秸秆类木质纤维原料产甲烷潜力及动力学分析

为进一步了解木质纤维素类物料内部组成成分对其厌氧消化的影响,以及木质纤维素类物料在厌氧发酵过程中的产气特性,从而为其在工程上的利用提供依据,使大型沼气工程发酵物料的评估和利用达到标准化、科学化和高效化。以玉米秸秆、水稻秸秆、苜蓿秸秆为研究对象,采用中温批次厌氧发酵工艺,接种物与底物挥发性固体(VS)比为2∶1,发酵温度(37±0.1)℃且固体浓度为10%,研究各木质纤维原料厌氧生物转化甲烷的潜力(BMP),并利用修正Gompertz模型对原料累积产甲烷过程进行动力学分析。结果表明:玉米秸秆、水稻秸秆、苜蓿秸秆各原料发酵底物总固体(TS)浓度为10%时的单位质量挥发性固体(VS)生物甲烷产量分别为266.86,225.19,286.24mL·g~(-1),占各自理论生物甲烷潜力(TMP)的83.8%、66.4%、90.8%,BMP1%时的反应时间分别为28,32,26d。不同秸秆的产甲烷潜力与原料组分中木质素和无定形全纤维素的含量有较大关系。采用修正Gompertz方程对累积产甲烷曲线拟合,能较好模拟玉米秸秆、水稻秸秆、苜蓿秸秆的累积产甲烷变化过程,拟合方程的R2分别为0.998,0.984,0.990;动力学常数K和延滞期时间λ分别为0.122,0.101,0.065d-1和0.35,0.57,0.48d,为木质纤维原料的产甲烷潜力评估预测及实际沼气生产中原料的选择提供依据。     

酸碱预处理辣椒秸秆与羊粪混合厌氧发酵特性

为实现辣椒秸秆等农业废弃物的资源化利用,通过批式厌氧发酵试验,分别研究了经不同体积分数(2%、4%、6%、8%)的H₂SO₄和不同质量分数(2%、4%、6%、8%)的Ca(OH)₂预处理的辣椒秸秆与羊粪混合厌氧发酵的产甲烷特性。结果表明,随着预处理中Ca(OH)₂质量分数的升高,辣椒秸秆与羊粪混合厌氧发酵的甲烷产率升高,经8%Ca(OH)₂预处理的甲烷产率最高(188.56 mL·g^-1),显著(P<0.05)高于其他处理,较对照提高了61.26%。但随着预处理中H₂SO₄体积分数的升高,辣椒秸秆与羊粪混合厌氧发酵的甲烷产率降低,且显著(P<0.05)低于对照。利用修正的冈珀茨(Gompertz)模型能较好地拟合各处理的产甲烷过程,其中,经Ca(OH)₂预处理的最大甲烷产率(V_m)值较大,说明Ca(OH)₂预处理辣椒秸秆能有效提高其与羊粪混合发酵的水解速率。酸、碱预处理均对辣椒秸秆木质纤维素有一定的降解作用,其中,Ca(OH)₂预处理的降解效果更好。     

糠醛废水与水稻秸秆联合厌氧发酵研究

为探究底物浓度与好氧水解时间对糠醛废水与水稻秸秆联合厌氧发酵的影响,设计糠醛废水与水稻秸秆混合直接厌氧发酵及糠醛废水与水稻秸秆好氧水解再厌氧发酵对比试验。发酵料液中硫酸根浓度为100 mg·L~(-1)条件下,总固体浓度(TS)为5%、6%、7%、8%联合厌氧发酵试验,筛选最优底物浓度,在时间为3、4、5、6、8、10、12 h条件下作好氧水解发酵试验。结果表明,当VS/SO_4~(2-)比值为264,好氧水解时间为8 h时,木质素降解率最快,糠醛废水与水稻秸秆联合厌氧发酵效果最好,峰值容积产气率达1 940 mL·L~(-1)·d~(-1),较无好氧水解试验组高11.5%。TS、VS产甲烷率分别为266.90和285.52 mL·g~(-1),与无好氧水解试验组相比增加21.75%。为糠醛废水与水稻秸秆资源化利用提供理论参考和技术支持。     

