秸秆厌氧消化试验研究

采用清瓶培养消化方法,在中温（32～35 ℃）环境下,研究了小麦秸秆在不同固含率下的厌氧消化状态。结果表明,小麦秸秆在固含率5%～25%范围内,理论产气数值与实际气体量成线性相关,方程： y=1.846 2x-448.73,R^2= 0.926 5;无论产气还是产酸和用酸平衡上,固含率25%是较适宜物料厌氧消化的浓度,产气量超过理论数值109.0 mL·g^-1;3种不同粒径的产气量最大是〈0.5 cm,其次1～2 cm,3～5 cm,考虑到粒径小容易酸化的原因,故选择秸秆厌氧消化的粒径范围〈2.0 cm。     

畜禽养殖场沼气工程厌氧消化技术优化分析

为推进畜禽养殖场沼气工程高效运行,提高其厌氧消化效率,该文选择了3座沼气工程,对其厌氧消化工艺、工程运行管理和投入产出情况进行分析探讨。在此基础上,提出中国畜禽养殖场沼气工程建设厌氧消化技术的优化运行方案：完全混合式厌氧反应器、升流式固体反应器和高浓度推流式反应器适用于高悬浮固体浓度、高固体发酵原料的“能源生态型”沼气工程;与厌氧消化工艺相匹配的要素是沼气工程日常调控的重点;热电肥联产能够实现沼气工程效益的最大化;利用太阳能加热、沼液回用发酵可以节约能源,降低工程运行成本。     

厌氧消化技术在生态环境保护上的应用

厌氧消化技术应用领域极广,在我国有较大市场,并能取得较好的能源、环境、社会和经济效益,但迄今仍未大量推广。文章回顾了该技术发展和应用的现状,特别是大中型厌氧消化（ 沼气） 工程技术水平和经常应用范围内的技术水平,分析了其综合价值和技术经济问题,讨论了加强厌氧消化技术在生态环境保护上应用的重要意义和全面推广的对策。     

玉米秸秆厌氧消化预处理方法及工艺优化

为提高玉米秸秆厌氧消化性能,该文采用碱液、酸液、沼液等方法对玉米秸秆进行预处理,比较不同预处理方式对秸秆成分、含量以及厌氧消化能力的影响。试验结果表明,经超声波辅助碱预处理后,秸秆的木质素和半纤维素总含量显著降低,产气量显著提高。基于Box-Behnken(BBK)试验设计,选择碱液预处理的固固比(Na OH/秸秆,下同)、预处理温度、预处理时间为试验因素,结合响应面分析法对碱液预处理条件进行响应面优化,结果表明,最佳玉米秸秆预处理条件为固固比22.4%,预处理温度37.9℃,预处理时间39.7 h,在此条件下还原糖产量的试验值为738.6 mg/g,沼气累积产量的试验值为661 m L/g,试验值与预测值误差不到0.5%,证明了响应面优化法的准确性和可行性。     

秸秆厌氧消化产甲烷的研究进展

近年来,随着国际能源紧缺与环境污染的日趋严重,秸秆厌氧消化产甲烷技术再次成为国内外学者研究生物质固废处理的热点之一。农作物秸秆厌氧消化产甲烷为大量廉价易得的生物资源转化为可再生能源提供了一个新机会。通过厌氧消化,不仅改善农村生态环境质量,还产生了清洁能源沼气,真正实现变废为宝,对解决农村用能和种植业污染问题有重要意义,也是目前中国最有希望实现产业化的生物质能源之一。然而,由于秸秆的特殊物理化学结构,使得微生物与酶很难对其吸附、降解,并因此限制了秸秆厌氧消化的推广、应用。尽管在当前中国的鼓励政策下,许多秸秆沼气示范工程建成并投入生产,但实际运行中依旧有些问题亟待解决。该文根据国内外关于秸秆厌氧消化产甲烷技术的最新研究成果,基于厌氧消化原理和原料特性分析的基础上,分析了影响秸秆产甲烷的因素及不足,总结了产气优化的方法,展望了秸秆厌氧消化产甲烷的发展方向。该项研究结果对推广秸秆厌氧消化产甲烷、加快生物质固废的资源化成果转化具有积极的推动意义。     

