餐厨垃圾与污泥高固体联合厌氧产沼气的特性

该文在12%高固体质量分数和中温（35±1）℃条件下,开展了餐厨垃圾与污泥不同比例联合厌氧发酵对产气性能及发酵过程限速步骤影响的研究。结果表明,当餐厨垃圾与污泥二者比例为30∶30时,累积沼气产率、累积甲烷产率、生物转化产甲烷效率和VS（挥发性固体）去除率分别为612、327 mL/g、76.9%和63.6%,皆高于其他原料比例。混合底物中餐厨垃圾为主时,发酵前5 d为产气高峰阶段,甲烷含量在整个发酵期间低于60%,挥发性脂肪酸（VFAs）抑制显著;而混合底物中污泥所占比例较高时,产气的高峰期多出现在第10～25 d,甲烷含量于发酵前5 d迅速上升至50%后,缓慢提高并最终稳定在70%左右。混合底物中污泥所占比例的增加可提升沼气中甲烷含量,亦可明显缓解VFAs抑制作用。累积沼气产率随污泥比例的提高呈先上升后下降的变化。     

餐厨垃圾半固态发酵产Bt生物农药及其稳定性

为降低苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)生物农药的生产成本,该研究采用餐厨垃圾为原料半固态发酵生产Bt生物农药,并对其产物稳定性的影响因素进行了考察。结果表明,发酵48 h后半固态发酵样品中的伴孢晶体产率较相同体积的固态发酵样品和液态发酵样品分别提高了54%和162%。体系含盐量、p H值、温度及紫外线4种常见因素中,体系含盐量的变化对伴孢晶体稳定性的影响并不显著;温度对伴孢晶体稳定性的影响显著,但当体系温度在0~60℃间变化时,各组数据差异并不显著。p H值对伴孢晶体稳定性的影响显著,且各数据间存在显著性差异;紫外线对伴孢晶体稳定性影响极显著,试验表明,当伴孢晶体在紫外线(36 W,距离40 cm)下暴露3 h后,其毒力效价即下降50%。为进一步提高伴孢晶体的抗紫外能力,采用聚乳酸为载体包覆伴孢晶体制备缓释剂,结果表明该缓释农药可有效延缓晶体在紫外线照射下的失活速度,使其在紫外线照射72 h后仍然能保持85%的活性,较相同照射条件下的伴孢晶体原粉提高了10倍左右,并能在30 d的作用周期内稳定的释放伴孢晶体,该成果对Bt生物农药产品优化具有重要的应用价值。     

Cu对厌氧发酵中水解酶活性及沼气产量的影响

为了探讨重金属Cu对厌氧发酵产沼气的影响机制,在中温条件下(37℃),研究了猪粪中Cu含量(以干猪粪的质量分数计)对厌氧发酵过程中水解酶活性及产气进程的影响。结果表明:整个发酵过程中CK处理(Cu质量分数49.70mg/kg)的纤维素酶活性及蔗糖酶活性显著高于H处理(Cu质量分数949.70mg/kg),CK、L(Cu质量分数349.70mg/kg)处理的脲酶活性显著高于M(Cu质量分数649.70mg/kg)、H处理(p<0.05)。H处理对原料的产沼气进程有明显的抑制作用,日产气量在消化的前34d一直低于CK、L、M处理,CK处理总产气量比H处理高9%。相关性分析表明,CK处理的3种水解酶活性、L处理的脲酶活性、M处理的蔗糖酶活性均与产气速率呈显著正相关(p<0.05),而H处理这种关系不明显,表明外源Cu可能通过影响微生物活性等多方面因素对产气速率造成综合影响,导致水解酶活性与产气速率相关性不显著。该文研究结果可为提高厌氧发酵产气效率,实现畜禽粪便资源高效利用提供参考。     

盐含量对餐厨垃圾好氧堆肥腐殖化过程及微生物演变的影响

含盐量过高会对堆肥有机质腐殖化过程产生抑制作用,但作用规律仍不清楚。该研究以餐厨垃圾为研究对象,以不添加盐分的处理为对照,设置添加食用盐的处理作为试验组（添加质量分数分别为0.5%、1%和1.5%）,进行好氧堆肥,研究不同盐分含量对基本腐熟度指标、有机质组成、腐殖质（Humus,HS）的影响,并结合微生物群落结构和相关性统计分析阐明其作用规律。结果表明,4个处理温度、碳氮比（C/N）、有机质组成等达到腐熟要求,但盐分添加提高了堆体电导率（Electrical Conductivity,EC）,添加比例达到1.5%时,高温期缩短至13 d,种子发芽指数（seed Germination Index,GI）降低至65.5%,总有机物降解率降低6.5%,有机质腐殖化过程受到限制。高通量测序和相关性分析的结果表明,添加1.5%盐分主要通过抑制高温双岐菌（Thermobifida）、糖单孢菌（Saccharomonospora）和曲霉（Aspergillus）、毛孢子菌（Trichosporon）的活性,降低总糖、木质纤维素等有机物质的降解和后续HS形成,从而限制餐厨垃圾堆肥过程中腐殖化效果的提升。该研究将为餐厨垃圾等农村有机废弃物处理技术应用提供理论指导。     

