中温和高温条件下餐厨垃圾厌氧发酵产气动力学的研究

研究以餐厨垃圾为原料,在中温(37℃)和高温(55℃)条件下开展批次试验。通过测定各项产气指标探究不同温度对餐厨垃圾厌氧发酵产气性能的影响,并采用Gompertz模型和一级动力学模型对中温和高温条件下餐厨垃圾厌氧发酵累计产甲烷量进行拟合。结果表明,高温厌氧发酵最大产甲烷潜能为398.33 mL·g^-1VS,高出中温发酵32.37%,高温条件下餐厨垃圾厌氧发酵累积沼气产量和甲烷产量分别为665.89和399.41 mL·g^-1VS,显著高于中温条件下的累积沼气产量及甲烷产量。餐厨垃圾高温发酵甲烷生成速率常数k为0.43558 d^-1,高于中温发酵动力学常数(k=0.31367 d^-1),餐厨垃圾高温厌氧发酵产甲烷速率高于中温发酵。综上所述,相较于中温条件,高温条件下餐厨垃圾批次厌氧发酵产气性能更优异。     

接种物浓度对厌氧发酵产气特性影响的研究

接种物浓度是影响厌氧发酵产气速度和产气量的重要因素。为此研究了在物料浓度一定的情况下,不同接种物浓度对反应器启动、COD去除率、产气量及产气速度的影响。研究表明：在接种物浓度为6％、物料浓度与接种物浓度之比为1：1的情况下,反应器启动速度快,COD降解率和产气量都相对较高,平均产气速度怏。     

不同杂粮作物秸秆厌氧发酵产气特性研究

秸秆的开发与利用对于污染治理和资源循环利用意义重大,其中关于杂粮作物秸秆沼气发酵潜力的研究却鲜有报道。该研究采用批次试验,发酵体积700 m L,总TS为8%,中温(35℃±1℃)条件下探究了玉米、水稻、大豆、谷子、糜子和绿豆6种秸秆厌氧发酵产气特性。结果表明:发酵进行到11 d时,秸秆TS产气率从大到小依次为绿豆131. 0 m L·g~(-1),玉米126. 8 m L·g~(-1),糜子117. 5 m L·g~(-1),谷子114. 1 m L·g~(-1),水稻105. 3 m L·g~(-1)和大豆84. 0m L·g~(-1)。绿豆秸秆甲烷含量最高可达60. 2%,其次分别为糜子秸秆53. 5%,玉米秸秆52. 8%,谷子秸秆50. 0%,水稻秸秆49. 7%和大豆秸秆48. 4%。绿豆秸秆的总有机碳和总氮的减重率最大,分别为43. 25%和21. 77%。绿豆秸秆的纤维素、半纤维素和木质素的降解率最大,分别为15. 43%,9. 86%和7. 24%。各秸秆发酵液C/N分别为玉米29. 04,水稻36. 58,大豆48. 69,谷子35. 90,糜子30. 54和绿豆23. 31。6种秸秆的累积产气量与其总氮减重率,纤维素和半纤维素降解率,C/N显著相关。该研究为不同种类秸秆,尤其是杂粮作物秸秆厌氧发酵提供了一定的数据支撑。     

不同预处理对茶树叶厌氧发酵产气的影响

文章以茶树叶为发酵原料,厌氧活性污泥为接种物,在接种量为25%,配料TS浓度为7%和恒温35℃下,研究了纤维素酶预处理、高温蒸煮处理与Na OH预处理3种预处理方法对茶树叶厌氧发酵产气性能的影响。试验数据经过改Modified Gompertz模型处理,获得相应的厌氧消化动力学参数(最大累积产气量、最大产气速率和滞留时间),并计算出TS和VS评价指标。分析结果表明:经纤维素酶与Na OH预处理可以不同程度提高产气能力,并缩短发酵启动时间。Modified Gompertz模型拟合不同预处理茶树叶厌氧发酵累积产气量随时间变化具有较好相关性,拟合结果中质量分数4%的Na OH预处理茶树叶产气效果最好,发酵累积产气量2860 m L,最大产气速率127.9m L·d-1,总固体产气率、挥发性固体产气率分别为109.58 m L·g-1,116.73 m L·g-1,优于其他实验组与对照。因此,碱处理可能成为今后茶树叶沼气工程较理想的预处理方法。     

