碎和干燥后于100℃、6 MPa条件下压缩成直径10 mm的颗粒燃料。试验结果表明：经过10和20 d的发酵,玉米秸秆所含能量仅有14.49%和32.01%转移到沼气中;沼渣弹筒发热量分别达到18.01和18.05 MJ/kg,高于原料的17.02 MJ/kg;沼渣挥发物质质量分数为74.08%和72.63%,比原料的81.02%分别下降了8.6%和10.4%;沼渣木质素质量分数为16.98%和17.92%,比原料的13.65%分别增加了24.4%和31.3%;沼渣苯醇抽提物质量分数为5.66%和4.86%,比原料的7.52%分别降低了24.7%和35.4%。成型试验结果表明：沼渣制成的成型燃料松弛密度分别为1.041 g/cm3和1.150 g/cm3,比未发酵秸秆的1.019 g/cm3分别提高了2.2%和12.86%。厌氧发酵改性有助于提高秸秆成型性能、制粒达到相同松弛密度所需的压力较小,有助于降低成型过程设备磨损,且基于上述思路形成的气固二元燃料生产工艺,使秸秆的转化利用不再受制于抗降解屏障,值得深入研究。     

木质纤维素生物质厌氧发酵沼渣热化学转化利用研究进展

厌氧发酵技术可以将木质纤维素生物质转化为沼气,并伴随副产物沼渣产生。随着大型沼气工程的发展,大量沼渣排放已成为厌氧发酵技术推广应用的主要限制因素之一,亟须对沼渣进行快速有效处理。其中,沼渣的热化学转化利用符合大型沼气工程发展趋势,是当前的研究热点之一。首先分析木质纤维素沼渣的原料特性与热化学转化潜力;再对沼渣成型燃料、热解以及水热炭化等领域的研究现状进行分析,着重对沼渣衍生产物特性、热化学转化过程中存在的问题以及与厌氧发酵结合的潜在优势等方面进行讨论;最后,对沼渣热化学转化的发展趋势进行了展望。木质纤维素生物质厌氧发酵与沼渣热化学转化结合的应用模式研究对大型沼气工程推广应用具有一定的科学意义。     

玉米秸秆与巢湖蓝藻混合厌氧发酵的产沼气性能

为了提高蓝藻的资源化利用效率,该研究利用玉米秸秆和蓝藻混合厌氧发酵制备沼气。结果表明,与单一的玉米秸秆或蓝藻发酵过程相比,玉米秸秆和蓝藻混合发酵能够有效促进沼气的生成。当玉米秸秆、蓝藻和接种污泥混合挥发性固体(volatile solid,VS)质量比是2:8:1,产气效果最佳,挥发性固体产气量为687.3mL/g,其中甲烷体积分数达到63.3%。同时该体系液相磷酸盐含量、总碳、总有机碳也最高,表明该系统内发生为了蓝藻的有效降解。研究结果对于农业废弃物和巢湖蓝藻的资源化利用具有一定的意义。     

低温产甲烷菌群对玉米秸秆低温厌氧消化的生物强化作用

为研究产甲烷菌群对秸秆低温厌氧消化的生物强化作用,试研究将长期驯化的低温产甲烷菌群投加至秸秆厌氧消化体系中,对比不同添加剂量(3%、6%、9%、12%、15%和18%)对低温(20℃)批式厌氧消化性能的影响。对产甲烷性能、中间代谢产物进行统计学和动力学分析,评价生物强化效果,确定最佳剂量,结合微生物群落分析揭示生物强化作用机制,结果表明：生物强化可促进秸秆低温厌氧消化,提高甲烷率1.27～2.24倍,促进乙酸和丙酸的降解,避免酸抑制,相比对照组缩短厌氧消化时间(T₈₀)12～19d;动力学分析表明：生物强化可缩短厌氧消化的延滞期;统计学分析表明：强化甲烷产量的最佳剂量为12%,单位质量菌群强化甲烷产量的最佳剂量为6%;微生物群落分析显示生物强化促进低温厌氧消化的主要原因是提高了产甲烷菌Methanothrix和Methanosarcina相对丰度。     

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。     

NaOH预处理提高甘蔗叶产甲烷性能及其机理分析

为提高甘蔗叶厌氧消化的产甲烷性能,采用NaOH对粉碎后的甘蔗叶进行了预处理,得到了不同NaOH浓度、不同预处理时间条件下甘蔗叶厌氧消化的甲烷产率,并研究比较了预处理前后甘蔗叶微观物理形态、化学分子结构和化学组分的变化。结果表明:与未预处理甘蔗叶相比,NaOH预处理甘蔗叶的累计产甲烷量提高了22.02%～89.94%,厌氧消化时间T80缩短了2～4 d,其中6%NaOH-5d预处理甘蔗叶的产甲烷性能最好;NaOH破坏了甘蔗叶表面蜡质层和细胞壁结构,促进了甘蔗叶表面二氧化硅、木质素等分解,打破了对纤维素的束缚;预处理后甘蔗叶的木质纤维素结构发生明显变化,其中木质素的羟基、甲氧基和羰基等部分官能团发生不同程度断裂,紧致的大分子结构发生分解,纤维素的结晶度降低,部分氢键遭到破坏,半纤维素发生了分子间和分子内的降解;预处理甘蔗叶的木质纤维素含量均有不同程度的降低,可被微生物分解利用的有机物质增多,其中6%NaOH-5d预处理甘蔗叶厌氧消化的木质素、纤维素、半纤维素降解率分别提高了9.27%、25.14%和21.52%。因此NaOH预处理是一种提高甘蔗叶厌氧消化产甲烷性能的有效方法。     