预发酵方式对餐厨垃圾酸化抑菌及甲烷发酵的影响

餐厨垃圾水分和有机物含量高,在收集储运过程中易酸腐变臭,影响其资源化利用。该文在新鲜餐厨垃圾中分别接种酵母菌和乙酸菌进行乙醇和乙酸预发酵,预发酵后的餐厨垃圾与酒糟混合进行甲烷发酵,并与不接任何菌种的对照组比较,考察2种预发酵方式对餐厨垃圾酸化抑菌及其与酒糟混合甲烷发酵的影响。研究结果表明,乙酸和乙醇预发酵对餐厨垃圾均具有良好的酸化抑菌效果,其大肠杆菌和金黄葡萄球菌数均比对照组降低了2个数量级以上;累积甲烷产量由高到低的顺序是:乙醇预发酵对照乙酸预发酵组,前者累积产甲烷量比对照组和乙酸预发酵组分别提高21.3%和49.8%;乙醇预发酵组乙醇浓度最高,而乙酸和丙酸浓度均最低;相反,乙酸预发酵组挥发性脂肪酸浓度积累导致产甲烷菌活性较低,其产气效率最低。因此,乙醇预发酵是一种既能实现餐厨垃圾酸化抑菌,又能维持发酵系统的稳定性,提高其后续产甲烷效率的有效预发酵方式。     

乙醇预发酵对餐厨垃圾与酒糟混合甲烷发酵的影响

为了解决餐厨垃圾两相干式厌氧发酵产甲烷过程中的挥发酸抑制问题,该试验在酸发酵阶段添加产乙醇菌分别进行12、24和48 h的预发酵,然后在相同条件下进行甲烷发酵,考察不同乙醇预发酵时间对餐厨垃圾与酒糟混合发酵产甲烷的影响,考察其甲烷发酵过程中的pH值、总挥发性有机酸(total volatile fatty acid,TVFA)、乙酸、丙酸、乙醇等参数的变化,并与未经乙醇预发酵的对照组比较,以期为相关领域的理论与实践研究提供参考经验。结果表明:各组乙醇浓度和pH值从高到低的顺序依次为:预发酵48 h组24 h组12 h组对照组,而乙酸和TVFA则呈现相反的顺序;由于乙醇为中性物质,且比丙酸容易转化为乙酸,故可缓解由有机酸累积而导致的酸抑制,使乙醇预发酵12、24、48 h组的累积产甲烷量分别比未经预发酵对照组高9.1%、31.6%、19.9%左右,其中,乙醇预发酵24h时厌氧消化效果较好。研究为厌氧发酵产甲烷过程中的解决酸抑制问题提供参考。     

接种量对餐厨垃圾高温厌氧消化的影响

研究不同接种量对餐厨垃圾高温厌氧消化的影响,探求餐厨垃圾高温厌氧消化的最佳接种量。在55℃条件下,比较6种不同接种量对餐厨垃圾高温厌氧消化过程中pH、总磷浓度、VFA浓度、产气量及餐厨垃圾TS、VS去除效果和消化液COD_Cr去除效果的影响,结果表明：添加接种物不仅可以提高消化系统的缓冲能力,而且缩短系统产甲烷细菌的积累周期,有利于产气高峰提前,同时对餐厨垃圾的降解有一定的促进作用。其中,在消化物总量600 g条件下,480 g餐厨垃圾接种120 g接种物（TS比为9.47）产气效果最佳,整个过程累积产气量为9359 mL,显著高于其它处理,此外,餐厨垃圾TS、VS去除率和消化液COD_Cr去除率也达到最佳效果,去除率依次为60%、70%和39.67%,但是COD_Cr去除率与CK差异不显著。     

