搅拌对厌氧消化产沼气的影响综述

厌氧消化过程中,混合搅拌技术的应用,可以有效地解决因微生物和可降解有机物无法实际接触而造成的传质困难以及物理、化学和生物学性状不均匀等问题,从而改善反应器的性能并提高厌氧消化的沼气产量。目前,对厌氧消化过程中搅拌所起的作用的认识仍不够深入,本文针对这一问题,对搅拌在厌氧消化过程中所起的作用进行综述。     

纤维素生物质厌氧消化的生物预处理研究进展

纤维素生物质由于组成和结构的复杂性,纤维素燃料工艺中需通过预处理技术去除木质素,破坏交织结构。相对于物理法和化学法,生物法具有节能、成本少、污染少的优点,近年来受到了国内外研究的关注。目前纤维素生物质厌氧消化单独的生物预处理比较研究未见报道,文章综述了提取酶、单一微生物、菌群对厌氧消化产甲烷的影响,得出:提取酶预处理成本高,沼气或甲烷提高率是4%~110%;单一微生物预处理效果真菌优于细菌,沼气或甲烷提高率为10%~300%;细菌预处理研究主要集中于人工菌群,人工菌群预处理后沼气或甲烷提高率达10%~200%。该研究为纤维素生物质厌氧消化的高效性和环境友好性研究和应用提供参考。     

低温胁迫下微量重金属元素对厌氧消化工艺的影响

文章为提高低温条件下猪粪厌氧消化产气量,应用响应面法对其厌氧消化工艺的生物强化参数进行试验优化。通过Design-Express 8.0.6.1软件的Box-Behnken中心组合试验设计,以原料产气量为响应值,研究Fe²⁺,Ni²⁺和Co²⁺三元素离子浓度对猪粪产气量的影响,建立相关数学模型,并对模型进行降维优化分析,最后进行试验验证。结果表明,低温条件下,Fe²⁺和Ni²⁺元素浓度对于猪粪产气量的影响表现为极显著。最优工艺条件是Fe²⁺浓度为5.0 mg·L^-1,Ni²⁺浓度为22.5μg·L^-1,Co²⁺浓度为25.0μg·L^-1时,厌氧消化沼气的产量为572.64 mL。与预测值584.67 mL的相对误差为2.1%,所建模型能较好地优化厌氧消化工艺的生物强化参数。     

两步预处理对厌氧消化产酸纤维酶解和沼气发酵的影响

对厌氧消化产酸纤维(挥发性脂肪酸生产废渣)进行了酶解糖化和沼气发酵实验研究,探索了乙酸氨水两步预处理对木质纤维素降解、葡萄糖浓度、木糖浓度和沼气产率的影响。结果表明:乙酸氨水两步预处理进一步降解了厌氧消化产酸中的半纤维素和木质素,而且纤维素回收率较高,为77.47%~81.44%,其中4%乙酸处理和10%氨水处理实验组的纤维素质量分数达到56.82%,半纤维素质量分数仅为7.94%;在上述预处理条件下,酶解糖化效率最高,葡萄糖质量浓度达到47.46 g/L,葡萄糖得率为67.73%;同时在此乙酸氨水两步预处理条件下的沼气产率明显优于单独乙酸和单独氨水预处理,获得的最高沼气产率为414 mL/g,有效提高了厌氧消化产酸纤维的产气效率。     

玉米秸秆水热预处理作用机理和厌氧消化特性研究

为了探究玉米秸秆水热预处理作用机理和厌氧消化特性,文章利用不同的水热预处理强度对玉米秸秆进行预处理,然后进行中温厌氧消化。研究结果显示:一定强度的预处理能够增大玉米秸秆的产甲烷性能。logR₀为2.45时,玉米秸秆获得了最高VS产甲烷率,为158.07 mL·g^-1VS,比未预处理组的VS产甲烷率112.82 mL·g^-1VS提高了40.12%。从机理方面分析发现,水热预处理能够增大玉米秸秆的水解程度,使玉米秸秆预处理后的乙酸浓度得到明显提高,是未预处理组乙酸浓度的3.38～22.87倍;改善玉米秸秆的元素组成,破坏其表层结构同时改变其木质纤维素组分含量。     