基于GSA的厌氧发酵原料碳氮比NIRS快速检测

在以预处理后玉米秸秆、秸秆粪便混合物为原料进行厌氧发酵生产沼气时,为了对厌氧发酵原料碳氮比进行快速检测,将近红外光谱(NIRS)与偏最小二乘(PLS)回归相结合构建快速检测模型,并基于遗传模拟退火算法(GSA)构建遗传模拟退火区间偏最小二乘算法(GSA-iPLS)和双重遗传模拟退火偏最小二乘算法(DGSA-PLS)分别用于特征谱区优选和特征波长点优选,以提高回归模型的检测精度和效率。全谱1844个波长点经GSA-iPLS进行谱区优选后,得到641个波长变量,再经DGSA-PLS进行特征波长点优选后,得到628个波长变量。DGSA-PLS回归模型验证集的决定系数(R2p)为0.920,预测均方根误差为7.178,相对分析误差为3.805。与全谱建模相比,DGSA-PLS模型的RMSEP减小了15.87%。通过波长优选,参与建模的波长点数量显著减少,有效降低了变量维度和模型复杂度,提升了预测精度和预测能力。本文通过优选碳氮比的敏感波长变量,有效提高了预测模型的鲁棒性,为直接、快速、准确测量厌氧发酵原料的碳氮比提供了新途径。     

接种物特性对牛粪高温厌氧发酵的影响

为了提高牛粪高温厌氧反应体系CODCr和BOD5去除率及产气速率,对混合污泥(V二沉污泥:V消化污泥=1:1)和单种污泥培养的接种物分别与14.7%的牛粪料液混合,进行了厌氧发酵特性的研究.探索了高温条件下接种物对牛粪厌氧发酵的影响.结果表明,在物料浓度一定的条件下,混合污泥培养的接种物厌氧体系的产气量高于单种污泥培养接种物的厌氧体系.该体系的CODCr和BOD5的去除率分别为70.6% 和61.9%,产气量达 330.4mL/gCODCr,而且厌氧发酵启动速度快,pH值变化范围小,产气过程平稳.     

碳氮比对稻秸厌氧发酵过程的影响

在实验室条件下,考察了C/N对稻秸厌氧发酵过程的影响,重点研究了不同C/N对稻秸厌氧发酵前后氮素转化的影响,实验设置初始C/N分别为15∶1(T1),25∶1(T2),35∶1(T3)和45∶1(T4)4个处理.结果表明,C/N对稻秸厌氧发酵产气的影响较大,C/N太高发酵初期会出现酸化现象,以C/N 25∶1的产气效果最好,TS产气量为286.82 mL.g-1;不同C/N对甲烷含量的影响不大,各处理平均甲烷含量均在55%左右;厌氧发酵后,稻秸中有机物被大量分解,VS,纤维素和半纤维素含量大幅降低,纤维素结晶区受到较大破坏,木质素相对被浓缩,FTIR和XRD的结果与常规分析的结果一致;厌氧发酵过程中,氮素的损失较大,T1,T2,T3和T4的氮素损失率分别为43.97%,42.94%,33.71%和32.34%;氮素主要流向沼液中,但随着初始C/N从15∶1提高到45∶1,保留在沼渣中氮素的比例从29.77%增加到42.86%;厌氧发酵后厌氧系统中氮素以铵态氮和有机氮为主,随着C/N增加,总氮中铵态氮的比重降低,有机氮的比重增加,硝态氮无论是在沼渣还是沼液中含量均不高。     

