4种畜禽粪便厌氧发酵产甲烷特性研究

本文采用玻璃厌氧发酵罐研究了猪粪、牛粪、鸡粪和鸭粪在室温下发酵20 d过程中产甲烷气量及其受物料特性影响的规律, 为动物废弃物的资源化利用提供指导。研究表明, 在同等条件下猪粪、牛粪、鸡粪和鸭粪经过20 d的厌氧发酵后, 总产气量从大到小排序为牛粪>鸭粪>猪粪>鸡粪, 分别为2 649 mL、2 515 mL、1 964 mL、1 278 mL; 与总产气量排序相似, 上述粪便厌氧发酵总固体物质降解产气率分别为47.60 mL·g^-1、45.23 mL·g^-1、37.27 mL·g^-1和33.49 mL·g^-1。猪粪在厌氧发酵过程中易发生酸化, 第10 d发酵液 pH降到5.62, 从而导致产气量下降; 鸡粪在厌氧发酵过程中铵态氮含量过高, 发酵液铵态氮含量在前5 d就快速增长, 第15 d达到最大值3 604 mg·L^-1, 从而抑制产气。可见, 源于物料自身的pH和铵态氮含量变化是影响畜禽粪便发酵液厌氧产气的重要因素。     

高粱秸秆光合产氢体系流变特性的影响因素

以红螺菌科光合细菌为试验菌种,采用单因子试验的方法,研究了高粱秸秆光合产氢体系流变特性的影响因素,结果表明菌种对生物质的分解利用程度与细菌数目有一定的关系,体系相对黏度随产氢反应时间呈先增大后减小的趋势,秸秆光合产氢的最佳接种量（体积分数）为20%～30%;体系相对黏度随温度升高出现下降的趋势,但当超微高粱秸秆颗粒总质量恒定时,颗粒间的相互作用强度随颗粒粒径的减小而增强,体系的流动性相应降低,相对黏度相应增加;同时,当体系中的超微秸秆浓度提高后,颗粒间距减小,碰撞、凝聚、聚合使得有效容积率增大,颗粒的自由移动变得很难,体系相对黏度随超微秸秆浓度增大而增大,有利于光合产氢反应的进行。此研究以期为超微秸秆光合产氢体系的传质、传热和速度场分布提供参考。     

牛粪厌氧发酵过程中的分层流变特性

厌氧发酵过程中,物料分层及各层料液黏度、密度等参数是搅拌装置设计的重要依据。该文采用接力试验研究了牛粪中温厌氧发酵过程中各层料液基础物性的变化情况。结果表明:牛粪厌氧发酵过程中,反应器中料液密度自上而下逐渐变大,且各层密度随总固体含量增加而升高,反应过程中各层密度均在发酵第4天达到最大值,料液总固体质量分数为4%、6%、8%时对应的上中下层溶液的密度最大值分别为1.02、1和1.02,1.02、1.03和1.07,1.03、1.03和1.07 g/cm3。受料液分层的影响,反应器中上层和中层料液黏度呈先增大后减小并逐步趋于稳定,下层料液黏度以初始黏度为最大,且不同初始料液总固体含量对黏度变化过程具有显著影响,TS=4%时,上、中层料液黏度分别在第7天、第4天达到最大值11.5和14.7 m Pa·s,下层初始最大黏度为107 m Pa·s;TS=6%、8%时,上、中层料液黏度均在第4天达到最大值,上层料液黏度最大值分别为25.5和63.5 m Pa·s,中层料液黏度最大值分别为15.5和95.5 m Pa·s,下层初始最大黏度分别为135.5和185.5 m Pa·s。随着初始物料总固体含量的增加日产气量也相应增高,产气高峰出现时间相应提前;TS=8%时的累积产气量分别比6%和4%提高了21.4%和8.71%,但产气中甲烷含量增加速率基本相同,并在第10天左右基本趋于稳定。该结果可为厌氧发酵反应器的搅拌装置设计提供参考。     