添加硒、钨元素对猪粪厌氧发酵的促进机制

为更精确地了解微量元素硒(Se)、钨(W)在厌氧发酵系统中的影响效应,提高发酵底物的生物产甲烷效率(BDA),以猪粪为发酵底物,添加微量元素Se、W,应用一级动力学模型和Gompertz模型拟合厌氧发酵过程。研究显示:适量添加微量元素Se、W对厌氧发酵产甲烷过程具有积极的促进作用,其中,M组(Se 0.8 mg·L~(-1)、W 1.8 mg·L~(-1))促进作用最为显著,累积产气量、平均甲烷体积分数和甲烷产率(以挥发性固体计)分别为177 001 mL、68.3%和398.3 mL·g~(-1),比CK组分别提高了10.2%、6.1%和21.4%。相关性分析表明:添加微量元素Se、W能够加快产甲烷菌对总挥发性脂肪酸(TVFAs)的利用率(对丙酸降解作用最为显著),促进产甲烷进程,TVFAs浓度与甲烷产率呈负相关,M组具有最低TVFAs累积量(809 mg·L~(-1))、最大产甲烷速率(31.0 mL·g~(-1)·d~(-1)),相比CK组水力停留时间(HRT)缩短了4 d、BDA提高了21.4%,厌氧发酵过程符合Gompertz模型(R~2=0.999 2)。     

底物质量分数对混合蔬菜废弃物厌氧 发酵的影响及动力学研究

为了探究底物质量分数对混合蔬菜废弃物厌氧发酵产沼气潜力的影响,采用批量式试验,在高温(55±1)℃下,研究底物质量分数为2%、3%、4%、5%和6%时,混合蔬菜废弃物厌氧发酵总固体含量(total solid,TS)和挥发性固体含量(volatile solid,VS)降解率、挥发性脂肪酸(volatile fatty acid,VFA)质量浓度、甲烷含量、日产沼气量、发酵前后累积产沼气总量及产沼气潜力的变化,并通过修正的Gompertz模型进行动力学研究。结果表明,底物质量分数为3%时,混合蔬菜废弃物的TS降解率为42.25%,VS降解率为56.35%,VFA质量浓度为241.43mg·L~(-1),甲烷含量为64.5%,日产沼气量最高为210 m L,累积产沼气总量为2 070 m L,产沼气潜力为324.94 m L·g~(-1),甲烷含量为64.5%,均普遍优于其他试验组。利用修正的Gompertz模型模拟混合蔬菜废弃物厌氧发酵产沼气的累积产沼气过程,当底物质量分数为3%时,拟合获得的最大产沼气量和最大产沼气速率最高,分别为2 438.37m L和134.09 m L·d~(-1)。     

牛粪与水稻秸秆混合厌氧发酵工艺优化及动力学研究

为实现牛粪与水稻秸秆资源化利用,采用批式试验,分别研究了预处理剂种类(H_2O_2、H_2SO_4、NaOH)、预处理剂浓度(2%、4%、6%)及牛粪与水稻秸秆物料比(1∶1、2∶1、4∶1)对牛粪与水稻秸秆混合厌氧发酵产气效果的影响。结果表明,采用2%H2O_2预处理剂,物料配比控制在1∶1,系统平均原料产气率为398.0 m L·g~(-1),发酵效果最佳。动力学研究发现,一级动力学模型与Modified Gompertz方程均可较为准确地对牛粪与水稻秸秆混合厌氧发酵产气过程进行动态模拟,其中,Modified Gompertz方程的模拟效果更优。     

接种率及尿素添加量对农村生活垃圾厌氧发酵产甲烷的影响

为了解接种率及尿素添加量对农村生活垃圾厌氧发酵产甲烷的影响,选取3个水平的接种率（0.3、0.5、1.0）和3个水平的尿素添加量（1%、3%、5%）进行农村生活垃圾厌氧发酵实验。结果表明,在相同尿素添加量的条件下,接种率（0.3~1.0）越高越有利于甲烷产生,同时挥发性脂肪酸降解速率越快;而在相同接种率的条件下,随尿素添加量（1%~5%）的增加,甲烷产量呈先升高后降低的趋势。Gompertz动力学模型拟合结果表明,在接种率为1.0、尿素添加量为3%的条件下,厌氧发酵产甲烷延滞期较短（12 d）,70 d累积甲烷产量最高（0.44 L·g^-1 TS）,发酵过程未发生酸化现象。     

混合物料干湿厌氧发酵特性及菌群结构

厌氧发酵是解决秸秆和畜禽粪等农业废弃物污染的重要途径,为实现秸秆和牛粪的资源化利用,研究稻秆和牛粪混合物料干、湿厌氧发酵特性,并对混合物料发酵前后的菌群结构进行分析。结果表明,稻秆与牛粪混合物料干、湿发酵的挥发性脂肪酸(VFAs)均以乙酸和丙酸为主,发酵pH值均在5.6～7.7之间变化,湿发酵的总固体浓度(total solid,简称TS)累积产甲烷量(63.8 mL/g)较干发酵(36.9 mL/g)提高73.90%,发酵前后菌群结构发生较大变化,细菌的优势菌群由消化链球菌(Peptostreptococcaceae)、瘤胃菌(Ruminococcaceae)、梭菌(Clostridiaceae.1)和理研菌(Rikenellaceae)转变为普雷沃氏菌(Prevotellaceae)、毛螺菌(Lachnospiraceae)和互养菌(Synergistaceae),古菌的优势菌群由甲烷杆菌(Methanobacteriaceae)和甲烷球菌(Methanosarcinaceae)转变为以乙酸代谢为主的甲烷球菌(Methanosarcinaceae)。     

