响应面法优化猪粪和玉米秸秆混合厌氧发酵产沼气工艺

利用中心组合设计试验考察粪秸比、发酵温度和发酵底物浓度3个因素对猪粪和玉米秸秆混合厌氧发酵产沼气的影响,运用响应面法对其工艺参数进行优化.研究结果表明,根据试验数据建立的二次多项式数学模型具有高度显著性(P ＜0.0001),相关系数R2=0.9866,说明预测值和试验值之间具有很好的拟合度.通过对二次回归数学模型解逆矩阵得到粪秸混合厌氧发酵产沼气的最优化条件为:粪秸比(玉米秸秆干物质占发酵原料干物质的质量分数)为30％,发酵温度为35℃和发酵底物浓度为12.74％.在此条件下,粪秸混合厌氧发酵的沼气产率的预测值为291.8 mL·g-1TS,试验值为288.5 mL·g1TS,二者相对偏差为1.14％.因此,利用响应面分析法进行粪秸混合厌氧发酵产沼气工艺参数的优化是可行可靠的,可以较好地预测沼气产率.     

生物电化学系统强化厌氧消化的机理和底物效应

研究了生物电化学系统(BES)强化厌氧消化的机理以及不同底物对强化效果的影响。实验结果表明,BES生产的沼气中甲烷浓度可以稳定提高,同时可以避免产酸阶段挥发性脂肪酸积累造成的不稳定。当底物分别为葡萄糖和乙酸钠时,BES反应器中的甲烷浓度和甲烷产率均高于传统厌氧消化反应器。当底物为葡萄糖时,单批次投料的平均甲烷浓度为71.7%。当底物为乙酸钠时,单批次投料的平均甲烷浓度最高可以达到85.4%,单日池容甲烷产率最高为1.24 m³·m^-3d^-1。通过对BES反应器中的微生物进行高通量测序分析,发现可以通过还原CO₂来生成甲烷的古菌微生物群落的占比高达82.2%,体现出BES中还原CO₂的产甲烷菌占主导。实验结果表明,BES对丙酸盐有明确的降解效果,在15天内反应器中的丙酸盐浓度由1100 mg·L^-1下降至10 mg·L^-1,能避免底物的过度酸化。     

农村沼气干发酵的研究

本文报道了用作物秸秆和牲畜粪便作发酵原料,总固体(TS)含量在20％以上,呈固体状态的沼气发酵三年的试验研究结果。在平均气温为25～27℃时,发酵100～120天,平均池容产气率达0.3—0.37M~3/M~3发酵容积·天,原料利用率为250升沼气/kg·TS左右,气体中的甲烷含量在56—67％之间。产气量比相同容积的水压式沼气池提高1.33—2.02倍。此外,作者对沼气干发酵前后原料成分的转化和碳素平衡进行了测定和分析,提出了本工艺的主要技术措施、以及这些措施的发酵参数。并对工艺过程中的pH控制和挥发酸的变化等问题进行了较详细的分析和讨论、     

沼气发酵过程中的种间氢转移

“种间氢转移”这一概念是随着沼气发酵微生物学,特别是沼气发酵生态学研究的不断深入而逐步形成的,是用于描述当一个原始底物发酵时,两个或多个相互作用的厌氧细菌之间通过分子H_2联合起来的氧化还原反应。无论是在水解发酵阶段,还是在产H_2产乙酸阶段,种间H_2转移反应都起着重要的调节作用。它控制着发酵反应的产物类型和比例,并使沼气发酵这个生态系统中,始终维持比较稳定的低H_2分压,促使产甲烷细菌和不产甲烷细菌代谢协调地进行。实践证明,研究种间氢转移对发展沼气发酵微生物学理论,提高沼气发酵工艺水平都有着重要的意义。自1968年Bechamp首次指出甲烷的形成是一种微生物学过程以后,大量的研究资料表明沼气发酵是一个极其复杂的生物化学过程,包括多种不同类型微生物所完成的各个代谢过程:这些代谢都不是孤立的,而是在一个复杂的环境中相互影响、相互制约、同时进行的。从六十年代以来,随着沼气发酵微生物学研究的不断深入,人们越来越注意到研究沼气发酵生态学的重要性,其中产甲烷菌与不产甲烷菌之间的相互关系最引人注目。本文试对有关这一方面的文献资料作一综述.     

