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。     

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)。     

原料差异对厌氧消化微生物群落的影响

以餐厨垃圾、果蔬垃圾、麦秸3种不同原料分别进行厌氧消化,研究了各反应器在最佳运行条件下的消化特性和微生物群落组成。结果表明：VS产气率由高到低依次为餐厨垃圾（756.4mL·g-1VS-1）、麦秸（696.5mL·g-1VS-1）和果蔬垃圾（433.5mL·g-1VS-1）,甲烷含量在51.5%～55.1%之间,利用PCR-DGGE技术系统地分析了不同原料消化系统内细菌和古菌的群落结构构成及差异。结果表明,虽然3组样品中细菌和古菌的群落存在相同的优势微生物,但其数量和群落结构差异也较为明显,细菌中以拟杆菌（Bacteroidetes）以及古菌中甲烷鬃菌属（Methanosaeta）和甲烷螺菌属（Methanospirillum）均为样品共有的优势微生物。     

用于牛粪液厌氧消化的推流式和完全混合式反应器性能研究

对推流式反应器(PFR)和完全混合式反应器(CSTR)用于牛粪液厌氧消化的性能进行了比较研究。在中温35℃下，对进料浓度40、80和128 g/L的3种牛粪液分别进行了试验。结果表明，CSTR比PFR具有更好的去除VS(挥发性固体)和产生物气的性能，在进料浓度为40、80和128 g/L时，CSTR中VS去除率比PFR中分别提高了17.4%～21.5%，3.9%～21.5%和0.5%～5.3%。在最优进料浓度80 g/L下，CSTR获得了最高的容积产气率和单位VS产气量，比PFR中提高了9.8%～25.9%。研究认为，CSTR中的搅拌作用加强了微生物与物料之间物质的传递，提高了降解去除有机物和产生物气的消化效果。因此，在牛粪液厌氧消化时，推荐使用CSTR反应器。     

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。     

NaOH预处理甘蔗叶与猪粪-牛粪混合厌氧消化工艺参数优化

为探究Na OH预处理甘蔗叶与猪粪、牛粪混合厌氧消化性能,该文在研究甘蔗叶分别与猪粪、牛粪不同配比厌氧消化性能及动力学特性的基础上,采用Box-Behnken试验设计方法开展3种物料混合厌氧消化试验,并运用响应曲面法模拟和优化温度、混配比、C/N 3个工艺参数。结果表明,甘蔗叶与动物粪便混合厌氧消化时产生了协同作用,累积沼气产量比假设未产生协同作用的理论计算值提高了8.13%～15.01%;修正的Gompertz模型可以较好地模拟2种物料混合厌氧消化的动力学过程,相关度系数大于0.998;甘蔗叶与猪粪/牛粪(1:1)混合(甘蔗叶与粪比为1)厌氧消化的最优工艺条件为:温度36.5℃,C/N比27∶1,该条件下混合物料的单位干物质产沼气量实测值为337.5m L/g,与预测值(331.92 mL/g)非常接近。     

搅拌转速对稻草厌氧消化性能的影响

为了提高稻草厌氧消化效率,采用批式厌氧消化,研究了不同搅拌转速（高转速120 r/min、中转速80 r/min和低转速40 r/min）对稻草厌氧消化性能的影响。结果表明,搅拌转速对稻草厌氧消化的产气性能有很大影响。高转速搅拌时厌氧消化效果较好,单位挥发性固体VS产气量为451.6 mL/g,分别比中转速搅拌和低转速搅拌提高了20%和107%;高转速搅拌的消化时间T80为46 d,比中转速搅拌缩短了16 d。高转速和中转速搅拌时,厌氧消化反应器的混合效果良好,物料混合均匀,系统中适宜的pH值和较高的碱度有利于维持系统的稳定和较高的微生物活性,其总固体TS、挥发性固体VS降解率均高于低转速搅拌,产气性能明显优于低转速搅拌。因此,增加搅拌转速可以提高稻草的厌氧消化性能。     