预处理方式对水稻秸秆厌氧发酵产气特性的影响

在中温(35℃)条件下,分析了不同预处理方式对水稻秸秆厌氧发酵过程中产气特性的影响,比较了厌氧发酵前、后水稻秸秆组分变化的情况,结果表明:氨化预处理的秸秆产气量最大,VS(挥发性固体)产气量达到356.80 mL/g,比对照组高11.70％;各组甲烷质量分数的最大值均达到了70％以上,甲烷含量差异不显著;水稻秸秆厌氧发酵后的木质纤维素含量均呈现下降的趋势,木质纤维素的降解率与产气量成正比,氨化后的水稻秸秆与原水稻秸秆相比,纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别为28.49％、51.73％和7.13％.     

钝化剂对猪粪厌氧发酵产气特性及重金属含量的影响

为了减少重金属污染,文章在猪粪厌氧发酵过程中添加钝化剂,探讨钝化剂对甲烷含量、重金属含量的影响,以期为减少重金属污染提供有效途径。笔者选用钝化剂种类、钝化剂浓度及温度3个因素,每个因素取3个水平,采用正交设计的方法,对猪粪进行厌氧发酵。结果表明:影响猪粪厌氧发酵甲烷含量的因素主次顺序为:钝化剂种类、温度、钝化剂浓度,甲烷含量最高的处理为采用7.5%浓度的活性炭钝化剂,在35℃条件下反应的处理组合;影响猪粪厌氧发酵后重金属Cu含量的因素主次顺为:温度、钝化剂种类、钝化剂浓度,Cu含量减少最多的处理为温度为25℃,5%浓度粉煤灰钝化剂的处理组合;影响猪粪厌氧发酵后重金属Zn含量的因素主次顺为钝化剂种类、温度、钝化剂浓度,Zn含量减少最多的处理为:5%浓度的粉煤灰钝化剂,温度为25℃的处理组合。猪粪厌氧发酵后,各组试验中沼渣中重金属含量均降低,沼液中重金属含量均增加,大多数组重金属总的含量减小。     

沼液回流对牛粪厌氧发酵产气特性及其动力学的影响

在中温条件(37±1)℃下采用连续搅拌反应器(CSTR)研究了沼液长期回流对牛粪厌氧发酵过程中产气特性及其微生物动力学的影响,对不同有机负荷下发酵罐运行参数的动态变化进行了持续监测,并进行了相关的动力学分析。结果表明:在水力停留时间为40 d,有机负荷为3.0 g/(L·d)的条件下,将50%的沼液进行回流时,能够提高基质产甲烷率,促进厌氧发酵系统中微生物的合成代谢,但由于难降解物质累积,传质效果降低仍使得回流组日产气量及甲烷产量呈下降趋势,处理组的沼气容积日产气量从1.07 L/L逐渐降至0.83 L/L,降低了22.4%。沼液回流引起了p H值、NH+4-N、溶解性化学需氧量(SCOD)等指标的升高,但未达到抑制水平。回流导致牛粪厌氧发酵产气量下降的最主要因素可能是由于粘度从50 m Pa·s迅速升高至116 m Pa·s而引起的传热传质阻力变大。在以牛粪为原料的沼气工程应用沼液回流工艺时需要合理选择回流比例或在回流前对沼液进行适当的处理来保证工程的长期稳定运行。     

外源重金属对猪粪厌氧发酵产气特性的影响北大核心

文章针对当前畜禽粪便中重金属含量较高的问题,研究外源添加重金属对厌氧发酵的影响,旨在为我国沼气工程的健康、稳定运行提供一定的科学依据。以猪粪为发酵原料,采用厌氧发酵技术,通过监测沼气产量及甲烷含量,研究外源添加重金属Cu,Zn,Cr对猪粪厌氧发酵产气特性的影响。通过试验研究,得出如下结论:在添加外源重金属Cu和Cr的沼气发酵中,随着发酵反应中重金属Cu含量增大总产气量减少,甲烷含量降低;在添加外源重金属Zn的沼气发酵中,外源Zn可促使产气高峰提前,可提高甲烷含量。     