臭氧氨水预处理对稻秸酶解和沼气发酵影响的试验研究

对稻秸进行了臭氧氨水联合预处理提高酶解糖化和沼气发酵效率的实验研究,探索了臭氧氨水联合预处理对木质纤维素降解、单糖质量浓度、还原糖质量浓度和沼气发酵气体产率的影响。结果表明:臭氧氨水两步预处理进一步强化了脱木质素能力,有效提高了稻秸酶解糖化效率和沼气发酵产气率,增强了纤维降解利用率。酶解过程中,随着臭氧用量的增加,葡萄糖浓度先增加后降低,0.75g/g臭氧用量时葡萄糖质量浓度最高,为36.92g/L;氨水预处理时间越长,还原糖浓度越高,氨水预处理6h的还原糖质量浓度为60.51 g/L。因此,酶解的适宜臭氧氨水联合处理条件为0.75g/g臭氧用量和6h氨水浸泡时间。对于沼气发酵,1.0g/g臭氧用量和9h氨水浸泡时间获得了较高甲烷产率,为165.39m L/g,有效提高了稻秸产气效率和木质纤维素利用率。     

稻秸酶解和沼气发酵臭氧氨水联合预处理技术研究

对稻秸进行了臭氧氨水联合预处理提高酶解糖化和沼气发酵效率的实验研究,探索了臭氧氨水联合预处理对木质纤维素降解、单糖质量浓度、还原糖质量浓度和沼气发酵气体产率的影响。结果表明:臭氧氨水两步预处理进一步强化了脱木质素能力,有效提高了稻秸酶解糖化效率和沼气发酵产气率,增强了纤维降解利用率。酶解过程中,随着臭氧用量的增加,葡萄糖质量浓度先增加后降低,臭氧用量0.75 g/g时葡萄糖质量浓度最高,为36.92 g/L;氨水浸泡时间越长,还原糖质量浓度越高,氨水浸泡6 h的还原糖质量浓度为60.51 g/L。因此,酶解的适宜臭氧氨水联合处理条件为臭氧用量0.75 g/g和氨水浸泡时间6 h。对于沼气发酵,臭氧用量1.0 g/g和氨水浸泡时间9 h获得了较高甲烷产率,为165.39 mL/g,有效提高了稻秸产气效率和木质纤维素利用率。     

高效连续式常温地埋厌氧消化池池温的变化及其影响

对一种高效连续式常温地埋厌氧消化池池温 (发酵温度 )随时间和气温的变化情况 ,及其对消化池运行性能的影响进行了中试研究。研究结果表明此类厌氧消化池池温对气温的变化缓冲能力强 ,相对稳定性高 ;当反应器稳态运行时 ,其池温的变化对有机质的去除和沼气的产生量均有较为显著的影响 ,其关系方程分别为 :r(COD去除率 ,% ) =0 .5 90 3t+ 81.6 6 7和w(基质甲烷产率 ,m3 ·kgCOD-1) =0 .0 0 6 2t+ 0 .4 4 89。     

磁场和抑制剂对莲藕多酚氧化酶反应动力学的影响

通过添加Vc和外加磁场处理,研究莲藕多酚氧化酶(PPO)反应动力学的变化规律.以邻苯二酚为底物,莲藕PPO褐变反应动力学符合米氏方程所描述的单底物酶促反应动力学,Km为0.775 mol/L,Vmax为11.150 U/min.Vc对PPO有较强的抑制作用,反应动力学参数Km为0.081 mol/L,Vmax为3.243 U/min,呈现反竞争性抑制,表现为褐变出现滞后,随Vc浓度的增大滞后时间逐渐增长,且呈现S型趋势,并建立了相应的反应方程.不同磁场强度下,随着处理时间的变化,PPO活性呈现波动性.3.17 A/m磁场强度下处理4 h的酶液其反应动力学曲线表现为S型,并建立了相应的反应方程.     

玉米秸麦秸中高温沼气发酵产气潜力及特性的研究

以玉米秸和麦秸为发酵原料,采用批量发酵工艺,在中高温下进行玉米秸和麦秸厌氧发酵产沼气潜力及特性的试验研究。结果表明,30℃时玉米秸和麦秸的TS产沼气潜力分别为446．6m L·g^-1和449．8mL·g^-1;35℃时分别为492．4mL·g^-1和499．0mL·g^-1;40℃时分别为515．3mL·g^-1和497．5mL·g^-1;53＂C时分别为531．5mL·g^-1和535．0mL·g^-1。说明玉米秸和麦秸作为发酵原料有较高的产沼气潜力。由批量发酵数据推导得到这两种秸秆在理想状态下高温连续发酵最高池容产气率可达3．0m^3·m^-3 d^-1,中温发酵可达2．0m^3·m^-3d^-1左右。     

