复合菌系CN6生长特性及在沼气发酵中的应用

为有效提高纤维素类原料厌氧发酵水解效率,根据不同菌株利用底物差异和产酶互补性,人工构建产纤维素酶复合菌系CN6.通过检测滤纸酶活和纤维素降解率,确定了复合菌系CN6的最适培养温度为30～37℃,最佳培养初始pH值为7.0,菌系CN6遗传性能稳定.复合菌系CN6应用于以牛粪为原料的室内沼气厌氧发酵,发酵0～15d时,挥发性脂肪酸质量浓度比对照提高26.5％～ 30.6％,发酵结束时,纤维素降解率比对照提高6.8％,沼气总产量比对照提高18.4％.     

厌氧发酵中挥发酸含量与碳酸氢盐碱度的滴定法修正

为探寻简单可行的厌氧发酵过程中挥发性脂肪酸(VFA)质量浓度与碳酸氢盐(TIC)碱度的测试方法,选用Nordmann滴定法与精密仪器法,在实验室条件下,对中温全混式鸡粪发酵液进行比较测定,并对该滴定法进行一定的修正。实验结果表明,修正前滴定法与精密仪器法测得的VFA质量浓度及TIC碱度存在极显著差异,均值相对误差均在50%以上,修正后差异性不显著,均值相对误差显著降低,且在有机负荷高于4.0g/(L·d)时,均值相对误差低于10%,可实现更为简便准确的VFA及TIC质量浓度测定;修正后滴定法测得的总VFA质量浓度与气相色谱法测得的乙酸质量浓度间存在良好的相关关系,可实现由滴定法估算实际厌氧发酵中的乙酸质量浓度;在对厌氧发酵系统的酸化预警作用中,相比于pH值,采用修正后滴定法测得的VFA与TIC质量浓度比更为及时有效。     

厌氧发酵碱度和有机酸在线监测系统设计与实验

厌氧发酵过程中发酵液缓冲能力不足容易导致系统酸化,碱度是衡量发酵液缓冲能力的重要指标,其在线监测成为控制厌氧发酵过程稳定运行的重要手段。设计了一种基于碱度和有机酸（VFA）联合滴定的在线监测系统,详细介绍了基于LabVIEW的软件系统设计。该系统能够同时测定碱度和VFA,实现了pH值标定、微量液体自动滴定和补充、实时生成滴定曲线、自动分析计算等功能。实验验证结果表明：该系统具有快速测定发酵液碱度和VFA的能力,相对标准偏差基本在5%左右,低于手动滴定值,测定的准确度和精度较高。     

猪场沼气工程开发与建设

在政策扶持和财政支持的推动下,我国沼气工程迅速发展壮大。沼气工程建设促进了猪场的生产发展,保护了猪场周边的区域性生态平衡,且给猪场带来巨大的经济效益和社会效益。但在效益的背后是沼气工程一些自身发展需要解决的问题,如自动监测预警系统的滞后性．微量元素的匮乏导致沼气工程运行不稳定等。同时,生猪产业的集约化、规模化趋势导致面源污染风险加大,而猪场沼渣沼液的农用安全指标监测数据和安全阈值的研究还不够深入透彻,沼液的达标排放依然存在技术难点,这些都有待于进一步的研究。     

猪场沼气工程开发与建设

@@@@在政策扶持和财政支持的推动下,我国沼气工程迅速发展壮大。沼气工程建设促进了猪场的生产发展,保护了猪场周边的区域性生态平衡,且给猪场带来巨大的经济效益和社会效益。但在效益的背后是沼气工程一些自身发展需要解决的问题,如自动监测预警系统的滞后性、微量元素的匮乏导致沼气工程运行不稳定等。同时,生猪产业的集约化、规模化趋势导致面源污染风险加大,而猪场沼渣沼液的农用安全指标监测数据和安全阈值的研究还不够深入透彻,沼液的达标排放依然存在技术难点,这些都有待于进一步的研究。@@@@毫无疑问,沼气工程是猪场新能源开发的重头戏,相较于太阳能和地源热泵技术,它在产业发展的道路上走得最远也最成熟。基于此,再本期主题中,本刊将用更多的版面,分专题就沼气的开发政策导向,沼气发电技术,沼气开发对循环生态猪场建设的影响等方面进行更为详尽的讨论,希望对太阳能和地源热泵技术的在猪场的开发提供些许借鉴。     

产乙酸复合菌系Th3培养及其在沼气厌氧发酵中的应用

为有效提高厌氧发酵过程中乙酸转化率和甲烷产量,将CD-2(Clostridium sordellii)、ZY-3(Clostridium bifermentans)和ZQ-1(Clostridium butyricum)3株利用不同底物的产乙酸菌混合培养,人工构建一个高效产乙酸复合菌系Th3,通过试验确定其最佳发酵条件为:初始pH值为7.0-8.0,按ZQ-1、ZY-3、CD-2顺序接种,CD-2:ZY-3:ZQ-1接种比例(体积比)为1:2:1,总接种量6%,30°C静置培养,乙酸产率达0.65g/(L·d)。经过代谢稳定性测定,Th3连续培养10代,乙酸产量维持稳定。复合菌系Th3应用于室内沼气发酵,(26±1)°C,在发酵初期和中期加入复合菌系Th3均能显著提高沼气日均产气量和产气率,初期添加可缩短发酵启动时间2～3d。在发酵末期加入复合菌剂对整个发酵产气过程没有显著影响。该研究不仅为构建高效微生物菌剂、提高厌氧发酵效率和发酵过程优化提供基础参数,而且表明该复合菌在沼气生产中有一定的应用价值。     