添加微生物菌剂对牛粪高温堆肥腐熟的影响

通过向堆肥中添加微生物菌剂和腐熟堆肥研究了其对堆肥腐熟速度的影响。结果表明,添加菌剂和腐熟堆肥在堆制初期均能促进堆体快速升温,较对照提前1～4d到达高温阶段(＞50℃),且菌剂添加量越大,升温越快;与对照相比,添加600mg·kg~(-1)菌剂和50g·kg~(-1)腐熟堆肥使高温期(＞50℃)延长了3～4d。堆制29d后,添加600 mg·kg~(-1)菌剂和50 g·kg~(-1)腐熟堆肥的处理均较好腐熟,种子发芽指数分别为92．1％和84．4％,其他处理则未达到腐熟。这表明向堆肥中接人一定量的菌剂和腐熟堆肥均可加快堆肥腐熟,缩短堆肥周期。     

添加微生物菌剂对牛粪高温堆肥腐熟的影响

通过向堆肥中添加微生物菌剂和腐熟堆肥研究了其对堆肥腐熟速度的影响。结果表明,添加菌剂和腐熟堆肥在堆制初期均能促进堆体快速升温,较对照提前1～4d到达高温阶段（>50℃）,且菌剂添加量越大,升温越快;与对照相比,添加600mg·kg^-1菌剂和50g·kg^-1腐熟堆肥使高温期（>50℃）延长了3～4d。堆制29d后,添加600 mg·kg^-1菌剂和50 g·kg^-1腐熟堆肥的处理均较好腐熟,种子发芽指数分别为92.1%和84.4%,其他处理则未达到腐熟。这表明向堆肥中接入一定量的菌剂和腐熟堆肥均可加快堆肥腐熟,缩短堆肥周期。     

氨化预处理对稻草厌氧消化产气性能影响

为了节省秸秆厌氧消化阶段另加N源调配营养的运行成本,同时又要保持良好产气效率。本试验选用氨化法对秸秆进行预处理,研究了不同浓度的氨对稻草厌氧消化产气性能的影响。以NH3·H2O为预处理药剂,按2%、4%、6%（相对于稻草的干质量）的NH3质量分数对稻草进行氨化,分别以50、65、80 g/L 3个不同负荷进行厌氧消化。结果表明：不同浓度的氨化预处理中,4%NH3氨化预处理效果最好。在65 g/L负荷率下,4%NH3预处理的消化70 d累积产气量为37?010 mL,消化产气量达总体积的90%（计T90）时产气量为33?920 mL,分别比未预处理稻草、2%和6%NH3预处理稻草T90时产气提高了38.3%、14.6%和8.2%,甲烷总产量分别提高了34.8%、15.1%和9.6%,比未预处理稻草同期（45 d）累积产气量以及甲烷总产量分别提高了60.8%和60.3%,产气周期提前10 d结束。消化后总固体（TS）、挥发性固体（VS）的减少量分别由41.6%和46.6%提高到了46.4%和58.6%,半纤维素和木质素质量分数分别由27.7%和6.9%减少到20.8%和5.2%,粗蛋白质量分数从4.0%提高到10.1%。本研究提供了一个有效地提高产气量的方法,研究结果将为大中型秸秆沼气工程提供设计依据。     

粪草比对干式厌氧发酵产沼气效果的影响

弄清粪草比对干式厌氧发酵产气效果的影响,对改进干式厌氧工程具有重要意义。该文按A、B、C、D设计了4组试验：A组为单独猪粪,B组为单独稻草,C组为猪粪与稻草质量比2︰1,D组为猪粪与稻草质量比1︰2。试验进行了62 d,反应温度设定为（35±1）℃,各组反应的TS（总固体）浓度均为30%。结果显示,产气曲线出现拐点的时间A组在第48 d,B组在第40 d,C组在第26d,D组在第25 d。C、D两组总产气量分别为15715 mL和13186 mL。而根据A、B两组单独原料产气量推算,C、D两组的产气潜力分别为15168 mL和13838 mL。实际测量值与计算值没有显著差别。调节粪草比可以从原料转化速率方面促进发酵效率,并不能提高原料的产气潜力。因此,粪草比改善的优势可能是改良原料结构和调节原料营养,而不是改善发酵原料的转化潜力。     