鱼糜流变特性的研究

研究了三种鱼糜（鲢鱼、鲤鱼、草鱼）的流变特性，建立了流变模型，提出了鱼糜表观粘度随掺水量变化而变化的关系方程，并分析了引起这种变化的原因     

蜂蜜流变特性及其质量鉴定

对紫云英蜂蜜和白砂糖溶液以及二者的混和液进行流变试验,建立了流变体模型(New-ton)。并就温度和浓度对粘度的影响进行分析,提出采用测粘度的方法鉴别紫云蜜是否掺水和掺糖。     

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。     

果品静载流变特性的研究进展

本文通过对国内外各类果品的静载压缩流变特性研究现状的分析，指出了在果品的静载流变学研究领域内存在的主要问题，提出了今后果品流变学研究中需要加强和进一步研究的内容：1)加强对采后各阶段受压时果品的微观组织结构、生理生化过程的变化以及储运环境温度等因素与流变损伤效应的交叉性影响的研究； 2)加强对实际储运中较多出现的多果接触、受压问题的系统性研究；3)重视研究储运受压后流变损伤的发展与果品储藏品质关系的研究；4)根据国内外生产实际，应加强特色果品的流变学研究,像西瓜、甜瓜等，既具有较高的营养价值和经济价值，又在世界范围内广泛种植。同时，提出了以果品本身的粘弹性为依据，在ADAMS软件平台上利用计算机虚拟样机技术建立流变学模型并获得相应参数的新方法。     

温度对生物强化粪便污泥厌氧消化减量及产气特性的影响

以化粪池粪便污泥为对象,研究温度在25～45℃条件下,分别投加0.01%的有效微生物（EM）和多功能复合微生物制剂（MCMP）对粪便污泥厌氧消化减量及产气特性的影响。结果表明,温度对EM和MCMP强化粪便污泥厌氧消化挥发性固体（VS）的减量有重要影响,分别投加0.01%的EM和MCMP的两试验组的VS的去除率均表现为35℃时最好,45℃时次之,25℃时最差,且各处理间的差异均达到极显著水平（P〈0.01）。经过20d反应,35℃时,投加0.01%EM的处理（E-T35）的VS去除率为39.04%,分别比25℃（E-T25）和45℃（E-T45）时高21.57%和6.90%;投加0.01%MCMP的处理（M-T35）的VS去除率为42.04%,分别比25℃（M-T25）和45℃（M-T45）时高20.16%和8.59%。至20d反应结束,两试验组各处理累积产气量大小分别表现为E-T35（14220mL.L-1）〉E-T45（11819mL.L-1）〉E-T25（7607mL.L-1）、M-T35（17695mL.L-1）〉M-T45（9065mL.L-1）〉M-T25（7430mL.L-1）。由此可见,EM和MCMP强化粪便垃圾厌氧消化减量并同时提高沼气产量的较佳温度为35℃。     

高压加工对蛋黄酱流变特性的影响

在低剪切速率下,采用AR-500流变仪测定了不同压力下蛋黄酱的流变特性,结果表明,高压处理后的蛋黄酱是剪切稀化流体,具有假塑性特征。利用已知非牛顿流体本构方程对测量值进行曲线拟合的方法,以标准差最小作为最佳拟合,得到了不同高压处理条件下蛋黄酱的数学模型,并初步分析了粘度随压力变化的原因。在500MPa范围内,超高压处理使得蛋白质分子发生了一定程度的解聚、伸展;超过500MPa以后,虽然可能造成蛋白质颗粒的进一步解聚和伸展,但解聚的小分子又可能部分重新缔合,而且此时蛋黄酱中的油滴颗粒也会增大,使得由于颗粒间滑移和摩擦而耗散的能量减少     