餐厨垃圾堆肥对城郊菜田产量及氮利用的影响

为探讨餐厨垃圾堆肥对南方城郊菜田土壤氮素供应水平、叶菜类蔬菜产量及土壤残留和氮肥利用率的影响。以不施氮肥为对照(CK),在等氮量条件下,设置了传统化肥(NPK)、传统化肥+鸡粪(NPK+M)、餐厨好氧堆肥+化肥(NPK+FWA)、餐厨厌氧沼渣+化肥(NPK+FWD)4个处理,测定叶菜类蔬菜整个生育周期的土壤无机氮动态、产量、收获后剖面土壤氮素残留及表观氮素损失的变化。多茬试验结果表明:底肥施用后一周左右,NPK处理整体土壤无机氮供应水平高于NPK+M、NPK+FWA和NPK+FWD处理;追施氮肥后NPK+FWA处理土壤无机氮供应水平处于NPK和NPK+M两个处理之间,而NPK+FWD处理土壤无机氮略低于NPK和NPK+M处理;从总产量来看,NPK、NPK+M、NPK+FWA和NPK+FWD处理间无显著差异;而随着试验进行,与NPK+FWA和NPK+FWD处理相比,NPK和NPK+M处理产量明显增产20.1%～36.7%和17.8%～26.4%。从剖面土壤无机氮含量来看,餐厨垃圾堆肥部分替代化肥处理相比传统单施化肥和化肥配施鸡粪处理能够明显降低收获后表层土壤无机氮残留;从前四茬蔬菜总表观氮素损失来看,较高的氮肥投入带来了895.8～1041.2 kg/hm²的表观氮素损失量,各处理间无显著性差异;较高的氮肥投入及表观氮素损失导致小白菜季和空心菜季各处理当季氮肥利用效率分别仅有9.9%～16.7%和27.6%～37.6%。综上分析,在等氮量条件下,相比传统单施化肥和传统化肥配施鸡粪,餐厨垃圾堆肥氮替代30%化肥氮具有更好地协调土壤氮素供应和蔬菜作物吸收的作用,随着试验进行,餐厨垃圾堆肥部分替代化肥处理表现出增产趋势。但南方多雨地区餐厨垃圾堆肥还田具有较大的氮素损失风险,当季氮肥利用率偏低,今后需加强餐厨垃圾堆肥还田对土壤氮素综合损失的影响机制研究,并探索针对性的减排措施,为餐厨垃圾堆肥安全高效利用提供科学指导。     

厨余垃圾堆肥对烤烟土壤酶活性和细菌群落结构的影响

以滇中植烟土壤为研究对象，设置不同厨余垃圾堆肥(基肥)施用量：不施肥对照(CK)、低施肥量8 t/hm² (FWL)、中施肥量16t/hm² (FWM)、高施肥量24t/hm² (FWH)，研究厨余垃圾堆肥施用后土壤酶活性和细菌群落结构的变化特征，为厨余垃圾堆肥农田推广使用提供依据。结果表明：与CK相比，FWH处理可显著提高土壤的p H、有机碳、全氮、全磷、碱解氮、有效磷、脲酶活性、酸性磷酸酶活性、荧光素二乙酸水解酶活性(↑0.39%～89.42%)、土壤细菌OUT数目(↑12.91%)、Chao指数(↑11.20%)、Ace指数(↑11.37%)。变形菌门(Proteobacteria)的相对丰度随施肥量的增加而增加，而酸杆菌门(Acidobacteria)则相反；细菌群落的膜运输和碳水化合物代谢功能均在施肥后显著增强。脲酶活性、酸性磷酸酶活性、p H、全氮、全磷、碱解氮、有效磷指标对土壤细菌的群落组成和多样性均有影响，其中碱解氮和脲酶活性是调控菌群最主要的因子。     

有机负荷对厨余垃圾常温厌氧发酵产甲烷的影响

为了考察在不同有机负荷下厨余常温厌氧发酵产甲烷的特性,试验以厨余垃圾为原料,在常温（27℃）条件下,采用40L厌氧反应器进行连续式厌氧消化。结果表明,当有机负荷率控制在3.89～6.49 kg/(m3·d)之间,池容产气率可稳定在2.5～4.5 L/(L·d),原料挥发性固体产甲烷率为300.59～488.52 L/kg,平均甲烷体积分数为54.05%～56.04%,挥发性固体物去除率为55.12%～89.58%;因此,将有机负荷率控制在3.89～6.49 kg/(m3·d)之间,厨余垃圾在常温下厌氧消化可达到较高的原料产甲烷率和稳定的产甲烷过程。     