温度对牛粪与番茄秸秆厌氧发酵产气的影响

以挥发性固体(VS)占物料干质量(TS)43.72%的鲜牛粪与VS/TS为86.61%的番茄秸秆为发酵原料,利用10 L厌氧发酵罐为反应器,设置25,30,35,40℃共4个反应温度,进行为期80 d的厌氧发酵试验,以探究不同温度对鲜牛粪与番茄秸秆混合干物质比为1∶1厌氧发酵产气特性的影响。结果表明,在该试验设置下,鲜牛粪与番茄秸秆适宜的发酵温度为35℃,其累积产气量为(148.09±2.95)L,产甲烷量为(91.52±1.03)L,TS产气量为(246.82±0.003)mL/g,均高于其他设置处理。该温度下,体系挥发性脂肪酸浓度及pH值均在正常范围内,发酵体系运行稳定。     

餐厨垃圾中高温厌氧发酵的产沼动力学模拟及比较研究

通过批式试验研究了中温和高温2种工艺温度下餐厨垃圾厌氧发酵沼气产率及其动力学特征。结果表明:试验第33天,中温和高温处理系统比沼气产率分别达到706.14L/kg、897.80L/kg。Transference模型、修正的Gompertz模型和修正的Logistic模型均可以用来模拟餐厨垃圾中高温发酵产沼动力学过程,其中Gompertz模型具有更高的拟合度(R20.99),预测值与实验观测值之间的吻合程度更高(相对均方根误差RRMSE0.03,模型效率ME0.99)、拟合求得的中温和高温系统最大沼气产气潜能分别为0.43m~3·d~(-1)、0.64m~3·d~(-1),产气迟滞期分别为4.65d、3.65d,表明高温处理系统的产沼性能优于中温处理系统。     

进料浓度对猪粪混合稻秆厌氧产甲烷特性的影响

为研究猪粪（Pig manure,PM）与稻秆（Rice straw,RS）的组配比例与进料的固形物（Total solid,TS）浓度对中温条件下厌氧产甲烷特性的影响,通过批次厌氧发酵试验摸清不同挥发性固体（Volatile solids,VS）配比（PM/RS=1：0、4：1、2：1、1：1、1：2、1：4、0：1）下的原料产甲烷规律,并选择VS配比（均以PM/RS计）为1：1、4：1的混合原料开展进料浓度（TS分别为4.6%、7.1%、9.6%、12.1%）梯度提升的连续厌氧发酵试验。结果表明：批次发酵试验中VS配比为4：1时产甲烷性能表现最好,产甲烷潜力（P值）、反应动力常数（k）、最大产甲烷速率（R_m）及甲烷产率达到峰值时间（t_max）分别为380.3 mL·g^-1 VS、0.098 d^-1、37.2 mL·g^-1 VS·d^-1、4.4 d。连续发酵试验中,在水力停留时间为30 d、VS配比为4：1时连续产甲烷性能更优,甲烷产率、产甲烷潜力转化率和容积产甲烷率分别达到354.8 mL·g^-1 VS、93.3%、0.88 L·L^-1·d^-1。但混合物料中猪粪比例越高,发酵系统的氨抑制风险也越高。在进料浓度达到12.1%条件下,VS配比为4：1时的游离氨浓度是VS配比为1：1时的1.47倍,达到223.2 mg·L^-1。研究表明,猪粪与稻秆混合原料VS配比为4：1（配比后的C/N=22~23：1）时,可提高发酵原料转化效率和容积产甲烷率;同时,进料TS浓度低于12.1%（有机负荷率为2.87 g VS·L^-1·d^-1）可降低厌氧发酵中的氨抑制,保证沼气工程稳定运行。     

木质生物炭对厌氧发酵产甲烷性能的影响

为研究木质生物炭对厌氧发酵产甲烷性能的影响,以玉米秸秆、牛粪作为发酵底物,以灌木生物炭、杨木生物炭、混合木屑生物炭作为添加剂,通过控制生物炭的种类、粒径以及灰分含量等关键因素,进行了批式厌氧发酵强化试验.结果表明:生物炭对厌氧发酵系统有重要影响,且粒径越小,产气能力越强.其中,杨木生物炭对厌氧发酵系统影响最大,不仅提升...     