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。     

复合菌系MC1预处理对玉米秸秆厌氧发酵产甲烷效率的提高

采用高效纤维素分解菌复合系MC1对玉米秸秆进行预处理,以提高玉米秸秆厌氧甲烷发酵的效率和产气量。复合菌系预处理的结果表明,预处理发酵液的pH值呈先下降后升高的趋势,与以往的复合菌系发酵产物pH值特性相似。在14 d的预处理过程中,秸秆质量减少了59.0%,其中纤维素减少了53.1%,半纤维素减少了76.4%。发酵液中的可溶性糖含量最大值出现在第2 d,为1.44 g/L。化学需氧量（COD）和挥发性产物最大值均出现在第4 d,监测到的5种挥发性产物的量分别为乙醇2.38 g/L、乙酸0.57 g/L、丙酸0.11 g/L、丁酸0.62 g/L和甘油0.22 g/L,因此,处理4 d后最适合甲烷发酵。厌氧发酵的结果表明,与未处理的玉米秸秆的厌氧发酵相比,预处理后的秸秆总产气量和总甲烷量分别了提高了33.0%和58.1%。结果表明,MC1对玉米秸秆预处理后,可明显提高甲烷产量,具有较高的利用潜力。     

NaOH处理玉米秸秆厌氧生物气化试验研究

提出通过NaOH化学处理以改善玉米秸秆的可生物消化性能、提高玉米秸秆厌氧消化产气量的方法。NaOH添加量为玉米秸秆干物质的8%。对未处理和经NaOH处理的玉米秸秆进行了厌氧消化对比试验研究，厌氧消化负荷率为35，50，65和80 g/L。分析并比较了两者在不同负荷率下的日产气量、累积产气量、单位TS和VS产气量等。结果显示，与未处理玉米秸相比，NaOH处理过的玉米秸的干物质消化率和产气量明显提高，在35，50，65，80 g/L负荷率下，产气量分别提高了13.1%，39.8%，48.3%和47.8%，单位TS、VS的产气率分别提高了13.1%～48.3%、23%～61.3%；两种玉米秸分别在35和65 g/L负荷率下获得了最高单位TS产气量。NaOH化学处理使玉米秸细胞壁结构和化学成分发生了明显的变化，分别有53.2%、46.9%和66.6%的木质素、纤维素和半纤维素被分解，其中1/2～2/3被转化成了易被厌氧菌利用的可溶性物质,这是产气量提高的主要原因之一。研究结果对提高玉米秸的产气效率、实现大规模应用具有重要指导意义。     

杂交狼尾草厌氧发酵的物质与能量转化率分析

为了解厌氧发酵过程中的C、N元素流动状况以及物质和能量的转化利用效率,以杂交狼尾草为原料,采用中温(35±1)℃批式厌氧发酵工艺,研究了杂交狼尾草厌氧发酵制备沼气的产气性能,在此基础上结合物质流分析方法分析了发酵过程中C、N元素的分布情况以及物质与能量的转化率.研究结果表明:C/N 167和25下,杂交狼尾草鲜料的VS(挥发性固体)产气量分别为280.02和242.33 mL/g,其中CH4体积分数分别为59.96%和61.46%;C/N 137和25下,青贮料的VS产气量分别为327.02和295.43 mL/g,其中CH4体积分数分别为58.49%和61.05%;C元素的流向分布:沼气33.1%,发酵液8.0%,发酵渣58.9%;N元素主要流入剩余物中:发酵液69.4%,发酵渣30.7%.杂交狼尾草厌氧发酵制备沼气的物质转化率和能量转化率分别为42.1%和33.1%.该研究为能源草本植物的资源管理和厌氧能源化利用提供了理论依据.     

汽爆麦草的两相法生物气化

蒸汽爆破作为一种新型的预处理方法被初次运用于麦草的两相气化系统，以碳酸氢铵作为补充氮源调节碳氮比，并在相同条件下以未汽爆麦草作对照试验。以汽爆麦草为原料时，水解反应器的pH值低于加入未汽爆麦草的pH值，并且在25 d后慢慢升至7；以两种麦草为原料时，甲烷反应器的pH都稳定在7左右，此时最适合甲烷生成。汽爆麦草的总固形物和挥发性固形物含量分别降低了57.5% 和62.1%，下降率差不多是未汽爆麦草的2倍；纤维素和半纤维素的降解率也有了显著的提高，分别为63.0% 和67.4%；木质素的降解率变化不大，都在5％左右。汽爆麦草的总产气量高于非汽爆麦草，并且一直保持较高的增长率，而非汽爆麦草的增长率一直较低；两种麦草产生的生物气中的甲烷含量大致相同，在水解反应器中后期为50％左右，在甲烷反应器中为70％左右。以上结果表明，汽爆可以促进麦草的降解，提高生物气的产量，是一种行之有效的预处理技术。     

金属阳离子促进酸预处理玉米秸秆效果

0.01%稀硫酸辅助超声波洗涤玉米秸秆可除去大量K、Ca、Mg及P元素。洗涤后秸秆用0.1%硫酸预处理时,硫酸中添加金属氯盐预处理时半纤维素降解率达37%,预处理渣的酶解率最高达23%;经洗涤的秸秆在未添加金属氯盐时,其值分别为17%和 12%。添加金属氯盐使反应体系溶液pH值降低,但添加与金属氯盐溶液的pH值相同的纯硫酸预处理经洗涤的玉米秸秆时,半纤维素降解率为19%,低于添加金属氯盐预处理的半纤维素降解率37%。几种氯盐中,FeCl3促进酸预处理半纤维素降解率高于其他几种。可知,金属氯盐特别是氯化铁能促进稀硫酸预处理玉米秸秆半纤维素降解率,且pH值降低不是引起预处理效率提高的关键原因。