恩诺沙星对厌氧发酵过程中水解酶活性及 沼气产量的影响

兽用抗生素因其具有防病、促生长的作用被广泛应用于畜禽养殖业,而在畜禽粪便发酵生产沼气的过程中,残留在畜禽粪便中的抗生素可能会抑制沼气发酵过程。该文以猪粪和玉米秸秆为原料,采用自行设计的恒温厌氧发酵装置,研究了外源添加恩诺沙星(ENR)对猪粪厌氧发酵过程中水解酶活性及产气量的影响。结果表明,添加20 mg·kg?1、60 mg·kg?1和120 mg·kg?1恩诺沙星条件下,猪粪厌氧发酵初期不同浓度恩诺沙星对纤维素酶和脲酶活性有显著抑制作用(P0.05);厌氧发酵的前15 d,添加20 mg·kg?1恩诺沙星对蔗糖酶活性有一定的激活作用(P0.05),添加60 mg·kg?1和120 mg·kg?1的恩诺沙星对蔗糖酶活性有抑制作用(P0.05);猪粪厌氧发酵后期,恩诺沙星对纤维素酶、脲酶和蔗糖酶活性影响不显著(P0.05)。在发酵产气速率增长期的第5~11 d和21~31 d,添加20 mg·kg?1、60 mg·kg?1和120 mg·kg?1恩诺沙星对沼气产气速率有明显抑制作用(P0.05);而在发酵的第31 d后,添加各浓度恩诺沙星对沼气产气速率影响不大。在整个50 d的厌氧发酵过程中,与不添加恩诺沙星的对照相比,添加20 mg·kg?1、60 mg·kg?1和120 mg·kg?1恩诺沙星处理的总产气量分别减少7.38%、12.08%和15.77%。可见,恩诺沙星影响了猪粪厌氧发酵过程中水解酶活性和沼气产气速率及产气量,在厌氧发酵不同阶段,恩诺沙星对不同水解酶活性和产气速率影响也不同。该文研究结果可为无害化处理含恩诺沙星的畜禽粪便及提高厌氧发酵效率提供参考。     

农村生活垃圾半连续式厌氧消化产沼气性能及H2S含量控制

为探究农村生活垃圾厌氧消化过程及对H_2S产量的抑制,采用半连续完全混合式反应器,对农村生活垃圾进行半连续式厌氧消化试验,分析在不同有机负荷下厌氧消化系统中有机质的降解性能、产气性能及稳定性,确定生活垃圾厌氧消化最佳有机负荷。同时设计生活垃圾与浓缩污泥不同配比的序批式厌氧消化试验,观察沼气中H_2S含量的变化。研究结果表明:有机负荷为4 g/(L·d)时,产甲烷率上升最为显著,系统稳定运行且生活垃圾的有机质利用率较高;随着浓缩污泥添加量的增加,H_2S含量降低明显,当生活垃圾与浓缩污泥的VS质量比(VSRSW∶VSCS)为1∶0.25,1∶0.5,1∶0.75时,H_2S的降解率分别达到85.15%,88.18%,96.20%。生活垃圾与浓缩污泥的成分分析得出2种物料的金属含量并无明显差异,但浓缩污泥中的腐殖质含量远远高于生活垃圾,进而判断污泥中的腐殖质含量一定程度的影响厌氧消化系统中H_2S的产量。     

在线旁路近红外实时监测粪污厌氧发酵挥发性脂肪酸含量

厌氧发酵是畜禽粪污资源化利用的重要途径之一,挥发性脂肪酸作为重要的中间产物,可以很好地反映有机物质的降解过程,对其进行实时检测对在线监控发酵进程具有重要意义。该研究在已有实验室型厌氧发酵系统上、基于在线旁路检测方式设计了近红外实时检测装置及发酵液循环回路系统,探讨对乙酸、丙酸、异丁酸、丁酸、异戊酸、戊酸等单一挥发性脂肪酸和总挥发性脂肪酸进行在线实时检测的可行性。检测结果表明,所设计的在线检测方案和定标模型对挥发性脂肪酸含量的实时检测效果良好,即使对浓度含量较低(万分之五)的异丁酸仍能实现较准确的检测,结果分别为:乙酸的R2p=0.811,RPD=2.055,RSD=2.288%;丙酸的R2p=0.849,RPD=2.116,RSD=2.195%;异丁酸的R2p=0.968,RPD=5.555,RSD=2.132%;丁酸的R2p=0.889,RPD=2.701,RSD=1.846%;异戊酸的R2p=0.940,RPD=3.843,RSD=3.444%;戊酸的R2p=0.889,RPD=2.751,RSD=2.387%;总挥发性脂肪酸的R2p=0.734,RPD=1.846,RSD=2.150%。基于该研究提出的在线检测方案,近红外光谱技术能够实现厌氧发酵过程中挥发性脂肪酸的快速、在线、实时检测,可为今后沼气工程在线监测提供参考。     

