秸秆厌氧消化试验研究

采用清瓶培养消化方法,在中温（32～35 ℃）环境下,研究了小麦秸秆在不同固含率下的厌氧消化状态。结果表明,小麦秸秆在固含率5%～25%范围内,理论产气数值与实际气体量成线性相关,方程： y=1.846 2x-448.73,R^2= 0.926 5;无论产气还是产酸和用酸平衡上,固含率25%是较适宜物料厌氧消化的浓度,产气量超过理论数值109.0 mL·g^-1;3种不同粒径的产气量最大是〈0.5 cm,其次1～2 cm,3～5 cm,考虑到粒径小容易酸化的原因,故选择秸秆厌氧消化的粒径范围〈2.0 cm。     

秸秆厌氧消化产甲烷的研究进展

近年来,随着国际能源紧缺与环境污染的日趋严重,秸秆厌氧消化产甲烷技术再次成为国内外学者研究生物质固废处理的热点之一。农作物秸秆厌氧消化产甲烷为大量廉价易得的生物资源转化为可再生能源提供了一个新机会。通过厌氧消化,不仅改善农村生态环境质量,还产生了清洁能源沼气,真正实现变废为宝,对解决农村用能和种植业污染问题有重要意义,也是目前中国最有希望实现产业化的生物质能源之一。然而,由于秸秆的特殊物理化学结构,使得微生物与酶很难对其吸附、降解,并因此限制了秸秆厌氧消化的推广、应用。尽管在当前中国的鼓励政策下,许多秸秆沼气示范工程建成并投入生产,但实际运行中依旧有些问题亟待解决。该文根据国内外关于秸秆厌氧消化产甲烷技术的最新研究成果,基于厌氧消化原理和原料特性分析的基础上,分析了影响秸秆产甲烷的因素及不足,总结了产气优化的方法,展望了秸秆厌氧消化产甲烷的发展方向。该项研究结果对推广秸秆厌氧消化产甲烷、加快生物质固废的资源化成果转化具有积极的推动意义。     

污水污泥的厌氧消化研究

本文对世界各国有关城市污水污泥的厌氧消化方法作一综述，着重介绍了中温厌氧消化，高温厌氧消化和其他新型高效的厌氧消化方法。     

农业机械室内动态模拟试验装置研制

为研究地面不平度对土壤机器系统工作性能的影响,研制了一套属无静差随动系统动态模拟试验装置,它主要由信号处理,输入环节,脉宽调节电路,驱动电路,电流传感器,位移传感器反馈环节等组成。该装置用于试验研究田间作业机械低频(≤10Hz)大振幅(≤100mm)信号的动态响应特性,试验表明,模拟精度较高。     

厌氧消化残留物对改良土壤的作用

厌氧消化残留物作肥料，有利于粪便秸秆还田，既可作为优质肥料，又是土壤改良剂。厌氧消化残留物具有改善土壤理化性状、促进土壤团粒结构形成以及激活土壤微量元素和微生物活动等特点。厌氧消化残留物的肥效和培肥地力的功效，能使农作物平均增产１０％￣３０％。     

生物垃圾厌氧消化的强化机理探讨

综合分析了生物垃圾厌氧消化的各种强化技术与机理.由于传统化石燃料的枯竭和造成的生态环境问题,清洁再生能源的生物气体日益受到人们的青睐.但是,消化时间长,产气量较低,垃圾利用率不高等原因,导致生物垃圾厌氧发酵技术没有得到充分的开发与推广.研究认为,通过强化处理能够改善生物垃圾的物化性质,提高微生物对难降解有机物的分解能力,增加生物气产量,缩短水力停留时间,减轻后续处理的负担,优化垃圾厌氧消化过程.     

