应用α-淀粉酶水解城市生活垃圾的研究

摘要用α-淀粉酶水解城市生活垃圾,研究了水解过程中α-淀粉酶添加量、水解温度、水解时间和底物浓度对水解度的影响。结果表明,α-淀粉酶水解城市生活垃圾的适宜条件为：α-淀粉酶添加量80IU／g,水解时间60min,水解温度80℃,底物浓度10％．     

堆肥预处理对生物质厌氧消化特性的影响

[目的]探索通过生物预处理提高富含纤维素、木质素等难降解成分原料厌氧消化的产气率的最佳工艺和生物学特性。[方法]利用好氧堆肥的方式对生物质进行预处理,研究预处理对厌氧消化过程中产气率、甲烷含量、pH值、水解酶活性和COD去除率等特性的影响。[结果]经过3～6d的堆肥预处理,厌氧消化产期率明显提高,气体中甲烷含量达到70%,对提高COD去除率和原料中各种水解酶活性等均有明显促进作用。[结论]生物质堆肥预处理的最佳时间为4～5d。堆肥预处理可通过提高厌氧消化原料的初始温度和各种水解酶的活性,明显提高生物质厌氧消化过程中沼气产气率。     

热水除油对餐厨垃圾产沼气量的影响

[目的]研究不同温度热水浸泡除油对餐厨垃圾厌氧消化产沼气量的影响。[方法]在40℃条件下,通过厌氧发酵试验分析不同温度热水浸泡除油后餐厨垃圾厌氧消化产气潜力。[结果]热水除油处理降低餐厨垃圾脂肪的含量,提高p H值,提高水解率;常温处理(25℃)、60℃、80℃及100℃热水浸泡除油后餐厨垃圾的单位挥发性固体(VS)产气潜力分别为745、557、603、646 m L/g;随着热水除油温度的提高,餐厨垃圾厌氧发酵的总固体和挥发性固体降解率增大。[结论]热水浸泡除油可提高餐厨垃圾的水解率,提高产气潜力。     

荞麦淀粉酶水解工艺条件研究

为探索荞麦淀粉酶水解特性及工艺条件,试验采用中温α-淀粉酶、真菌α-淀粉酶及其不同组合对荞麦淀粉进行水解,并在水解温度、pH、底物浓度及酶用量等单因素试验的基础上进行了二次回归正交旋转试验,确定了荞麦淀粉酶解工艺条件。结果表明,真菌α-淀粉酶适用于荞麦淀粉水解,其淀粉转化率和DE值均较高;各因素对真菌α-淀粉酶水解荞麦淀粉影响程度大小依次为pH>水解温度>酶用量>底物浓度;真菌α-淀粉酶水解荞麦淀粉的适宜工艺条件为:水解温度54℃,pH 6.0,底物浓度50 g/L,酶用量100~130 U/g,水解时间为75 m in,在此工艺条件下荞麦淀粉酶水解度为66.05%。     

生物有机垃圾厌氧消化制取甲烷的研究

[目的]倡导垃圾分类的新理念。[方法]在37℃条件下对沈阳市源分类后城市生物有机垃圾进行为期50 d批消化处理试验。[结果]结果表明:沈阳市皇姑区和东陵区示范小区城市生物有机垃圾厌氧消化沼气实验室产量为0.799和0.803 m3/kg VS,沼气中甲烷浓度分别为52.84 vol%和53.17 vol%,4个示范小区厌氧生物降解率分别为82.52%、73.76%5、9.53%及64.41%;消化过程中,pH值的调节方式对沼气的产量及厌氧最终生物降解率无显著影响,对沼气的产气时间有影响。一次大量投料可缩短pH值调节时间,提高产气效率;沈阳市示范小区城市生物有机垃圾产气量(G)关于TS(T)、VS(V)的一元线性回归关系为:G=2.33+0.29T和G=0.89+0.65V,相关系数分别为0.980 3和0.907 5。[结论]该研究为生物有机垃圾厌氧消化制取甲烷的进一步研究提供了依据。     