添加菌体蛋白和尿素对玉米秸秆厌氧发酵的影响

以玉米秸秆为原料的厌氧发酵,碳氮比（C/N）一直是影响其发酵的主要问题之一。该文针对玉米秸秆的C/N进行了研究,通过对比试验的方法,以尿素和菌体蛋白作为氮源添加剂配制成C/N分别为25/1和35/1的秸秆发酵料液,进行30d的厌氧发酵试验。结果表明,以尿素和菌体蛋白作为氮源调整C/N时,C/N为35/1时的产气量要好于C/N为25/1;与秸秆单独发酵相比,C/N为35/1的添加菌体蛋白试验组R2和添加尿素试验组R4的总产气量分别提高了31.43%和2.69%。此外,添加菌体蛋白和尿素能有效抑制秸秆体积的漂浮膨胀,对料液起到酸碱缓冲的作用。菌体蛋白作为秸秆发酵添加剂应用在沼气工程中可以变废为宝,提高经济效益。     

好氧预处理对干法沼气发酵产气量的影响及能量损失

研究好氧发酵预处理对干法沼气发酵产气效果的影响及能量损失情况,是以好氧发酵升温为预处理方式的干法沼气工程经济运行的重要依据.该文采用恒温沼气发酵装置,以牛粪及少量混合秸秆粉作为发酵原料,研究了不同好氧发酵预处理条件下,干法沼气发酵的产气效果并对其能量损失情况进行了分析探讨.结果表明:以牛粪为主要发酵原料时,好氧预处理对物料干法沼气发酵的产气量有较明显影响,随着好氧发酵时间增加和温度提高,总产气量减少,能量损失增大;好氧发酵预处理温度与沼气发酵温度相同(均为35℃)时,能量损失较少,好氧发酵升温法合理;好氧发酵预处理温度(55℃)显著高于沼气发酵温度,好氧发酵升温法会带来较大能量损失.因此,在对覆膜槽生物反应器操作时,应准确把握好氧发酵的时间和温度,一旦达剑所需温度,应立即转入沼气发酵,以提高沼气产量,减少能量损失.     

餐厨垃圾干发酵滚动式质热交换反应器设计与性能试验

为解决干式厌氧发酵传质传热效果差,易造成微生物生长代谢不均匀等问题,该研究设计一款反应器,利用罐体滚动代替搅拌,使底物自由混合,大幅度解决了干式发酵的阻碍。通过中温批次发酵验证反应器性能,并与搅拌式反应器进行对比,结果表明:滚动式反应器发酵过程中甲烷体积分数最高达74.89%;发酵前期挥发性脂肪酸有一定程度的积累,但在中期被迅速消耗,且未对产气和pH值造成明显影响;底物挥发性固体去除率高达68.74%,发酵体系稳定。微生物群落结构随着发酵进行,不同时期呈现动态变化,厚壁菌门(Firmicutes)是发酵体系中绝对的优势细菌门,最主要的古菌门是广古菌门(Euryarchaeota)。混合营养型的甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)伴随着发酵的推进成长为绝对优势甲烷菌属。     

不同培肥模式对茶园土壤微生物活性和群落结构的影响

以闽东地区红黄壤茶园定位实验地为对象,通过测定6种不同施肥处理土壤微生物学特性,研究不同培肥对土壤微生物特性和生物化学过程的影响,阐明各指标间的相互关系.结果表明,除了单施无机肥处理外,半量化肥+半量有机肥、全量有机肥、全量化肥+豆科绿肥以及半量化肥+半量有机肥+豆科绿肥等的培肥方式均不同程度提高了土壤有机质,可培养微生物数量,微生物量碳、氮含量及土壤酶活性,尤以半量无机肥+半量有机肥+豆科牧草的培肥模式增幅更为明显,而单施无机肥不利于微生物的生长、酶活性的提高和维持生态系统的稳定性.微生物群落磷脂脂肪酸(PLFAs)标记主成分分析显示,各种不同施肥方式使微生物群落结构发生改变.相关分析表明,微生物量与可培养微生物数量、微生物磷脂脂肪酸含量之间的相关性明显高于微生物量与各种酶活性之间的相关性,说明微生物数量大小对微生物群落结构的影响大于对酶活性功能的影响.研究也表明土壤各微生物指标能从不同方面反映土壤肥力水平,所以采用各种不同的方法能更客观地评价闽东地区茶园红黄壤质量的优劣.