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。     

不同处理秸秆中温厌氧发酵的产气效果

采用三组试验来比较相同干物质量的鲜秸秆、干秸秆、青贮秸秆中温(35℃)厌氧发酵的消化率和产气性能。结果表明:青贮秸秆、鲜秸秆、干秸秆三种物料经35℃中温发酵后,产气量分别为4121 mL,2953 mL,1573mL,说明经青贮预处理过的秸秆产气性能明显提高,产气量较其他两个试验组高,产气启动时间也略为缩短,表明青贮法预处理可以有效提高厌氧消化效率和产气量。     

酶预处理对秸秆类原料厌氧发酵特性的影响

为探索经木霉培养液预处理的秸秆厌氧消化产气特性,利用实验室自制小型厌氧发酵装置,在中温(30±1)℃条件下,分别对经预处理的稻秸、麦秆和稻麦秆混合物进行批式厌氧发酵试验。结果表明:料液质量分数10%、接种物质量分数20%条件下经木霉培养液预处理过的秸秆产气量有明显提升,稻秸、麦秆、稻麦秆混合物总产气量分别达到14 555、15 103、17 130 m L;甲烷含量显著增长,平均甲烷体积分数分别为48.2%、45.4%和47.8%,较对照组提高205.1%、213.1%、214.5%。最高甲烷体积分数分别达60.5%、66.1%和66.8%;原料利用率较大提高,化学需氧量COD日均降解量分别为522.23、542.50、668.72 g/d,TS产气率分别达172.84、183.12、205.54 m L/g;其中经预处理后的稻麦秆混合物在产气量增加的前提下,大大缩短厌氧发酵时间(DT90:17 d)。发酵过程p H值、挥发性脂肪酸(VFA)变化情况均在正常范围。     

不同粒径稻草的漂浮特性和厌氧发酵产气性能研究

为提高稻草厌氧发酵产甲烷效益,试验采用批式厌氧消化,研究了不同粒径稻草(40目,20目,10目和5目)的漂浮特性和厌氧发酵性能,对其在厌氧消化过程中的产甲烷性能、粉碎能耗、经济效益以及失水漂浮层变化规律进行分析。结果表明:5目稻草的产甲烷性能和经济效益最好,50 g TS负荷下消化50 d后单位VS产气量为238. 47 mL,分别比40目,20目和10目的稻草高出了11. 40%,20. 09%和9. 96%。5目稻草的挥发性固体VS的去除率和纤维素降解率分别为68. 65%和59. 77%,均优于其他粒径的稻草。稻草粉碎能耗与粒径负相关,5目稻草的耗电量为42 k Wh·t~(-1),分别比40目,20目和10目稻草的耗电量降低了81. 74%,61. 82%和40. 00%。每吨5目稻草产甲烷净收益为259. 1元,比40目,20目和10目稻草的净收益分别高出了228. 93%,66. 36%和23. 26%。在产气高峰期时各试验组失水漂浮层在12 h内达到峰值,随后逐渐下降,而在发酵末期漂浮层厚度增加速率变得十分缓慢。40目稻草形成的失水漂浮层厚度最小且不稳定。本研究提供了一种经济性较优的稻草粒径,对于合理安排搅拌频率、降低能耗成本提供了一定的数据支撑。     

有机溶剂预处理对麦秆厌氧发酵产气的影响

目前,通过对秸秆进行化学预处理后产沼气的研究越来越多,其中以酸碱作为预处理试剂最为常见,但酸碱试剂对设备腐蚀较严重且对环境造成二次污染,故试验选择在厌氧发酵过程中可以被微生物分解的有机溶剂甲醇、丙酮进行预处理。为此,利用自行设计的可控性恒温发酵装置,以小麦秸秆为发酵原料,通过p H值、VFA、甲烷含量、还原糖等指标分析了秸秆经不同浓度的甲醇、丙酮处理后其厌氧发酵产气效率的变化。结果表明:浓度为3%、4%、5%的甲醇、丙酮预处理后的秸秆的累积产气量较对照组均有所提高。其中,5%丙酮处理秸秆后的发酵效果最好,较对照产气量增加了81%;经5%甲醇处理组的秸秆甲烷含量达到68%。     

