不同有机固体废弃物水解产酸特性研究

在实验室条件下,考察了农村常见的3大类10种有机固体废弃物水解产酸特性及其作为秸秆两相厌氧发酵水解相混合原料的可行性,对原料水解过程中水解液的pH值,COD,挥发性脂肪酸(VFAs)组成及含量进行了分析.结果表明,不同原料水解产酸特性存在较大差异,但也有一定的共性,在实验用10种废弃物中,除白菜残体外,其他9种废弃物水解液中VFAs组成均为乙酸占绝对多数,白菜残体、鸡粪和包菜帮水解液中丙酸含量较高,西兰花秆和西瓜皮中异丁酸含量较高,其他原料水解液中丙酸、丁酸和戊酸含量均较低甚至未检出;在实验用10种原料中,厨余垃圾水解产酸的效果最好,水解液pH值最低达3.64,COD最高达65992 mg·L-1,且VFAs中以乙酸为主,不会对后续产甲烷产生抑制,最适合作为秸秆两相厌氧发酵水解相的混合原料.从各物料水解产酸特性看,这10种废弃物均可作为厌氧发酵产沼气的原料,但厨余垃圾、包菜帮和西兰花秆厌氧发酵产沼气时需提防酸抑制影响产气的问题.     

厌氧发酵对猪与奶牛两种粪污固液相中磷含量的影响

阐明畜禽粪便厌氧发酵过程中磷在固、液相中含量变化,对畜禽粪便养分管理极为重要.以猪粪和奶牛粪为发酵原料,在中温[(37±2)℃]条件下,采用连续流动搅拌反应器(CSTR)进行了130d厌氧发酵试验,分析厌氧发酵过程中磷元素的总量及其在固体和液体中的分布变化.结果表明,猪、牛粪发酵后总磷损失率分别为2.96％和2.44％.猪粪和牛粪沼渣(即总出料的固体与残留在反应器内的固体总和)中的总磷量分别为进料(含本底值)总磷量的95.95％和91.96％.与进料相比,猪粪发酵后随沼液排出的总磷在液体中的含量降低了77.35％,在固体中的含量降低了29.95％;而牛粪总磷在液体中的含量降低了79.47％,在固体中的含量增加了38.66％.猪粪和牛粪发酵后的沼液中可溶性磷含量降低了79.04％和78.77％.经厌氧发酵后,猪、奶牛粪中的磷元素会由液相向固相迁移.     

秸秆床厌氧发酵产沼气系统优化试验

针对前期研究中发现秸秆床反应器内秸秆在发酵后期上浮、进水短流等问题,采取在秸秆床反应器内增加导气管、在秸秆捆底部预留缓冲空间以及2种方式组合的方式,研究改进措施对秸秆床反应器及整个发酵系统产气、化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)去除等的效果。结果表明:直接以打捆秸秆为固定相,以猪粪废水为流动相的处理在猪粪废水有机负荷为2.13 kg/(m3/d)条件下出现轻度酸化,产气受到明显抑制,日产气量明显低于其它处理,继续提高猪粪废水有机负荷后各处理间无明显差别;采用增加导气管、增加缓冲空间以及导气管+缓冲空间的方式改善了秸秆床反应器内发酵环境,未出现酸化现象,日产气量稳定性明显提高。试验结束时,各处理秸秆床反应器累积产气量较对照分别提高了18.90%、9.05%和22.48%,累积产甲烷量较对照分别提高了23.02%、9.34%和25.21%;采用该研究提出的改进措施对二级反应器产气组成无明显影响,各处理平均甲烷含量均在68%左右,对整个秸秆床发酵系统累积产气量、平均甲烷体积分数以及COD去除率无明显影响。以上结果表明,在秸秆床反应器内增加导气管对提高反应器产气量、甲烷含量及产气稳定性有较好的效果,在条件允许的情况下可以考虑在反应器底部增加缓冲空间。     

稻草与猪粪混合厌氧消化特性研究

在中温条件下(35℃),研究了稻草中添加猪粪对厌氧消化过程的影响,分析了消化过程中日产气量、累积产气量、甲烷含量、pH、挥发性脂肪酸以及硝态氮和氨态氮的变化.结果表明,将猪粪与稻草混合厌氧消化产沼气可以顺利进行,混合物的VS产气量为330.14 L·kg-1VS,沼气中甲烷含量为62.88%,添加猪粪对稻草产气量和有机酸的影响不明显,但对发酵过程中可能出现的酸积累有一定的缓冲作用.添加猪粪可以大幅提高发酵液中NO3-N含量,较稻草的处理提高34.53%,对提高消化液的肥料价值有重要意义.因此,将稻草与猪粪混合厌氧消化产沼气是完全可行的.     