易腐垃圾干法厌氧沼气工程工艺运行分析

文章对近1年来厦门市生活垃圾分类处理厂厌氧沼气工程的工艺、生产运行状况进行了分析和汇总,结果表明:水平推流式干法厌氧发酵工艺适合易腐垃圾厌氧消化和沼气生产。该型发酵工艺进料适应性广,易腐垃圾TS 20%~53%,VS 40%~70%均可正常进料;运行固含量20%~28%,运行有机负荷率(OLR)达到12 kg VS·m~(-3)d~(-1);平均容积甲烷产率约3.2 Nm~3·m~(-3)d~(-1),有机质降解率(ηvs)60%~70%,有机干物质甲烷产率平均约300 Nm~3·t~(-1)。确定了易腐垃圾在pH值7.5~8.3,VOA/TAC 0.4~0.6,乙酸含量100~1500 ppm条件下,工艺运行稳定、甲烷产率高。     

沼液回流比与有机负荷对秸秆厌氧发酵特性的影响

以混合秸秆为唯一原料,混合接种瘤胃液与污泥,在半连续固态进料反应器中研究不同回流比和有机负荷组合对甲烷产率、发酵特性的影响。结果表明,在6个阶段中,当有机负荷(OLR)为4 g/(L·d),回流比为1∶1时,甲烷平均产率达到了768 m L/(L·d);单位秸秆TS产甲烷量为202 m L/g,具有明显成本优势。当OLR升高到6 g/(L·d)时,VFA积累明显,丙酸质量浓度高达6.54 g/L,并且出现丁酸的积累;该阶段氨氮质量浓度明显升高,达到了632.51 mg/L。固渣中纤维素和半纤维素在第2阶段降解程度最高,降解率达到了88.81%,而水解酶活和产甲烷效率的变化相关。通过三维荧光光谱分析,发现沼液中类酪氨酸产物、辅酶F420及腐殖酸类有机物的变化受回流比和有机负荷的影响,能直接反映产甲烷和发酵特性,而且腐殖酸类物质的积累是产甲烷作用受到抑制的重要原因。因此,合适的回流比和有机负荷对秸秆沼气工程长期稳定运行尤为关键。     

UASB处理柠檬酸废水及其沼气的利用

利用UASB处理高浓度柠檬酸有机废水 ,COD的去除效率达到 90 %以上 ,去除COD的沼气产率为 0 .6m3 ·kgCOD-1,沼气中甲烷含量为 70 % (体积 ) ,沼气的热值为 2 5 .6MJ·m-3 ,沼气经脱硫后用于居民燃气、沼气锅炉和直燃机燃烧。     

玉米秸秆厌氧发酵过程中添加氮素对微生物群落和沼气产量的影响

厌氧发酵是在多种微生物共同作用下完成的,发酵体系中氮浓度对微生物群落和沼气产量有重要的影响,为明确沼气发酵过程中氮素添加对微生物和产气量的作用,文章以玉米秸秆为原料,发酵体系20 L,TS为8%,添加1 g·L~(-1)尿素作为处理、不添加氮素作为对照,进行半连续进料的沼气发酵试验。利用16SrRNAgene测序和宏基因组学分析发酵料液中微生物多样性和关键功能基因丰度的变化。结果显示,处理的产气高峰提前,发酵周期缩短,发酵前10 d,20 d,30 d甲烷累积产量分别为64943 mL,137048 mL和199459 mL,显著高于对照。处理体系中梭菌属(Clostridium),甲烷袋状菌属(Methanoculleus),Sphaerochaeta和Ruminofilibacter等菌属丰度在产气高峰时期提升,在能量代谢中与甲烷代谢相关的基因的丰度提升。在玉米秸秆沼气发酵体系中,添加氮素通过提高沼气发酵功能菌株和甲烷代谢相关基因的丰度从而缩短发酵周期并提高沼气产量。     

花生乳状液体系中蛋白质的酶解动力学研究

采用碱性蛋白酶Alcalase 2.4L水解花生乳状液体系中蛋白质,研究了蛋白酶在乳状液体系中的水解特性。结果表明：蛋白质水解度随着初始酶浓度的增加而提高,在酶浓度一定的情况下水解度随着初始底物浓度的提高而降低。蛋白质水解度与乳状液的破乳率存在显著正相关(r=0.983)。在花生乳状液体系中Alcalase 2.4L的水解动力学参数Km=0.0698mol/L,Vmax=3.71×10-4mol/(min·L)。由实验数据推导出蛋白质酶解初级阶段的动力学方程,确定蛋白质水解和乳状液破乳的临界初始底物质量浓度为8.73g/L（加酶量为0.05%）。在酶和底物初始浓度以及反应时间确定的前提下,通过动力学方程可预测破乳过程中蛋白质的水解度及破乳率。     