高温蒸煮除油对餐厨垃圾厌氧消化的影响

[目的]探讨高温蒸煮除油对餐厨垃圾性状及厌氧发酵的影响。[方法]在37℃条件下,通过批式试验分析不同温度蒸煮去油后的餐厨垃圾厌氧消化产气潜力。[结果]蒸煮除油处理提高了餐厨垃圾的sCOD、溶解性糖、溶解性蛋白的水解;未加热处理餐厨垃圾、110℃、120℃及130℃蒸煮除油后餐厨垃圾的单位挥发性固体(VS)产气潜力分别为766、578、624和646 ml/g;随着蒸煮除油温度提高,餐厨垃圾厌氧发酵的总固体(TS)和VS降解率增大。[结论]蒸煮除油可提高餐厨垃圾的水解效果,有利于提高产气潜力。     

生物炭对餐厨垃圾厌氧消化的影响

[目的]探究生物炭对餐厨垃圾厌氧消化过程的影响。[方法]通过向序批式厌氧消化系统中添加不同比例生物炭,研究其对餐厨垃圾厌氧消化效率及系统稳定性的影响。[结果]生物炭的添加可有效调节系统C/N,减少氨氮抑制,增强微生物活性,提高系统稳定性及厌氧消化产气效率。未添加生物炭处理(CK)的累计产气量为1 618 m L,甲烷含量为39%;而添加生物炭处理平均累计产气量达(2 939±473)m L,且平均甲烷含量均在50%以上;反应体系中添加生物炭处理的氨氮浓度均保持在2 000 mg/L左右,而对照处理的氨氮浓度均在2 500 mg/L以上,系统稳定性较差。生物炭添加量7%处理的累计产气量最高,达3 307 m L,平均甲烷含量55%,产甲烷菌群活性最高时,辅酶F420吸光值可达0.68,TS、VS和油脂去除率分别为60%、72%和61%。[结论]该研究可为餐厨垃圾的无害化处理和资源化利用提供科学依据。     

接种比对餐厨垃圾中温厌氧消化的影响

在(37±1)℃条件下采用批式厌氧消化试验方法,研究接种比(m(接种物)∶m(底物),按挥发性固体(VS)计)为1∶1、2∶1、3∶1和4∶1时去油和未去油餐厨垃圾的厌氧消化性能。结果表明:未去油和去油后餐厨垃圾发酵过程中,接种比为3∶1时产气量最高,单位挥发性固体(VS)沼气累积产气量分别为951.2和851.4mL/g,单位VS甲烷累积产气量分别为546.1和499.1mL/g;接种比为1∶1时,产气量最低,单位VS沼气累积产气量分别为831.5和730.3mL/g,单位VS累积产甲烷量分别为524.1和425.8mL/g。接种比为1∶1时,未去油和去油后餐厨垃圾在厌氧消化初始阶段pH较低,且沼气日产气量和甲烷浓度也明显低于其他各组。未去油餐厨垃圾累积产气量比去油后餐厨垃圾累积产气量高12.6%。随着接种比逐渐提高(1∶1~4∶1),未去油和去油后餐厨垃圾发酵过程延滞期逐渐缩短;未去油餐厨垃圾在适宜接种比(2∶1~4∶1)范围内延滞期均高于去油餐厨垃圾。餐厨垃圾油脂含量较高,厌氧消化延滞期较长;提高接种比有利于缩短消化时间,提高反应器运行效率。     

餐厨垃圾两段式厌氧消化的性质研究

为实现餐厨垃圾资源化利用,采用水解酸化-厌氧消化两段式发酵,将餐厨垃圾水解酸化5 d后,利用活性污泥对酸化液进行16 d的厌氧消化,考察以餐厨垃圾为原料的生物甲烷的生产效率。结果表明,经水解酸化后,产酸现象明显,pH下降至4.69,乙酸浓度达3.11 mg/mL,酸化液的sCOD浓度达174.34 g/L。厌氧消化段产气效果明显,2 d内产气量达最高峰,pH由7.89下降至7.54,但未产生明显抑制。第6天产气量出现第二个峰值,而后随着消化体系有机质含量变少产气量逐渐降低。产气期间消化体系一直维持碱性状态,甲烷产率平均值为315.47 mL/g VS,累积沼气中平均甲烷含量为53.79%,甲烷最高含量达67.49%。可见两段式厌氧消化能够有效进行餐厨垃圾处理。     