金霉素浓度对鸡粪中温厌氧消化特性及抗生素降解的影响

针对抗生素污染对鸡粪厌氧消化影响不明的问题,该文利用批次试验探究了不同质量浓度金霉素(chlortetracycline,CTC)(4～200 mg/L)对鸡粪中温厌氧消化过程、产气效率及抗生素降解的影响。结果表明,低浓度的CTC(质量浓度≤20 mg/L)促进了鸡粪中温厌氧消化作用,其对累积水解、酸化、乙酸化及甲烷化的最大促进率较对照(质量浓度0mg/L)分别提高了12.69%,11.55%,11.31%和9.82%,厌氧消化有效降解了鸡粪中的CTC,降解率为59.87%～71.95%,这是因为厌氧污泥胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)由结合态(松散结合态(loosely bound EPS,LB-EPS)和紧密结合态(tightly bound EPS,TB-EPS))转化为黏液态(slime EPS,S-EPS)促进了水解作用,另外,CTC降解提供的碳源进一步促进了甲烷的生成。高浓度CTC(质量浓度≥60mg/L)抑制了鸡粪中温厌氧消化作用,且抑制率随CTC质量浓度的增大而升高,对累积水解、酸化、乙酸化及甲烷化的最大抑制率分别为16.48%,18.54%,18.96%和19.94%,CTC的降解率为43.4%～51.44%;在此条件下污泥EPS较对照提高了13.81%～39.23%,其中EPS蛋白浓度由943.01 mg/L增加为1 083.69～1 338.20 mg/L。中温条件下CTC对鸡粪厌氧消化抑制阈值为22.16 mg/L。消化结束后,沼液和沼渣中的CTC分别占总量的0.46%～3.13%和96.87%～99.54%,表明CTC绝大部分残留在沼渣中,存在较大环境风险,所以应对沼渣进一步无害化处理后才可还田使用。     

典型畜禽粪便厌氧发酵产甲烷潜力试验与计算

为获得符合中国现阶段畜牧业生产实际的畜禽粪便产甲烷潜力(Biochemical Methane Potential,BMP),为不同养殖场粪便管理甲烷评价提供参考,该研究选取蛋鸡粪、奶牛粪、猪粪三种主要畜禽粪便,在(37±0.5)℃条件下进行中温批式厌氧发酵试验,并利用First-order模型和修正后的Gompert...     

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。     

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。     

农村有机生活垃圾等混合物料厌氧发酵产沼气性能

为获得有机生活垃圾、玉米秸秆和牛粪混合物料厌氧发酵产沼气性能,为农村废弃物沼气工程高效运行提供依据,在初始总固体（TS）为12%和中温（35±1）℃条件下,考察了有机生活垃圾、玉米秸秆与牛粪三物料不同湿基质量比（1∶0∶2、1∶0.5∶1.5、1∶1∶1、1∶1.5∶0.5、1∶2∶0）对厌氧发酵过程的影响。结果表明：与双物料混合厌氧发酵相比,三物料混合厌氧消化能显著提高原料产气率,有机生活垃圾、玉米秸秆和牛粪配比为1∶1∶1的组合单位TS累积产气量高于其他处理;不同发酵物料配比能影响厌氧发酵完成时间,随着秸秆比例的增加,完成厌氧发酵的时间逐渐增长,有机生活垃圾和牛粪的组合与三者配比为1∶0.5∶1.5、1∶1∶1、1∶1.5∶0.5和1∶2∶0的处理相比,厌氧发酵完成时间分别缩短了12、15、19、22 d;三物料混合发酵适宜的配比能平衡发酵系统中酸的浓度,防止系统酸化,并能提高纤维素半纤维素降解率。综上认为三物料最佳配比为1∶1∶1。     

温度与有机负荷对猪粪厌氧发酵过程的影响

为提高畜禽养殖场沼气工程能源利用效率,降低工程运行成本.该文通过全混式半连续试验,以猪粪为发酵原料,研究不同温度(20、28、38℃)和有机负荷(0.3、1.3、2.3、3.3、4.3 kg/(m3·d))条件下,甲烷产率、挥发性脂肪酸(volatile fatty acid,VFA)及总无机碳(total inorganic carbon,TIC)的变化特征.结果表明:20℃条件下,反应器启动缓慢,甲烷产率低.当有机负荷增加全1.3 kg/(m3·d)以上时,反应器运行不稳定,需外加NaHCO3调节pH值;在28℃与38℃条件下,各有机负荷甲烷产率无明显差异,但是在较高有机负荷3.3和4.3 kg/(m3·d)下运行时,28℃条件下产生挥发性脂肪酸积累的现象,系统缓冲能力缺乏,VFA/TIC值分别达到0.4和0.6.当实际沼气工程低负荷率运行时,可选择28℃作为发酵温度,以达到节省能源、提高沼气工程经济效益的目的.该研究可为实际沼气工程运行管理提供数据参考.