基于连续运行条件下的稻秸干法厌氧发酵中试研究

为了探索连续进料运行下秸秆干法厌氧发酵的产气情况,设计了一种适用于稻秸干法厌氧发酵中试系统,研究了牛粪单发酵启动试验、不同进料方式和氮源添加下的产气特征并且进行了技术经济性分析评估。结果表明:中试装置可实现含固率为20%的秸秆物料均匀混合,提高进料效率和实现连续发酵均衡产气。发酵启动试验阶段,牛粪单发酵29 d后具备处理稻秸所需的最佳厌氧微生物体系、适宜的发酵温度等,从而使连续进料阶段快速启动。在连续进料稳定运行阶段,秸秆进料量80 kg·d~(-1)并添加猪粪(干质量)4.54 kg·d~(-1)为补充氮源,单日CH4产气量从137.28 L·kg~(-1)VS达到227.8 L·kg~(-1)VS,并能连续维持20～22 m~3·d~(-1)。对于缺乏猪粪等氮源的地区可采用一次性投加的方式,单次补充68.1 kg猪粪(干质量)且定期补充时间为20 d。研究表明,该适用于稻秸干法厌氧发酵中试系统技术可行且可实现连续进出料和稳定运行产气,并产生可观的经济效益。     

MC1预处理对豆秸水解特性及产甲烷效率的影响

为提高大豆秸秆厌氧发酵产气性能,本文利用复合菌系MC1对灭菌秸秆(SS)及未灭菌秸秆(NSS)进行预处理,研究预处理时间对秸秆水解特性及产甲烷效率的影响。结果表明:MC1能有效降解大豆秸秆,SS经12 d预处理,其纤维素及木质素降解率分别为41.71%和29.92%,显著高于NSS(P0.05)。SS预处理体系中VFAs含量显著高于NSS(P0.05),且两者分别在预处理3 d及7 d浓度达到最高,分别为2.18 g·L~(-1)(SS)和1.52 g·L~(-1)(NSS),预示杂菌减缓了MC1对秸秆的降解速率。乙酸是预处理体系中最主要的VFAs产物,整个预处理期间SS和NSS水解液乙酸含量分别高于72.41%和56.23%。与未处理大豆秸秆相比,经过3 d预处理,SS和NSS预处理体系的甲烷累积产量分别提高了36.86%和34.27%,其最大产甲烷速率分别为21.69 mL·d-1·g-1VS和17.44mL·d-1·g-1VS,表明MC1预处理能有效提高大豆秸秆厌氧发酵性能。     

不同配比污泥对玉米秸秆产气特性的影响

[目的]研究玉米秸秆不同接种物浓度下的产气特性,为秸秆在大规模沼气工程中的应用提供参考.[方法]以玉米秸秆为发酵原料,接种不同比例的厌氧污泥,采用批量发酵工艺,在38℃左右条件下进行厌氧发酵.[结果]经过50d的发酵后,秸秆中大部分物质可以得到分解.当厌氧污泥和秸秆比例为10∶3(两者TS比0.57、VS比0.46)、总TS浓度为10.16%时,秸秆产气效果最佳,TS产气率为370 mL/g,沼气中甲烷含量为56.04%.[结论]玉米秸秆发酵过程中,随接种污泥比例加大,秸秆的产气量和产气率逐渐升高,但接种量达到一定比例时,原料产气量和产气率升高不再明显.     

牛粪与水稻秸秆混合厌氧发酵工艺优化及动力

为实现牛粪与水稻秸秆资源化利用,采用批式试验,分别研究了预处理剂种类（H2O2、H2SO4、NaOH）、预处理剂浓度（2%、4%、6%）及牛粪与水稻秸秆物料比 （1∶1、2∶1、4∶1）对牛粪与水稻秸秆混合厌氧发酵产气效果的影响。结果表明,采用2% H2O2预处理剂,物料配比控制在1∶1,系统平均原料产气率为3980 mL·g-1,发酵效果最佳。动力学研究发现,一级动力学模型与Modified Gompertz方程均可较为准确地对牛粪与水稻秸秆混合厌氧发酵产气过程进行动态模拟,其中,Modified Gompertz方程的模拟效果更优。     

乙二酸盐对有机污水厌氧发酵产沼气的影响

有机污水接种活性污泥后,在厌氧、37℃和120rpm条件下进行批培养,添加乙二酸盐（终浓度0．1g／L）促进甲烷茵的三羧酸循环碳代谢和胞内的钴同化作用,使同化钴含量相对于对照提升了64．1％,表明以钴为中心离子的Vn。的合成和以V。为辅酶的甲基CoM还原酶的活性得到增强,并最终从产气效率上反映出来,其挥发性乙酸盐残留量比对照减少70．9％,而沼气总产量、TS和Yp/v以及qp分别比对照提高了32．1％、2．0％、6．1％和28．4％,说明厌氧体系中添加乙二酸盐促进了挥发性乙酸钠底物代谢流向终产物甲烷。乙二酸盐是通过提高菌群的甲烷合成能力来提高产气,而非仅通过促进茵群生长的群体优势。