厌氧消化残留物对改良土壤的作用

厌氧消化残留物作肥料,有利于粪便秸秆还田,既可作为优质肥料,又是土壤改良剂。厌氧消化残留物具有改善土壤理化性状、促进土壤团粒结构形成以及激活土壤微量元素和微生物活动等特点。厌氧消化残留物的肥效和培肥地力的功效,能使农作物平均增产10%～30%。     

穿流干燥试验装置自动控制系统的研制

为了优化干燥工艺和提高干燥产品品质，根据热风穿流干燥的原理，采用模块化设计，以智能仪表、可编程控制器、计算机为主控件，研制了穿流干燥试验装置的控制系统。该系统对风量、温度、时间进行控制，使试验装置可对多种物料在多种工艺条件下进行工艺参数的优化研究。试验证明：该控制系统控制精度高、自动化程度高、适应性强、模拟性好、控制可靠，适用于对农副产品进行干燥研究试验。     

搅拌转速对稻草厌氧消化性能的影响

为了提高稻草厌氧消化效率,采用批式厌氧消化,研究了不同搅拌转速（高转速120 r/min、中转速80 r/min和低转速40 r/min）对稻草厌氧消化性能的影响。结果表明,搅拌转速对稻草厌氧消化的产气性能有很大影响。高转速搅拌时厌氧消化效果较好,单位挥发性固体VS产气量为451.6 mL/g,分别比中转速搅拌和低转速搅拌提高了20%和107%;高转速搅拌的消化时间T80为46 d,比中转速搅拌缩短了16 d。高转速和中转速搅拌时,厌氧消化反应器的混合效果良好,物料混合均匀,系统中适宜的pH值和较高的碱度有利于维持系统的稳定和较高的微生物活性,其总固体TS、挥发性固体VS降解率均高于低转速搅拌,产气性能明显优于低转速搅拌。因此,增加搅拌转速可以提高稻草的厌氧消化性能。     

稻草与猪粪混合厌氧消化特性研究

在中温条件下（35℃）,研究了稻草中添加猪粪对厌氧消化过程的影响,分析了消化过程中日产气量、累积产气量、甲烷含量、pH、挥发性脂肪酸以及硝态氮和氨态氮的变化。结果表明,将猪粪与稻草混合厌氧消化产沼气可以顺利进行,混合物的Vs产气量为330．14L·kg^-1 VS,沼气中甲烷含量为62．88％,添加猪粪对稻草产气量和有机酸的影响不明显,但对发酵过程中可能出现的酸积累有一定的缓冲作用。添加猪粪可以大幅提高发酵液中NO3-N含量,较稻草的处理提高34．53％,对提高消化液的肥料价值有重要意义。因此,将稻草与猪粪混合厌氧消化产沼气是完全可行的。     

厌氧消化技术在生态环境保护上的应用

厌氧消化技术应用领域极广,在我国有较大市场,并能取得较好的能源、环境、社会和经济效益,但迄今仍未大量推广。文章回顾了该技术发展和应用的现状,特别是大中型厌氧消化（ 沼气） 工程技术水平和经常应用范围内的技术水平,分析了其综合价值和技术经济问题,讨论了加强厌氧消化技术在生态环境保护上应用的重要意义和全面推广的对策。     

厌氧消化在线监控技术及发展方向

厌氧消化作为一种生物降解和产沼气技术,已成为解决农业废弃物面源污染问题的有效途径之一。其发酵过程更是一个复杂的生物转化过程,因此过程监控显得尤为重要。该文系统综述了国内外厌氧消化在线监控技术的发展现状,并提出了需要进一步研究的科学和技术问题。分析表明,目前应用于厌氧消化过程的控制系统主要为:基于嵌入式微控制器监控系统、基于可编程逻辑控制器监控系统及基于工业控制计算机监控系统。为控制系统实时传输采集数据的传感器包括:电化学传感器、光谱学传感器、色谱学传感器等。基于目前所研究内容,该文提出:(1)依据厌氧消化过程的特点,搭建更加精准、稳定、适用范围更广的在线监控系统是该领域研究的核心问题;(2)增加有关物料特性方面监测参数,提高沼气产量和厌氧消化效率应是未来的研究重点。     