小麦麸皮纤维稀酸水解糖化工艺研究

[目的]提高小麦麸皮纤维糖化率,使小麦麸皮得到高效利用。[方法]以小麦麸皮为原料,采用正交试验的方法,以还原糖浓度和水解率为考察指标,研究了稀酸浓度、温度、时间、底物浓度对小麦麸皮纤维酸水解糖化的影响。[结果]温度对酸水解制备还原糖影响非常显著,酸浓度对水解影响明显,时间和底物浓度对小麦麸皮酸水解的影响不明显。小麦麸皮酸水解糖化工艺最佳条件为温度100℃,酸浓度1.5%,时间3.0 h,底物浓度0.067 g/ml;该条件下,小麦麸皮纤维酸水解后还原糖浓度达到38.137 mg/ml,水解率为51.485%。[结论]该研究提高了小麦麸皮纤维酸水解制糖能力,可为小麦麸皮的工业加工应用提供理论依据。     

城市生活垃圾中木质素含量测定方法的优化

[目的]为更有效地处理生活垃圾提供参考。[方法]采用硫酸法测定生活垃圾中的木质素。以垃圾中脂肪抽提时间、硫酸浓度、水解反应温度、水解反应时间、加水稀释硫酸浓度、回流时间为考察因素进行6因素5水平正交试验。[结果]测定生活垃圾中木质素含量时各因素影响大小为：回流时间〉水解反应温度〉硫酸浓度〉脂肪抽提时间〉水解反应时间〉加水稀释硫酸浓度。测定生活垃圾中木质素含量的最佳条件为：脂肪抽提时间1h、硫酸浓度60%、水解反应温度20℃、水解反应时间1h、加水稀释硫酸浓度9%、回流时间3h。优化后木质素的测定条件RSD均小于1.51%,表明该方法的精度高,适用于垃圾填埋各个阶段的木质素含量测定,且分析结果准确可靠,符合分析方法的要求。[结论]优化了城市生活垃圾中木质素含量的测定方法。     

餐厨废弃物厌氧发酵工艺优化

[目的]考察温度、有机负荷、接种量3个关键参数对餐厨废弃物厌氧发酵过程的综合影响。[方法]采用正交试验法综合考察了批量式发酵过程餐厨废弃物产沼气及降解效果,并进行了验证试验。[结果]温度是影响餐厨废弃物厌氧发酵的显著因素;最佳发酵条件为温度35℃、接种量350 g、有机负荷40 g,在此条件下发酵产气中平均CH4含量可达68.75%,TS产气率及VS产气率分别为661.96和708.97 m L/g,能源转化效率可达79.92%。[结论]可为以餐厨废弃物为原料的沼气工程提供技术参考。     

城市固体有机废弃物厌氧消化处理技术研究进展

在城市生活垃圾清运量逐年增加的情形下,实现其中有机质无害化以及资源化处理,对当今城市化进程的发展和环境资源的保护具有重要的意义.综述了我国城市生活垃圾的清运状况以及厌氧消化技术在处理城市生活垃圾中的研究进展,并着重分析了影响厌氧消化效果的主要因素.同时,简述了厌氧消化后剩余固体产物沼渣的资源化技术.针对我国城市生活垃圾的特点,提出了厌氧消化技术仍将是我国生活垃圾未来资源化处置的重要方向.     

