稻秸酶解和沼气发酵臭氧氨水联合预处理技术研究

对稻秸进行了臭氧氨水联合预处理提高酶解糖化和沼气发酵效率的实验研究,探索了臭氧氨水联合预处理对木质纤维素降解、单糖质量浓度、还原糖质量浓度和沼气发酵气体产率的影响。结果表明:臭氧氨水两步预处理进一步强化了脱木质素能力,有效提高了稻秸酶解糖化效率和沼气发酵产气率,增强了纤维降解利用率。酶解过程中,随着臭氧用量的增加,葡萄糖质量浓度先增加后降低,臭氧用量0.75 g/g时葡萄糖质量浓度最高,为36.92 g/L;氨水浸泡时间越长,还原糖质量浓度越高,氨水浸泡6 h的还原糖质量浓度为60.51 g/L。因此,酶解的适宜臭氧氨水联合处理条件为臭氧用量0.75 g/g和氨水浸泡时间6 h。对于沼气发酵,臭氧用量1.0 g/g和氨水浸泡时间9 h获得了较高甲烷产率,为165.39 mL/g,有效提高了稻秸产气效率和木质纤维素利用率。     

臭氧氨水预处理对稻秸酶解和沼气发酵影响的试验研究

对稻秸进行了臭氧氨水联合预处理提高酶解糖化和沼气发酵效率的实验研究,探索了臭氧氨水联合预处理对木质纤维素降解、单糖质量浓度、还原糖质量浓度和沼气发酵气体产率的影响。结果表明:臭氧氨水两步预处理进一步强化了脱木质素能力,有效提高了稻秸酶解糖化效率和沼气发酵产气率,增强了纤维降解利用率。酶解过程中,随着臭氧用量的增加,葡萄糖浓度先增加后降低,0.75g/g臭氧用量时葡萄糖质量浓度最高,为36.92g/L;氨水预处理时间越长,还原糖浓度越高,氨水预处理6h的还原糖质量浓度为60.51 g/L。因此,酶解的适宜臭氧氨水联合处理条件为0.75g/g臭氧用量和6h氨水浸泡时间。对于沼气发酵,1.0g/g臭氧用量和9h氨水浸泡时间获得了较高甲烷产率,为165.39m L/g,有效提高了稻秸产气效率和木质纤维素利用率。     

两步预处理对厌氧消化产酸纤维酶解和沼气发酵的影响

对厌氧消化产酸纤维(挥发性脂肪酸生产废渣)进行了酶解糖化和沼气发酵实验研究,探索了乙酸氨水两步预处理对木质纤维素降解、葡萄糖浓度、木糖浓度和沼气产率的影响。结果表明:乙酸氨水两步预处理进一步降解了厌氧消化产酸中的半纤维素和木质素,而且纤维素回收率较高,为77.47%~81.44%,其中4%乙酸处理和10%氨水处理实验组的纤维素质量分数达到56.82%,半纤维素质量分数仅为7.94%;在上述预处理条件下,酶解糖化效率最高,葡萄糖质量浓度达到47.46 g/L,葡萄糖得率为67.73%;同时在此乙酸氨水两步预处理条件下的沼气产率明显优于单独乙酸和单独氨水预处理,获得的最高沼气产率为414 mL/g,有效提高了厌氧消化产酸纤维的产气效率。     

能源草厌氧发酵产气性能与动力学分析

选取象草和杂交狼尾草等5种能源草为发酵原料,采用中温批式厌氧消化工艺,研究能源草发酵前后理化特性变化和发酵产气性能,并对累积产气动力学分析。研究结果表明:不同能源草的发酵产气性能与原料特性之间有较大的关系,其产气率与木质素成负线性相关。杂交狼尾草由于刈割时生长时间较长,使得木质素质量分数(24.88%)较高,其产气性能较差,实际产甲烷率仅为理论产甲烷率的26.95%,而华南象草刈割时木质素质量分数(15.82%)较低,其产气性能较好,VS累积产气率为379.58 m L/g,VS产甲烷率为228.55 m L/g,生物燃气中甲烷体积分数为60.21%。对累积产气曲线拟合,发现采用修正Gompertz方程能较好模拟能源草发酵累积产气率的变化过程。该研究可对能源草的能源化开发利用提供参考。     

稀酸稀碱预处理的稻秸两步厌氧发酵性能分析

基于两步厌氧发酵工艺,对比稀酸、稀碱预处理条件下的稻秸降解规律和水解液产甲烷潜力。HCl质量分数为0.5%~2.5%范围内(60℃),1.0%和1.5%的水解液COD值最高,HCl水解时稻秸半纤维素下降幅度大,水解液中葡萄糖质量浓度较低。Na OH质量分数为0.5%~4.0%范围内(60℃),0.5%和1.0%的水解能力弱,2.0%和3.0%时水解效率高,当Na OH质量分数高于2.0%时,纤维素、半纤维素和木质素均下降,木质素降解率最高。酸、碱实验组固液比为7.5%时均有良好的水解效率。以HCl和Na OH水解液序批式产甲烷,5个进料周期中HCl水解液COD的平均单位质量产气率为631~906 m L/g,Na OH实验组为340~373 m L/g,单位质量产气率受进料浓度差异的影响较小,主要受酸、碱等不同水解方法的影响,酸、碱实验组发酵类型不同,酸实验组的产酸过程更充分。     