鸡粪高固体浓度进料厌氧消化连续运行性能

以鸡粪为处理对象,进料总固体（Total Solids, TS）浓度控制在15%,进行鸡粪高固体浓度进料厌氧消化试验,在水力停留时间（Hydraulic?Retention?Time, HRT）为 60 d的条件下,连续运行155 d考察发酵性能。试验结果表明,在有机负荷（Organic Load Rate, OLR）为1.5 g/(L·d)（以Volatile Solids, VS计算）和氨氮（Total Ammonia Nitrogen, TAN）浓度7.5 g/L的条件下,甲烷产率达到326 mL/g,总挥发性脂肪酸（Total Volatile Fatty Acids, TVFA）浓度在0.5 g/L左右, pH值在8.3以上,实现了低有机酸残留的鸡粪高固体浓度进料厌氧消化的稳定运行。鸡粪的水解率、酸化率以及产甲烷率分别为61%、47%和47%。厌氧污泥的比产甲烷活性（Specific Methanogenic Activity, SMA）为0.042 g/(g·d),显示有较好的代谢活性,利用一级动力学模型进行模拟,动力学常数为0.202 d-1,相关性系数为0.982。该研究验证了通过延长HRT适当降低OLR的方式,鸡粪高固体浓度进料厌氧消化可以耐受极高的氨氮浓度,为工程应用提供了可能性。     

鸟粪石沉淀法脱除氨氮对鸡粪厌氧发酵过程的影响

为缓解鸡粪厌氧发酵过程中产生的氨氮抑制,采用投加镁磷盐的方式,在厌氧发酵过程中原位脱除氨氮,考察鸟粪石沉淀法脱除氨氮对鸡粪厌氧发酵过程的影响及镁磷盐的利用效率。试验向稳定运行的半连续厌氧反应器内投加MgCl2·6H2O和K2HPO4·3H2O,理论脱除速率为3 000 mg/d。第一次加盐脱除氨氮后,试验组反应器内氨氮浓度由2 937 mg/L降低至1 466 mg/L,平均产甲烷量为0.39 L/g,相较对照组的0.33 L/g提高了18%,镁磷盐利用率为91%;第二次加盐脱除氨氮后,试验组氨氮浓度由2 232 mg/L降低至762 mg/L,平均产甲烷量为0.33 L/g,相较对照组的0.30 L/g提高了10%,镁磷盐利用率为90%。研究表明鸟粪石沉淀法能较好的与厌氧发酵过程相耦合,在脱除氨氮缓解抑制的同时,提高系统甲烷产量,并回收部分氮磷资源。     

湿贮存对玉米秸秆厌氧消化性能的影响

文章以华北地区和东北地区的玉米秸秆为原料,经前期原料特性分析及沼气发酵潜力的对比研究,分别进行实验室规模和工业规模湿贮存试验,研究湿贮存对原料产气潜力的影响并通过修正Gompertz模型进行动力学分析。研究结果表明,湿贮存可明显提高玉米秸秆厌氧发酵日均产甲烷峰值和甲烷含量。两个地区的玉米秸秆的沼气累积净产量分别为395 m L·g-1VS和396 m L·g-1VS,经过湿贮存60天的玉米秸秆品质较佳,沼气累积净产量分别提高7.5%和14.7%;在青贮壕内湿贮存365天的玉米秸秆品质明显降低,沼气累积净产量降低了23%。采用修正Gompertz方程能够较好模拟湿贮存前后玉米秸秆厌氧消化性能。因此玉米秸秆的高效湿贮存是其沼气工程高效稳定运行的前提。     

秸秆湿贮存过程添加剂协同调控对甲烷产量的影响

以干黄玉米秸秆为原料,研究可溶性糖(葡萄糖)及其与同型乳酸菌、异型乳酸菌、乙酸协同添加对原料湿贮存过程中品质及甲烷产量的影响。结果表明:单一葡萄糖添加组,贮存30 d,干物质损失率为4.7%,以乳杆菌属、片球菌属、肠球菌多种乳酸菌主导,乳酸与乙酸含量(干基质量比)分别为36 g/kg和5 g/kg,秸秆产甲烷潜力比空白组提高6.8%;葡萄糖植物乳杆菌协同(同型发酵)组,贮存30 d,干物质损失率为4.6%,乳酸含量升高至62 g/kg;葡萄糖短乳杆菌协同(异型发酵)组,贮存30 d,干物质损失率为5.5%,乳酸与乙酸含量分别达到44 g/kg和12 g/kg;两类乳酸菌的协同添加均未对产气潜力产生进一步促进作用;葡萄糖乙酸协同组,贮存30 d,干物质损失率为3.6%,乳酸与乙酸含量分别升高至75 g/kg和20 g/kg,异型乳酸发酵魏斯氏菌属丰度升高至16.87%,有效抑制肠杆菌属(腐败菌)生长,秸秆产甲烷潜力提高8.7%。综合分析本试验结果,当原料可溶性糖含量不足时,外源糖的补充是保证原料高效贮存及产气的关键,协同乙酸添加可强化以魏斯氏菌属为主导的异型发酵过程抑制腐败菌生长,强化贮存过程的稳定性。