不同浓度和温度下猪场粪水厌氧发酵产气特性及能效分析

该研究以养殖场新鲜猪粪为原材料在不同温度(15℃,20℃,25℃,30℃和35℃)和不同TS浓度(3％,4％,5.5％,7％和8％)条件下进行产气特性研究及效能分析.结果表明15℃～35℃平均池容产气率分别为0.121,0.605,0.615,0.906和 1.065 L·L-1d-1,甲烷含量分别为42.25％,49...     

低温冻融-酶解预处理对稻秆厌氧发酵产气特性的影响

为利用我国寒冷地区天然冷资源,在实验室模拟低温环境(Z组:-4℃,S组:-20℃),探索低温冻融及纤维素酶液预处理对水稻秸秆中温厌氧发酵产气特性的影响。结果表明,浸泡温度30℃、浸泡时间4 h、液固比15 m L/g条件下水稻秸秆持水力最佳。冷冻后解冻液中木糖质量(Z3组:6.5 g,S2组:7.2 g)大幅增加,半纤维素转化率(Z3组:24.1%,S2组:26.6%)增幅显著(p0.05)。经纤维素酶解后其水解液中葡萄糖质量(Z3组:13.5 g,S2组:14.5 g)大幅增加,纤维素转化率(Z3组:30.9%,S2组:33.2%)增幅显著(p0.05)。对预处理后的原料进行厌氧发酵,累计产气量最高543 m L,较CK提升73.5%(S4组),平均甲烷体积分数最高提升160.4%(S2组),且随着冷冻时间的延长(Z组48 h以上,S组24 h以上)厌氧发酵周期缩短(共19 d),产气高峰提早到来且峰值较高。过酸化现象得到有效缓解,能够更快地进入到甲烷化阶段。     

鲜土豆藤与猪粪不同配比的高温厌氧发酵特性

为了资源化利用数量大而又随意浪费的鲜土豆藤,试验选择猪粪与之平衡C/N进行厌氧发酵。试验在55℃恒温,700 g物料,总固体质量分数8%的条件下,猪粪与鲜土豆藤以质量比1∶1,1∶2,1∶3进行厌氧发酵对比试验,试验结果用Spss进行统计学分析。结果表明,在粪藤比1∶2的条件下(T_2组)厌氧发酵效果最优,最大日产气量为715 mL,总产气量为7069 mL,TS产气量为126.23 mL·g^-1,最大甲烷体积分数为60.4%。T_2试验组总产气量与其他试验组均有显著性差异(p<0.05)。     

猪粪中温和高温厌氧发酵沼液对微藻培养的影响

选用Chlorella pyrenoidosa FACHB-5和Chlorella vulgaris FACHB-8为试验藻种,利用人工气候培养箱,在培养温度为(26±1)℃、光照强度为4 000 lx、通入空气流量为1.5 L/min、24 h连续光照、沼液添加量为20%的条件下,采用中温35℃和高温55℃猪粪厌氧发酵后沼液为原料,研究两种沼液灭菌和不灭菌处理后与BG11培养基混合作为微藻培养液对后续微藻培养过程的影响。研究结果表明,高温55℃厌氧发酵后的沼液用于微藻培养的整体表现优于中温35℃厌氧发酵后沼液,微藻的生长速率更高。在本研究的条件下,沼液灭菌组与未灭菌组相比,在前期的适应期方面未表现出明显的优势,但在中后期的微藻生长速率方面略优于未灭菌组。本研究所选定的两种藻种均能较好地适应添加沼液的培养环境,并且Chlorella pyrenoidosa FACHB-5的整体表现优于Chlorella vulgaris FACHB-8。