不同生物预处理方式对污泥厌氧消化过程性能的影响

利用微生物处理技术对经聚丙烯酰胺脱水后的污泥进行不同方式微生物预处理,研究进料总固体(TS)质量分数为3%、发酵温度为35℃时厌氧消化过程中累积产气量与产甲烷含量、p H值、氨氮和化学需氧量(TCOD)等参数的变化趋势,探索真菌宛氏拟青霉不同预处理方式对脱水污泥厌氧消化过程特性的影响。试验结果表明:微生物预处理脱水污泥厌氧消化技术具有较好的可行性。直接添加宛氏拟青霉和添加宛氏拟青霉预处理2 d的污泥进行厌氧消化反应能够有效提高产气量和产甲烷量,加快水解速率,促进污泥中有机物的有效降解,使产甲烷过程顺利进行。直接添加宛氏拟青霉处理的产甲烷效果最优,其净累积产气量和产甲烷量较纯污泥分别提高85.79%和42.76%,且1 kg污泥可产甲烷12.69 L,较纯污泥提高42.74%。     

生物炭介导的鸡粪厌氧消化产甲烷工艺参数优化

为探究生物炭介导的鸡粪厌氧消化产甲烷最优工艺参数,在前期试验的基础上,以鸡粪添加量、生物炭添加量和碳氮比为参数,在(35±1)℃条件下进行了生物炭介导的鸡粪序批式三因素二次旋转组合厌氧消化试验。以单位挥发性固体(VS)累积产甲烷量为评价指标,通过响应面法获得单位VS累积产甲烷量随三因素变化的二次回归模型。结果表明:回归模型拟合性较好,能较好描述单位VS累积产甲烷量随鸡粪添加量、生物炭添加量和碳氮比变化的规律。通过对模型工艺参数寻优,得到最优工艺参数为鸡粪添加量14.35 g、生物炭添加量4.97%、碳氮比22.02,此条件下单位VS产甲烷量为283 m L/g,为生物炭介导的鸡粪厌氧消化工程应用提供了参考依据。     

生物炭添加对鸡粪厌氧消化产气特性的影响

在(35±1)℃条件下,采用序批式厌氧消化工艺进行了L9(33)正交试验,以生物炭添加量、生物炭粒径和接种量为因素探索生物炭添加对鸡粪厌氧消化产气特性影响,得出了鸡粪添加生物炭厌氧消化产气的最佳工艺组合。结果表明,各因素对鸡粪厌氧消化产沼气特性的影响从大到小依次为:生物炭添加量(极显著)、生物炭粒径(不显著)、接种量(不显著)。最佳处理组合总固体产气率为345.96 m L/g,挥发性固体产气率为420.62 m L/g,比对照组提高了45.24%。生物炭粒径对甲烷体积分数有极显著影响。     

猪粪和水牛粪厌氧消化产甲烷潜力的研究

采集江西地区两种代表性家畜粪便进行生物质特性分析,根据Buswell经验公式对其进行理论甲烷产量计算,并通过生化甲烷潜力测定试验对两种生物质的实际产气特性进行分析。结果表明,本研究中采集的猪粪和水牛粪的理论产甲烷潜力分别为646.7 mL·g-1VS和606.1 mL·g-1VS,其在生化甲烷潜力测定试验中实际产甲烷量分别为479.4 mL·g-1VS和307.6 mL·g-1VS,其生物降解率分别为74.1%和50.8%。水牛粪便的产甲烷潜力曲线和降解速率表明其生物降解过程中存在抑制因素。     

金属离子对剩余污泥和生活垃圾联合厌氧消化的影响

以城市有机生活垃圾和污水处理厂剩余污泥作为发酵原料,在相同条件下,研究不同浓度的Fe2+,Co2+,Ni2+组合对厌氧消化过程和消化效率的影响。结果表明,添加金属离子能提高垃圾的消化效率,当Fe2+,Co2+,Ni2+的浓度分别为3 mg·L-1,1.5 mg·L-1,1.5 mg·L-1时厌氧消化效果最好,COD降解率为71.14%,TS去除率为48.83%,VS去除率为69.34%,与对照相比分别提高了13.79%,17.09%,15.54%。     