排硫硫杆菌净化处理沼气中H_2S实验研究

文章以排硫硫杆菌(Tiobacillus thioparus)作为接种菌株,实验了活性炭填料生物滴滤塔对沼气中H_2S的去除性能,研究了进气H_2S浓度、气体停留时间等参数对生物滴滤塔去除沼气中H_2S性能的影响。结果表明,以球状活性炭为填料,采用排硫硫杆菌接种生物滴滤塔处理含H_2S沼气,挂膜速度快,系统运行稳定且脱硫效率高。固定进气H_2S浓度1000 ppm,停留时间大于29 s时,H_2S去除率可以达到95%以上。动力学分析表明,生物降解一级反应动力学方程能够较好地与实验数据吻合,最大H_2S去除负荷为588.02 g·m^-3h^-1。随着实验的进行,填料塔的压力降会因为生物膜的生长和单质硫的积累逐渐增加,严重时导致气体完全堵塞,需要进行鼓泡反冲以除去积累的单质硫。     

CO_2气调贮存秸秆及对厌氧发酵产沼气性能的影响研究

厌氧发酵产沼气是秸秆利用的主要途径之一,而秸秆的有效贮存是保障秸秆沼气工程周年稳定运行的关键。该研究以麦秸为试验材料,研究了含水率为75%的麦秸,在氧分压分别为21%(未气调),17%,13%条件下贮存30天的性状变化,通过中温厌氧发酵试验探索贮存后麦秸的发酵潜力。结果表明,未气调的麦秸贮存30天后,干物质损失率为36.73%;而进行气调的处理组,氧分压分别为17%,13%,其干物质损失分别为12.56%和11.00%,分别较对照组降低了24.17%和25.73%;未气调贮存的麦秸TS产气量分别为66.25±0.53 mL·g^-1TS,氧分压为13%的麦秸TS产气量(191.93±1.54 mL·g^-1TS)比氧分压为17%的麦秸TS产气量(171.43±1.22 mL·g^-1TS)提高了11.9%。结果表明:气调作为麦秸贮存与预处理方法,在技术上是可行的,可以确保沼气工程周年稳定运行的原料供应。     

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。     

批量式沼气发酵中细菌类群变化及其与产气之间的相关性

在相同温度和初始发酵液条件下,采用DGGE指纹图谱结合沼气产量与成分,对批量式沼气发酵的3个发酵重复的分析,表明了沼气发酵体系中细菌类群丰富的多样性。随着发酵的进行,细菌绝对数量先增加后趋于稳定;细菌类群发生明显的变化,发酵时间越长,发酵前后的细菌类群区别越大;有的细菌类群始终保持优势,不受产气速率、甲烷含量和温度变化的影响;有的细菌类群在特定发酵时期处于优势地位,且与产气速率和甲烷含量的变化存在相关性;发酵前84天的DGGE分析表明,3个重复的细菌类群特别是优势类群的变化基本同步,但也存在一定区别,相似度在65%~83%之间。与细菌类群变化相对应,三个重复的产气速率和甲烷含量的变化也基本同步,在发酵前55天,5日产气量在2~8 L之间,甲烷体积百分数从65%下降到30%~45%之间。发酵60天到100天,产气速率迅速升高并达到高峰,高峰时的5日产气量达到20 L,甲烷体积百分数迅速升高并达到顶峰为72%~75%;从较短的发酵期间来看,3个重复的产气速率和甲烷含量也存较明显区别,这与3个重复在同一时期细菌类群存在一定的差异性相对应。     

纤维素酶预处理对木糖渣沼气发酵性能的影响

为研究纤维素酶预处理对木糖渣发酵产沼气的影响,试验将经过纤维素酶预处理和未经纤维素酶预处理的木糖渣分别作为厌氧消化的底物,考察其沼气发酵性能。结果显示:按40 FPU·g~(-1)用量添加纤维素酶(酶活力400 FPU·mL~(-1))对木糖渣进行预处理后,酶解液中的还原糖浓度达到30 g·L~(-1),继续增加纤维素酶用量,还原糖含量增加不明显。试验组相比于对照组总固形物(TS)和挥发性固形物(VS)的利用率分别提高19.47%和21.85%。在20 d试验期内,试验组产气量是对照组的2.34倍。两实验组获得的沼气中甲烷浓度相当,均在60%左右。利用纤维素酶对木糖渣预处理可提高木糖渣的利用率和沼气生产能力。     

新型太阳能恒温沼气反应装置的运行试验分析

针对自然气候温度的变化,影响传统沼气池的产气率和沼气使用率的问题,设计开发了一种新型太阳能恒温沼气反应装置.该装置利用太阳能加热,消除自然气候对发酵的影响,自动控制温度,实现全天候高效发酵,且拆装、维修、移动快捷方便,自动化程度高.通过对该装置运行试验分析,结果表明:该装置结构设计合理、性能优良,发酵速度快,产气率高以及沼气成分中甲烷含量高.该装置有利于促进农村沼气能源新技术的推广,提高农村生物质能的利用率.