污水污泥的厌氧消化研究

本文对世界各国有关城市污水污泥的厌氧消化方法作一综述，着重介绍了中温厌氧消化，高温厌氧消化和其他新型高效的厌氧消化方法。     

牛粪湿法厌氧消化规律及载体影响的研究

在35℃条件下，观察牛粪厌氧消化的沼气产量和生物指标的变化规律及聚丙烯网状空心球、玻璃纤维和碳纤维膜载体对牛粪厌氧消化性能的影响。结果表明：5%牛粪在厌氧发酵过程中，pH值在发酵的第3 d降到最低，在发酵的第7 d升高到7以上；沼气的产量约在发酵的第9 d达到高峰，而后逐渐降低；COD的去除主要发生在发酵的第4～8 d；发酵产物细菌数量在发酵第6 d达到高峰，在第12 d降低到一个基本相对稳定的水平；辅酶F₄₂₀活性与其细菌数量在时间和数量方面有着相同的变化规律。聚丙烯网状球形载体表面附着较多的微生物，由此延长产气高峰期，并显著提高沼气产量(p<0.05)，以及显著降低反应器厌氧微生物的流失(p<0.01)。     

红霉素菌渣厌氧消化产气潜能及动力学特性

为探究未经脱抗预处理的抗生素菌渣作为单一底物厌氧无害化处理的可行性,该研究以新鲜的红霉素菌渣（erythromycin fermentation residue,EFR）及其上清液为原料,在常温（20 ℃）、中温（35 ℃）和高温（55 ℃）条件下开展产气潜能及其动力学研究。研究结果表明：中温条件下,EFR获得最高的累积甲烷产量,为460 mL/g,比常温和高温时分别提高了163%和55.5%.通过一级动力学模型可以看出,EFR的产甲烷过程呈现明显的两阶段特性,其中高温时的产甲烷速率（ k₁ =0.1 422 d^-1）显著高于常温（k₁ =0.0 429 d^-1, P<0.05）和中温（k₁ =0.0 363 d^-1, P<0.05）。物料衡算分析显示,随着发酵温度的升高,EFR的水解转化率逐级提高,高温时最高为87%,表明高温条件下菌渣中残留的红霉素对水解菌基本未产生抑制作用。未经脱抗处理的EFR可直接作为厌氧发酵的原料,为菌渣的减量化和资源化处理提供了新的思路。     

载体对牛粪厌氧消化性能及微生物附着的影响

在30℃条件下，采用两步流动发酵方法，观察尼龙纤维、玻璃纤维和聚丙烯网状球形载体对牛粪厌氧发酵pH值、沼气产量和载体表面微生物附着的影响。实验结果表明， 随着牛粪浓度的增加，pH值有增加的趋势。反应器的沼气产量明显随着牛粪浓度的增加而提高，当牛粪浓度由5%提高到7%时，沼气产量提高12.5%，而牛粪浓度提高到10%时，沼气产量提高33.3%。在7%牛粪流动发酵期间和10%牛粪流动前期，添加尼龙纤维和玻璃纤维载体可显著提高沼气产量。扫描电镜照片显示，不同载体表面附着的微生物种类和数量不同，尼龙纤维表面附着的微生物种类和数量高于玻璃纤维和聚丙烯球形载体。     

载体对牛粪厌氧消化性能及微生物附着的影响

在30℃条件下,采用两步流动发酵方法,观察尼龙纤维、玻璃纤维和聚丙烯网状球形载体对牛粪厌氧发酵pH值、沼气产量和载体表面微生物附着的影响。实验结果表明,随着牛粪浓度的增加,pH值有增加的趋势。反应器的沼气产量明显随着牛粪浓度的增加而提高,当牛粪浓度由5％提高到7％时,沼气产量提高12．5％,而牛粪浓度提高到10％时,沼气产量提高33．3％。在7％牛粪流动发酵期间和10％牛粪流动前期,添加尼龙纤维和玻璃纤维载体可显著提高沼气产量。扫描电镜照片显示,不同载体表面附着的微生物种类和数量不同,尼龙纤维表面附着的微生物种类和数量高于玻璃纤维和聚丙烯球形载体。     