落叶堆肥过程中有机物的动态变化

为研究落叶堆肥过程中有机物的动态变化特征,进行了50 d的高温好氧堆肥试验.结果表明:堆肥中有机质、挥发性固体、腐殖质、游离腐植酸以及富里酸(FA)呈下降趋势;腐殖质碳/有机碳[w(GHM)/w(TOC)]先减小后增加,最后稳定在47.3%～47.6%;胡敏酸[w(HA)]呈上升趋势;胡敏酸/富里酸[w(HA)/w(FA)]在堆肥过程中迅速增加,从堆肥初始的0.43增加到堆肥结束时的1.02,表明堆肥有机物向腐殖化和稳定化方向转化;E4/E6先增加后缓慢降低.表明w(GHM)/w(TOC)可作为评价落叶堆肥腐熟和稳定的参考指标,而腐殖质含量、w(HA)/w(FA)以及E4/E6作为评价落叶堆肥腐熟的指标不太合适.     

蘑菇渣与落叶联合堆肥过程中养分变化的研究

以落叶、蘑菇渣和鸡粪为原料,在长45.5 cm、直径31.0 cm的圆柱形堆肥仓内,采用间歇式强制通风方式,进行为期44 d的堆肥试验。试验设未灭菌蘑菇渣与落叶联合堆肥和灭菌蘑菇渣与落叶联合堆肥2个处理,研究蘑菇渣中的微生物对落叶堆肥过程中养分变化的影响以及蘑菇渣与落叶联合堆肥过程中养分的变化情况。结果表明,在通风量为0.20 m3.h-1、通风时间为20 min.h-1的条件下,处理一(添加高温灭菌的蘑菇渣)和处理二(添加未高温灭菌的蘑菇渣)在堆肥11 h后分别达到52.0℃和52.5℃的高温,并且分别保持50℃以上达77 h和72 h;添加未经高温灭菌的蘑菇渣可以加快落叶中有机质的降解,降低堆肥C/N,提高钾的积累,加快中木质纤维素的降解速度,表现为在堆肥结束时,处理二的筛过率较处理一高7.84%;蘑菇渣对落叶堆肥过程温度、水分、总氮、总磷、挥发性固体、pH、NH4+-N和NO3--N的影响不大。因此,添加未灭菌的蘑菇渣对落叶堆肥有促进作用,但对堆肥过程中的养分变化影响不大。     

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。     

牛粪与互花米草混合厌氧消化产沼气的试验

在中温（35℃）条件下,采用批式发酵方式,研究了牛粪对互花米草厌氧生物转化的影响以及牛粪与互花米草不同混合比例对互花米草厌氧生物转化的影响。试验设置了互花米草与牛粪VS（挥发性固体）比分别为7︰1（SC71）、3︰1（SC31）、1︰1（SC11）、1︰3（SC13）和1︰7（SC17）等5个处理。结果表明：混合发酵对系统产气有促进作用,日产气量稳定,产气高峰较单独发酵提前了13 d,累积产气量提高了38.83%。牛粪与互花米草不同比例混合发酵的试验中,SC71、SC11、SC13和SC17的累积产气量分别为SC31的92.99%、79.00%、73.59%和61.17%;混合发酵提高了系统的缓冲能力,牛粪的比例越高,系统的缓冲能力越强,且不会出现有机酸的积累;X射线衍射谱图和傅里叶红外光谱的结果进一步证明,混合发酵促进了微生物对互花米草中有机物的分解,对纤维素结晶区的破坏有一定的促进作用。以互花米草与牛粪VS比3︰1的效果最好.     

水葫芦能源化利用研究进展

水葫芦能源化利用,可获得数量可观的生物质能。水葫芦对生长环境要求不高,生长迅速,将其用于环境治理、生态修复、以及用作堆肥、饲料等领域,符合经济可持续发展的要求。近年来水葫芦能源化利用主要集中在水解和发酵、炭化、气化、固化成型、厌氧消化以及综合利用等方面,取得了一定进展,也存在一定问题。今后将重点研究如何提高水葫芦能源化利用的效率以及拓展水葫芦的利用途径,提高水葫芦的环境友好性。     

蚯蚓堆制玉米秸秆的厌氧发酵产气特性

针对高浓度秸秆厌氧发酵过程存在酸化现象,采用蚯蚓堆制预处理玉米秸秆进行厌氧发酵产气特性研究.结果表明高VS浓度(8%)的秸秆厌氧发酵产气量高于低VS浓度(6%)的产气量,但是高VS浓度在发酵过程中容易产生酸积累,进而出现酸化现象,酸化对发酵产气有阻抑作用;蚯蚓堆制预处理后的秸秆在厌氧发酵产气过程中产气比较稳定,pH值处于正常范围内,不会出现酸化现象,但累计产气量偏低.