低温冻融-酶解预处理对稻秆厌氧发酵产气特性的影响

为利用我国寒冷地区天然冷资源,在实验室模拟低温环境(Z组:-4℃,S组:-20℃),探索低温冻融及纤维素酶液预处理对水稻秸秆中温厌氧发酵产气特性的影响。结果表明,浸泡温度30℃、浸泡时间4 h、液固比15 m L/g条件下水稻秸秆持水力最佳。冷冻后解冻液中木糖质量(Z3组:6.5 g,S2组:7.2 g)大幅增加,半纤维素转化率(Z3组:24.1%,S2组:26.6%)增幅显著(p0.05)。经纤维素酶解后其水解液中葡萄糖质量(Z3组:13.5 g,S2组:14.5 g)大幅增加,纤维素转化率(Z3组:30.9%,S2组:33.2%)增幅显著(p0.05)。对预处理后的原料进行厌氧发酵,累计产气量最高543 m L,较CK提升73.5%(S4组),平均甲烷体积分数最高提升160.4%(S2组),且随着冷冻时间的延长(Z组48 h以上,S组24 h以上)厌氧发酵周期缩短(共19 d),产气高峰提早到来且峰值较高。过酸化现象得到有效缓解,能够更快地进入到甲烷化阶段。     

钙基催化吸收剂对玉米秸秆热解气化制氢特性的影响

在一个2段式生物质热解气化装置上考察了钙基催化吸收剂对玉米秸秆制氢特性的影响,结果表明:CaO添加可原位吸收气化过程中生成的CO_2,强化制氢过程向生成更多H_2的方向移动。当热解气化温度为650℃、S/B为2、CaO/C摩尔比为1时,产气中H_2体积分数从28.7%上升至56.2%,H_2产率则从64.3 m L/g上升至195.8 m L/g,而CO_2体积分数由21.5%下降至1.1%。而且,CaO的CO_2吸收强化性能与气化温度密切相关,在600~700℃范围内,玉米秸秆热解气化可获得很高的H2体积分数和较高的H2产率。以CaO吸收剂为载体进一步引入Ni O活性组分,可降低产气中小分子碳氢气体,提高产气中的H2体积分数和产率。在NiO负载量为10%时,产气中H2体积分数可达63.7%,而H_2产率对比添加CaO时则接近翻倍,达到了341.3 m L/g。     

有机成分比例对餐厨废弃物厌氧发酵特性的影响

为确定餐厨废弃物厌氧发酵过程中脂肪、淀粉和蛋白质的交互作用规律,采用混料设计研究了3种有机成分不同混合比例对中温厌氧发酵产甲烷特性和降解特性的影响。结果表明:脂肪、淀粉和蛋白质分别单独作为原料时,其产甲烷性能都受到了不同程度的抑制,平均生化产甲烷势分别为345.36、59.80、135.87 mL/g,相应地占理论产甲烷量的34%、14%和26%;其降解性能也受到了明显的影响。当三者进行混合发酵时,表现出了明显的协同作用。建立各有机成分在混合发酵中配比与发酵的生化产甲烷势和挥发性固体降解率之间的回归模型并进行参数优化,优化结果为脂肪、淀粉、蛋白质质量比为36∶30∶33时,可获得最高的生化产甲烷势和挥发性固体降解率。经验证最优配比时生化产甲烷势、挥发性固体降解率分别为451.36 mL/g、79.62%。     

畜禽粪便两相厌氧发酵的实验

实验研究了不同温度(25℃、30℃和35℃)和不同进料质量分数(6%、8%和10%)对牛粪水解酸化的影响.结果表明,温度和进料质量分数对牛粪水解酸化过程有很大影响.在酸化温度为35℃、进料质量分数为6%时,水解酸化效果最佳,酸化时间为5～9天.在此基础上,采用控制产甲烷罐进料量和进料频率的方法,进行了提高两相厌氧发酵容积产气率的研究.结果表明,通过控制产甲烷罐进料量和进料频率能明显提高容积产气率.在进料质量分数为6%时,5L/12h进料量的综合效果最佳,容积产气率达到最大为2.30 m3/(m3·d).     

酶预处理对秸秆类原料厌氧发酵特性的影响

为探索经木霉培养液预处理的秸秆厌氧消化产气特性,利用实验室自制小型厌氧发酵装置,在中温(30±1)℃条件下,分别对经预处理的稻秸、麦秆和稻麦秆混合物进行批式厌氧发酵试验。结果表明:料液质量分数10%、接种物质量分数20%条件下经木霉培养液预处理过的秸秆产气量有明显提升,稻秸、麦秆、稻麦秆混合物总产气量分别达到14 555、15 103、17 130 m L;甲烷含量显著增长,平均甲烷体积分数分别为48.2%、45.4%和47.8%,较对照组提高205.1%、213.1%、214.5%。最高甲烷体积分数分别达60.5%、66.1%和66.8%;原料利用率较大提高,化学需氧量COD日均降解量分别为522.23、542.50、668.72 g/d,TS产气率分别达172.84、183.12、205.54 m L/g;其中经预处理后的稻麦秆混合物在产气量增加的前提下,大大缩短厌氧发酵时间(DT90:17 d)。发酵过程p H值、挥发性脂肪酸(VFA)变化情况均在正常范围。