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330．14L·kg^-1 VS,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。     

厌氧消化残留物对改良土壤的作用

厌氧消化残留物作肥料，有利于粪便秸秆还田，既可作为优质肥料，又是土壤改良剂。厌氧消化残留物具有改善土壤理化性状、促进土壤团粒结构形成以及激活土壤微量元素和微生物活动等特点。厌氧消化残留物的肥效和培肥地力的功效，能使农作物平均增产１０％￣３０％。     

设施园艺废弃物厌氧消化产沼气特性

为获得典型设施园艺废弃物的产沼气特性,该文分析了5种不同设施园艺废弃物—黄瓜蔓、西红柿茎叶、小白菜、西瓜蔓和青草的物料特性,并在中温条件下研究了5种原料的厌氧发酵产气特性;在38℃条件下,以西瓜蔓为例进行了分离式两相厌氧消化工艺(separated two phase anaerobic digestion,STP)回流方式比较试验,比较分析了西瓜蔓在渗滤液喷淋和浸泡2种回流方式下的产气性能,研究了不同回流方式下的渗滤液pH值、沼气产量、甲烷含量的变化,为设施园艺废弃物的资源化利用提供了有益的参考。试验结果表明:5种设施园艺废弃物的产气潜力由大到小依次为西瓜蔓、小白菜、黄瓜蔓、西红柿茎叶和青草,其中西瓜蔓的单位干物质产气量达到508.85 mL/g(干物质total solid,TS);设施园艺废弃物对分离式两相厌氧消化工艺(STP)具有良好的适应性,渗滤液喷淋回流方式要优于浸泡回流方式,其产气量和甲烷含量更高,其中累计产气量达到506.39 L,比浸泡回流方式高出10.81%,甲烷体积分数基本稳定在53%~56%,系统稳定性更好,研究结果为设施园艺废弃物的处理与利用提供参考。     

生物垃圾厌氧消化的强化机理探讨

综合分析了生物垃圾厌氧消化的各种强化技术与机理.由于传统化石燃料的枯竭和造成的生态环境问题,清洁再生能源的生物气体日益受到人们的青睐.但是,消化时间长,产气量较低,垃圾利用率不高等原因,导致生物垃圾厌氧发酵技术没有得到充分的开发与推广.研究认为,通过强化处理能够改善生物垃圾的物化性质,提高微生物对难降解有机物的分解能力,增加生物气产量,缩短水力停留时间,减轻后续处理的负担,优化垃圾厌氧消化过程.     

厌氧消化残留物对改良土壤的作用

厌氧消化残留物作肥料,有利于粪便秸秆还田,既可作为优质肥料,又是土壤改良剂。厌氧消化残留物具有改善土壤理化性状、促进土壤团粒结构形成以及激活土壤微量元素和微生物活动等特点。厌氧消化残留物的肥效和培肥地力的功效,能使农作物平均增产10%～30%。     

厌氧消化污泥化学组成及其环境化学性质

本文剖析了厌氧消化污泥主要组成分的特征和污泥的农业利用价值。认为厌氧消化污泥含较多的有机质和N、P等养分，且有机态养分中相当部分容易矿化，因此具有很好的肥料价值。污泥中所含的各种重金属是一般土壤的20～40倍，但基本未超过我国污泥农用污染物控制标准。Cd和Zn，在污泥中主要以水溶态、交换态和松结合有机态存在，活性相对较高。此外，污泥也具明显的生物毒性。     

基于文献计量的厌氧消化领域生物炭应用发展态势分析

厌氧消化作为低碳排放资源化技术之一仍面临甲烷产气量低、系统运行不稳定、难降解污染物残留等挑战,生物炭因其优良特性,在改善厌氧消化的应用中受到广泛关注。本研究利用CiteSpace软件对生物炭在厌氧消化领域中应用的研究动态进行文献计量分析,探讨该领域的研究现状、热点和发展态势。结果表明：2010-2022年,生物炭在厌氧消化领域中的应用研究发文量保持逐年增加的趋势,中国和美国是发文量最多的国家;针对不同生物炭的理化性质对其在厌氧消化中应用效果的影响、生物炭提高厌氧消化效率的机制及生物炭对厌氧消化中重金属、多环芳烃及抗性基因等污染物去除的研究逐渐成为热点;该领域的研究前沿包括量化生物炭在厌氧消化中不同机制的贡献,进一步开发修饰方法以提高厌氧消化过程中难降解污染物（重金属、多环芳烃、抗生素、抗性基因和微塑料等）的去除。     