设施园艺废弃物厌氧消化产沼气特性

为获得典型设施园艺废弃物的产沼气特性,该文分析了5种不同设施园艺废弃物—黄瓜蔓、西红柿茎叶、小白菜、西瓜蔓和青草的物料特性,并在中温条件下研究了5种原料的厌氧发酵产气特性;在38℃条件下,以西瓜蔓为例进行了分离式两相厌氧消化工艺(separated two phase anaerobic digestion,STP)回流方式比较试验,比较分析了西瓜蔓在渗滤液喷淋和浸泡2种回流方式下的产气性能,研究了不同回流方式下的渗滤液pH值、沼气产量、甲烷含量的变化,为设施园艺废弃物的资源化利用提供了有益的参考。试验结果表明:5种设施园艺废弃物的产气潜力由大到小依次为西瓜蔓、小白菜、黄瓜蔓、西红柿茎叶和青草,其中西瓜蔓的单位干物质产气量达到508.85 mL/g(干物质total solid,TS);设施园艺废弃物对分离式两相厌氧消化工艺(STP)具有良好的适应性,渗滤液喷淋回流方式要优于浸泡回流方式,其产气量和甲烷含量更高,其中累计产气量达到506.39 L,比浸泡回流方式高出10.81%,甲烷体积分数基本稳定在53%~56%,系统稳定性更好,研究结果为设施园艺废弃物的处理与利用提供参考。     

原料差异对厌氧消化微生物群落的影响

以餐厨垃圾、果蔬垃圾、麦秸3种不同原料分别进行厌氧消化,研究了各反应器在最佳运行条件下的消化特性和微生物群落组成。结果表明：VS产气率由高到低依次为餐厨垃圾（756.4mL·g-1VS-1）、麦秸（696.5mL·g-1VS-1）和果蔬垃圾（433.5mL·g-1VS-1）,甲烷含量在51.5%～55.1%之间,利用PCR-DGGE技术系统地分析了不同原料消化系统内细菌和古菌的群落结构构成及差异。结果表明,虽然3组样品中细菌和古菌的群落存在相同的优势微生物,但其数量和群落结构差异也较为明显,细菌中以拟杆菌（Bacteroidetes）以及古菌中甲烷鬃菌属（Methanosaeta）和甲烷螺菌属（Methanospirillum）均为样品共有的优势微生物。     

厌氧消化污泥化学组成及其环境化学性质

本文剖析了厌氧消化污泥主要组成分的特征和污泥的农业利用价值。认为厌氧消化污泥含较多的有机质和N、P等养分，且有机态养分中相当部分容易矿化，因此具有很好的肥料价值。污泥中所含的各种重金属是一般土壤的20～40倍，但基本未超过我国污泥农用污染物控制标准。Cd和Zn，在污泥中主要以水溶态、交换态和松结合有机态存在，活性相对较高。此外，污泥也具明显的生物毒性。     

牛粪湿法厌氧消化规律及载体影响的研究

在35℃条件下，观察牛粪厌氧消化的沼气产量和生物指标的变化规律及聚丙烯网状空心球、玻璃纤维和碳纤维膜载体对牛粪厌氧消化性能的影响。结果表明：5%牛粪在厌氧发酵过程中，pH值在发酵的第3 d降到最低，在发酵的第7 d升高到7以上；沼气的产量约在发酵的第9 d达到高峰，而后逐渐降低；COD的去除主要发生在发酵的第4～8 d；发酵产物细菌数量在发酵第6 d达到高峰，在第12 d降低到一个基本相对稳定的水平；辅酶F₄₂₀活性与其细菌数量在时间和数量方面有着相同的变化规律。聚丙烯网状球形载体表面附着较多的微生物，由此延长产气高峰期，并显著提高沼气产量(p<0.05)，以及显著降低反应器厌氧微生物的流失(p<0.01)。     