猪皮、猪瘦肉和猪脂肪厌氧消化产气潜力的实验研究

文章为探究猪肉的资源化利用潜力,对新鲜购买的猪肉进行厌氧消化实验,分别以猪皮、猪瘦肉和猪脂肪为实验原料,实验温度为30℃,采用批量式发酵工艺,进行发酵产沼气实验。整个实验分别历时76 d,113 d和83 d,总产气量分别为13660 mL,18850 mL和14780mL,平均甲烷含量分别为64%,66%和63%,产沼气潜力分别为1139 mL·g^-1TS,1571 mL·g^-1TS和1231 mL·g^-1TS或1159 mL·g^-1VS,1687 mL·g^-1VS和1257 mL·g^-1VS。结果表明厌氧工艺可以很好地实现病死猪肉的资源化利用。     

牛粪和厨余废物不同混合比例下厌氧消化的试验研究

对不同比例的牛粪和厨余废物混合厌氧消化进行了试验研究。试验结果表明,牛粪和厨余废物的混合比例对于消化效果有显著影响。根据系统的稳定性、COD去除率和甲烷产率等进行综合考虑,确定牛粪和厨余废物中VS最佳比例为1∶1。在此比例下,其甲烷产率和COD去除率比牛粪单独消化时分别提高了76%和26.4%,去除COD的产气率为0.19L.g-1,VFA/TA比值为0.35,系统稳定性很好。当牛粪和厨余废物VS比例为1∶3和1∶6时,酸化相和甲烷相反应器中有丙酸抑制现象。本试验没有发现氨氮抑制,但是随着厨余废物比例增加,系统的稳定性变差。     

猪粪水热预处理和厌氧消化条件下的典型抗生素降解性能

畜禽养殖过程中排泄的粪污中残存大量抗生素给环境带来潜在风险。为进一步了解水热预处理和厌氧消化对畜禽粪污中典型抗生素降解变化特征,同时明晰抗生素与产甲烷性能的相关性,以猪粪为研究对象,考察了不同温度（70、90、120、150、170℃）水热预处理对3种抗生素（磺胺嘧啶、土霉素和恩诺沙星）的消减作用,研究了3种抗生素在中温厌氧消化过程中的降解规律及其对产甲烷性能的影响。结果表明,磺胺嘧啶和恩诺沙星在70℃水热处理条件下100%去除,而土霉素在90℃水热处理条件下100%去除;3种抗生素的去除率随着厌氧消化时间的延长而逐渐增加,恩诺沙星在厌氧消化5d基本达到100%的去除;土霉素在厌氧消化15d基本达到100%去除,而磺胺嘧啶在厌氧消化30d去除率达52.9%;厌氧消化过程中磺胺嘧啶的去除率随着起始浓度的增加而降低,低浓度组（SDZ-1、SDZ-2和SDZ-3）在前12d均能够完全降解,高浓度组SDZ-4和SDZ-5在厌氧消化36d后的去除率分别为65%和71%。此外,猪粪中磺胺嘧啶为5~150mg/kg范围内,未见对猪粪厌氧消化产甲烷性能产生负面影响作用,厌氧消化累积沼气和甲烷产量与磺胺嘧啶浓度呈负线性相关（R2=0.9546和R2=0.8654）。因此,水热预处理和厌氧消化对猪粪中磺胺嘧啶、土霉素和恩诺沙星具有明显的消减作用,可为后续水热预处理耦合厌氧消化处理含抗生素粪污的研究提供数据支撑。     

温度和生物预处理对稻草秸秆厌氧产气特性的影响

采用两种稻草秸秆进行生物预处理15d,30d,45d和60d后,在中温(35℃)和常温(25℃)条件下进行厌氧消化实验,研究牛物预处理后稻草秸秆主要成分的变化规律及其对产气量的影响.结果显示,经过生物预处理田中预腐稻草秸秆在中温条件下进行厌氧消化的累积产气量比常温条件下提高了10.5%～137.7%,而经生物预处理风干稻草秸秆在中温条件进行厌氧消化的累积产气量比常温条件下提高了22.1%～76.3%.因此,把中温消化和牛物预处理结合起来是提高稻草秸秆厌氧消化效率和产气量的有效方法.     