剩余污泥厌氧消化过程重金属形态转化及生物有效性分析

为研究污泥厌氧消化过程中物理化学性质的变化对典型重金属形态转化的影响,对其农用的可行性及生物有效性进行评估,对取自某城市污水处理厂的剩余污泥进行了序批式厌氧消化实验,在试验过程中测定了污泥理化学性质,采用Tessier分步提取法提取了污泥样品中的典型重金属,并采用电感耦合等离子发射光谱仪（ICP-OES）测定各形态重金属含量及总量。结果表明,厌氧消化过程中重金属的形态发生了显著变化,由不稳定态向比较稳定的残渣态和有机结合态转变,某些重金属形态与污泥理化性质如pH、碱度、VS/TS及氨氮显著相关。厌氧消化可以有效地降低污泥中重金属的潜在迁移能力和生物有效性,经厌氧消化后污泥可以更好地进行土地利用。     

水热预处理对猪粪厌氧消化及沼液生态安全性的影响

为进一步提高猪粪在厌氧消化过程中水解性和产甲烷性能,同时增加猪粪沼液还田利用途径的生态安全性,该研究采用水热的方式对猪粪进行预处理,探究了不同温度（70、90、120、150和170 ℃）水热预处理对猪粪的理化特性和厌氧消化产甲烷性能的影响,并对其沼液的生态安全性进行评估。结果表明,不同温度水热处理30 min条件下,猪粪SCOD（Soluble Chemical Oxygen Demand,溶解性化学需氧量）增加了3.9%～43.6%;经150 ℃水热处理后的猪粪获得最高的产甲烷量(398±40) mL/g（以VS计算,Volatile Solid,挥发性固体）,相对于未经处理猪粪的产甲烷量显著提高了5.6%（P<0.05）。猪粪经150 ℃水热预处理和厌氧消化后的沼液中重金属Hg、As、Pb、Cr和Cd含量均满足《农用沼液（GB/T 40750-2021）》的限量要求;粪大肠杆菌的含量满足《粪便无害化卫生要求（GB7959-2012）》;土霉素大幅度降低,恩诺沙星、磺胺嘧啶和诺氟沙星的含量均低于检测限。因此,适当的水热预处理（150 ℃）不仅能够提高猪粪的厌氧消化产甲烷性能,并且能够进一步加强粪污无害化处理和降低沼液还田利用的环境风险。     

猪粪固体含量对厌氧消化产气性能影响及动力学分析

为优化猪粪厌氧消化总固体质量分数（total solid,TS）,以猪粪为原料,采用批式试验方法,研究不同TS对厌氧消化产气性能的影响。结果表明：底物固体质量分数分别为3.0%、7.5%、12.0%和15.0%时,猪粪的挥发性物质（volatile solid,VS）沼气产率随底物固体质量分数的增加而降低,分别为579、527、356和237 mL/g,底物固体质量分数为3.0%和7.5%时的CH4产率优于其他固体质量分数,分别为317和326 mL/g,占理论CH4产率的66.9%和68.8%;不同固体质量分数厌氧消化过程中,最高产CH4速率分别为37.0、24.4、10.4和4.7 mL/(g·d);固体质量分数为7.5%时消化体系的TS、VS降解率最高,分别达到49.2%和65.5%;固体质量分数为3.0%和7.5%的厌氧消化过程符合一级动力学方程,但猪粪的产甲烷速率常数从0.126 d-1下降到0.063 d-1;与3.0%的固体质量分数相比,消化时间为30 d时,底物的生物转化产CH4效率随固体质量分数的增加分别降低6.3%、55.8%和74.7%,固体质量分数为3.0%和7.5%时生物转化产CH4效率达到58.0%所需的时间分别为18和30 d。