污泥厌氧消化过程的流变规律与脱水性能

为阐明厌氧消化过程中污泥流变学与污泥理化性能(脱水性能)之间的关联及低温水解预处理对污泥厌氧消化产气的影响,对常规污泥及低温热水解预处理污泥进行厌氧消化试验,结果表明试验结束时,低温热水解-厌氧消化的挥发性固体(volatile solids, VS)去除水平较常规厌氧消化污泥提高3.7个百分点,低温热水解预处理也使得消化污泥的脱水性提高1.59%;污泥屈服应力分别了降低了64.51%和71.47%;稠度系数分别减小了90.94%和92.83%,污泥流动性增强。整个消化过程VS/总固体(totalsolids,TS)和屈服应力随时间的变化均呈对数下降趋势;通过线性方程拟合和皮尔逊相关性分析表明,屈服应力与VS/TS、屈服应力变化与脱水性能改善两两间的拟合优度(R^2)均大于0.94,表明在厌氧消化过程中屈服应力、屈服应力变化与污泥VS/TS、脱水性能具有较好的线性关系。研究结果从流变学角度为厌氧消化过程中的监控和优化提供新思路和理论依据。     

餐厨垃圾高温厌氧消化接种物的驯化研究

研究不同投料方式对餐厨垃圾高温厌氧消化接种物产气活性的影响,探求餐厨垃圾高温厌氧消化接种物的最佳驯化方法。在55℃条件下,采用不同方式对厌氧污泥进行驯化作为餐厨垃圾高温厌氧消化的接种物,观察了驯化前后污泥中微生物菌群的形态结构,考察了驯化过程中污泥pH值和VFA(挥发性脂肪酸)浓度的变化,并且比较了驯化后污泥的产气活性,结果表明：污泥经过添加一定量的餐厨垃圾驯化培养后,其微生物菌群形态由球形演变为单一的杆状菌体,且分布较分散,产气活性也有所提高,其中每日投加餐厨垃圾2.5 g(污泥质量的0.5％),驯化2     

氨化预处理对稻草厌氧消化产气性能影响

为了节省秸秆厌氧消化阶段另加N源调配营养的运行成本,同时又要保持良好产气效率。本试验选用氨化法对秸秆进行预处理,研究了不同浓度的氨对稻草厌氧消化产气性能的影响。以NH3·H2O为预处理药剂,按2%、4%、6%（相对于稻草的干质量）的NH3质量分数对稻草进行氨化,分别以50、65、80 g/L 3个不同负荷进行厌氧消化。结果表明：不同浓度的氨化预处理中,4%NH3氨化预处理效果最好。在65 g/L负荷率下,4%NH3预处理的消化70 d累积产气量为37?010 mL,消化产气量达总体积的90%（计T90）时产气量为33?920 mL,分别比未预处理稻草、2%和6%NH3预处理稻草T90时产气提高了38.3%、14.6%和8.2%,甲烷总产量分别提高了34.8%、15.1%和9.6%,比未预处理稻草同期（45 d）累积产气量以及甲烷总产量分别提高了60.8%和60.3%,产气周期提前10 d结束。消化后总固体（TS）、挥发性固体（VS）的减少量分别由41.6%和46.6%提高到了46.4%和58.6%,半纤维素和木质素质量分数分别由27.7%和6.9%减少到20.8%和5.2%,粗蛋白质量分数从4.0%提高到10.1%。本研究提供了一个有效地提高产气量的方法,研究结果将为大中型秸秆沼气工程提供设计依据。     

玉米秸秆厌氧消化预处理方法及工艺优化

为提高玉米秸秆厌氧消化性能,该文采用碱液、酸液、沼液等方法对玉米秸秆进行预处理,比较不同预处理方式对秸秆成分、含量以及厌氧消化能力的影响。试验结果表明,经超声波辅助碱预处理后,秸秆的木质素和半纤维素总含量显著降低,产气量显著提高。基于Box-Behnken(BBK)试验设计,选择碱液预处理的固固比(Na OH/秸秆,下同)、预处理温度、预处理时间为试验因素,结合响应面分析法对碱液预处理条件进行响应面优化,结果表明,最佳玉米秸秆预处理条件为固固比22.4%,预处理温度37.9℃,预处理时间39.7 h,在此条件下还原糖产量的试验值为738.6 mg/g,沼气累积产量的试验值为661 m L/g,试验值与预测值误差不到0.5%,证明了响应面优化法的准确性和可行性。