沼渣制备生物炭添加对小麦秸秆厌氧消化产气性能及微生物群落的影响

厌氧消化技术是利用有机废弃物制备可再生绿色能源重要手段,更是解决环境污染问题的重要途径之一,生物炭利用也是有效处理有机固体废弃物,解决环境污染的重要手段。文章结合了这两种方式协同处理小麦秸秆,采用批式厌氧消化实验装置,将不同温度下(400℃,500℃和600℃)制备的沼渣生物炭按照不同剂量(0%,5%,10%和15%)添加到反应装置中,探究其对小麦秸秆厌氧消化产气性能的影响。实验结果表明:所有添加了生物炭的实验组中小麦秸秆的产甲烷量均高于未添加生物炭的实验组。其中,在400℃制备条件下,添加5%的生物炭,时,小麦秸秆的单位VS产甲烷量和VS去除率最高,分别为297 mL·g^-1VS和57.4%,比未添加组分别提高了40.1%和36.7%;与此同时,小麦秸秆厌氧消化系统中的细菌和古菌群落在水平上的优势菌种分别为Clostridium_sensu_stricto₁(18.5%)和Methanosaeta(69.2%)。因此,在小麦秸秆厌氧消化过程中添加沼渣生物炭,可作为提高小麦秸秆生物降解性和产甲烷性能的一...     

基于污泥厌氧消化的吸收式热泵-高温水源热泵供热系统研究

文章依据青岛某污水厂现有污泥中温厌氧消化沼气热电联产系统,计算得出污泥高温厌氧消化下相关数据,设计采用吸收式热泵-高温水源热泵供热系统供热,并对污泥高温厌氧消化系统进行综合评价。得到结论:污泥高温厌氧消化系统比污泥中温厌氧消化系统产气量多,净发电量大,系统需热量大;采用吸收式热泵-高温水源热泵供热系统为污泥供热,可充分回收发电机组烟气热能和中水热能,提高一次能源使用率;污泥高温厌氧消化系统与污泥中温厌氧消化系统相比,年电费收益较小,环境效益大。     

不同含固率和接种比对尾菜厌氧消化的影响

文章通过尾菜中温批式厌氧消化实验,研究不同含固率(4%,8%)和接种比(RI/S=0.8,1.0,1.2)对尾菜厌氧消化产气特性的影响。结果表明,累计甲烷产量随含固率的提高而增加,随接种比的提高而降低,在含固率为8%,接种比为0.8时,累计甲烷产量最大,达到253.81 mL·g^-1VS。含固率一定时,接种比越高,越有利于缩短厌氧消化周期,但会降低累计甲烷产量;接种比一定时,含固率越高,产甲烷延滞期越长,累计甲烷产量越高。厌氧消化第9天各处理组均开始出现不同程度的丙酸积累现象,含固率为8%,接种比为0.8时,丙酸浓度最高可达1981.522 mg·L^-1。含固率越低,接种比越高,越有利于丙酸降解。厌氧消化第33天时,各处理组丙酸全部被转化利用。     

回流对餐厨垃圾和稻草混合两相厌氧消化的影响

文章以餐厨垃圾和稻草为原料,研究了不同进料负荷和回流对半连续式两相厌氧消化产气及系统能量平衡的影响。试验结果表明,不回流的酸化相(A1)和甲烷相离心液回流的酸化相(A2)的产酸量随着负荷的提高而显著增加,其对应的甲烷相(R1,R2)的日产甲烷量随着进料负荷的提高也逐渐增大。在酸化相中,当进料负荷为10 g VS·L-1d-1,水力停留时间为10天时,A1和A2的产酸量同时达到最大,分别为30583 mg·L-1和47559 mg·L-1,A2比A1的产酸量提高了55%。在甲烷相中,当负荷为4 g VS·L-1d-1时,R1,R2的单位VS产气率达到最大,分别为0.43 L·g-1VS和0.51 L·g-1VS,R2比R1单位VS日产甲烷率提高了18.6%。     

3种典型有机废弃物厌氧消化中NH3和CS2的释放特征

为探究典型有机废弃物中NH₃、CS₂的释放特征,将鸡粪、果蔬废弃物、餐厨垃圾进行序批式厌氧消化。结果显示NH₃在沼气中的平均浓度：餐厨垃圾(9.4±6.6 mg·m^-3)>鸡粪(7.2±3.7 mg·m^-3)>果蔬废弃物(4.9±3.9 mg·m^-3);原料NH₃生产潜力：餐厨垃圾(6.5 g·t^-1)>鸡粪(3.8 g·t^-1)>果蔬废弃物(2.0 g·t^-1)。CS₂在沼气中的平均浓度：餐厨垃圾(0.05±0.03 mg·m^-3)>果蔬废弃物(0.04±0.03 mg·m^-3)>鸡粪(0.02±0.01 mg·m^-3);原料CS₂生产潜力：餐厨垃圾(0.04 g·t^-1)>果蔬废弃物(0.02 ...