微量金属元素对中低温厌氧消化工艺的影响

[目的]探究微量金属元素对中低温厌氧消化工艺的影响。[方法]通过向序批式反应体系内投放微量金属元素(Fe、Co、Ni),研究不同温度条件下,厌氧消化效率的差异。[结果]35℃条件下,厌氧发酵对底物消耗更为迅速,产气效率更高,而20℃条件下,则更有利于刺激嗜冷产甲烷菌群的活性,各处理的p H多维持在6.5~7.0,更适宜厌氧发酵反应的进行。其产生的沼气,甲烷含量也相对更高,其中WP20处理平均甲烷含量可达52%。而投放微量金属元素,对不同菌种的刺激效果存在一定差异,在20℃条件下,微量元素对W菌种厌氧发酵产气效率影响最为显著;35℃条件下,微量元素对G1菌种影响较为明显,G1P35累计产气量达7 129 m L。[结论]该研究可为深入探讨低温条件下沼气生物强化菌群的微生物特性、环境因子互作、菌群时空分布和种群动力学提供技术支撑。     

餐厨废弃物与生活污泥协同厌氧消化后沼渣的资源化利用途径探索

[目的]探究生物炭土资源化利用途径,解决其消纳的问题。[方法]以镇江市生活污泥与餐厨废弃物协同厌氧消化后的生物炭土为研究对象,研究生物炭土用于苗木栽培基质、花卉栽培基质、屋顶绿化栽培基质的最佳比例。[结果]生物炭土用于苗木栽培基质的最佳比例为40%~50%,用于室外盆栽花卉基质的最佳比例为50%,用于室内盆栽花卉基质的最佳比例为10%。园林绿化废弃物的堆肥产品与蛭石、珍珠岩按照2∶1∶0.5混配后的基质可以满足屋顶绿化的要求。[结论]餐厨废弃物与生活污泥协同厌氧消化后沼渣——生物炭土可作为苗木栽培、花卉栽培、屋顶绿化栽培的基质。     

超声波预处理协同固体酸水解小麦秸秆制备乙酰丙酸的研究

[目的]研究超声波预处理协同固体酸水解小麦秸秆制备乙醇丙酸。[方法]以小麦秸秆为原料,采用超声波预处理和固体酸协同水解制备了乙酰丙酸,探讨了经过超声波预处理后水解温度、水解时间、固体酸用量、液固比对乙酰丙酸得率的影响,并采用响应面法建立二次回归模型对水解工艺进行了优化。[结果]乙酰丙酸的得率与固体酸用量、水解温度、液固比和水解时间等工艺有关;得出最优工艺条件为：水解温度235℃、反应时间35min、固体酸的用量为7.4%,此时乙酰丙酸的得率为22.98%,比在相同工艺条件下未超声波处理的得率提高了10.25%。[结论]在固体酸水解小麦秸杆制备乙酰丙酸过程中,通过超声波预处理的协同反应,能够有效提高乙酰丙酸的得率。     

絮凝剂对藻类后续厌氧消化过程的影响

[目的]研究絮凝剂对藻类后续厌氧消化过程的影响。[方法]对不同含固率条件下水华藻类的产沼潜力及聚合氯化铝絮凝剂对藻类消化的影响进行分析。[结果]水华藻类的产甲烷潜力较高,含固率为6.0%时单位有机质累积甲烷产量可达147.03 mL/g VS,但脱水过程中使用的聚合氯化铝会严重抑制厌氧消化过程,在较低含固率3.0%条件下,铝离子浓度达984 mg/L,产气量低于潜力值的60%。[结论]该研究为藻类厌氧消化处理提供参考,同时为调整藻类采收方法提供理论依据。     

玉米秸秆预处理后的酶水解及丁醇发酵

[目的]寻求玉米秸秆预处理后的最佳酶解工艺条件。[方法]采用碱浸泡法和氨水浸泡法对玉米秸秆进行预处理,考察预处理方法以及温度、酶用量、pH值、底物浓度等因素对玉米秸秆酶水解的影响,得出最佳酶解条件,并利用最佳条件下的水解液进行丁醇发酵。[结果]碱法预处理玉米秸秆能有效地提高酶的水解效率。玉米秸秆经过预处理后的最佳酶水解工艺条件为：pH值4．5～5．0,温度50℃,底物浓度3．33％,酶用量950U／g秸秆。利用秸秆水解液进行丁醇发酵后,溶剂（丁醇、丙酮、乙醇）的产率比值为10．O：1．5：1．0,与传统发酵（6：3：1）相比,提高了丁醇所占的比值。[结论]该研究为以木质纤维素为原料进行新能源的开发和利用验提供试验依据。