我国畜禽排泄物处理方式及其影响因素

随着我国畜禽养殖业的发展,畜禽粪便的排放量快速增加,并成为我国农村地区主要的污染源之一。本文通过对全国5省的养殖户进行实地调查,分析了2005年和2010年畜禽散养户和专业户畜禽粪便的处理方式、变化趋势及其主要影响因素。研究结果表明,我国粪便循环利用率在过去5年都呈下降趋势,废弃率明显增加;散养农户和专业养殖户在动物畜禽粪便处理方式上有较大差异;与散养相比,专业养猪的粪便循环利用率较低。统计分析结果表明,畜禽粪便处理方式与当地环境污染治理政策、家庭非农收入、播种面积等因素密切相关,且存在显著的区域差异。本文的研究表明,随着未来我国畜禽养殖进一步向专业化转变,以及农村劳动力成本的提高,畜禽污染可能出现进一步恶化的趋势,因此政府部门应尽快采取相应治理措施。     

硼泥对猪粪厌氧发酵重金属铬及其光谱特性的影响

随着含有重金属添加剂饲料的使用,规模化养殖场畜禽粪便中重金属含量增加。为减少重金属的危害,该文以猪粪为发酵原料,重金属Cr为研究对象,硼泥为钝化剂,在接种物量为30%、TS为10%、温度为35℃、pH值为7的条件下进行40 d厌氧发酵试验。研究添加2.5%、5.0%、7.5%3种比例的硼泥对猪粪厌氧发酵中重金属Cr的形态变化、有效态钝化效果及发酵前后沼渣光谱特征的影响,采用BCR连续提取法(European community bureau of reference sequential extraction)分析重金属Cr的形态变化,采用傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectrometer, FTIR)对物料光谱特征的变化进行研究。结果表明:猪粪厌氧发酵过程中添加硼泥有利于重金属Cr从有效态转化为稳定态,当添加7.5%硼泥处理时有效态Cr转化为稳定态Cr的效果较好;猪粪在厌氧发酵过程中添加硼泥能提高重金属Cr的钝化效果,且随着硼泥添加量的增加,钝化效果越好;通过显著性分析,添加7.5%硼泥处理时钝化效果较好,达到63.79%,显著优于猪粪单独发酵和添加2.5%与5.0%硼泥的处理(P0.05);FTIR显示厌氧发酵后,沼渣中酰胺化合物、碳水化合物、蛋白质、脂肪族化合物等有机物分解减少,芳香族等腐殖质增加,且添加7.5%硼泥时有机物腐殖化程度最好。因此猪粪在厌氧发酵过程中添加适量硼泥,可以降低沼渣中重金属Cr的生物有效性,促进有机物转化为腐殖质,研究结果可为减少猪粪中重金属的有效性和提高厌氧发酵质量提供参考。     

全混式厌氧发酵池加温负荷模型及其影响因素试验研究

沼气工程全混式厌氧发酵池加温负荷计算准确性关系到整个系统设计合理性、运行稳定性和系统经济性,明确加温负荷模型并了解主要因素对其影响特性非常重要。针对上海实际沼气工程全混式厌氧发酵池热过程,建立加温负荷物理和数学模型,为分析加温负荷各组成部分的大小、对全年加热量的影响,提出月平均负荷百分比、月围护结构散热率、月平均池容日负荷、全年池容总加温负荷以及设计池容加温负荷5个指标。考察不同发酵温度和顶膜保温层厚度等主要因素对加温负荷的影响得出:上海地区发酵温度为(30±1)、(35±1)℃的加温负荷约是发酵温度为(25±1)℃的1.54和1.94倍;发酵温度35℃相对于发酵温度30℃,总加温负荷增加约40%,同时热量获得的难度加大,源侧进水温度相同时热泵机组制热能效比(coefficient of performance,COP)下降约0.6;确定经济发酵温度为30℃;通过对比顶膜采用橡塑保温层厚度分别为0、25、50和75 mm对加温负荷的影响,得出每增加25 mm橡塑保温层后围护结构散热负荷减少率为67.99%、16.49%和7.28%,总加温负荷减少率为48.02%、7.17%和2.85%,确定上海地区顶膜经济保温层厚度为50 mm。根据模型计算加温负荷结果与实际工程试验计算结果相比,相对误差在0.6%~7.8%之间,结果可以为沼气工程加温负荷计算和保温层厚度提供参考。     

以猪粪为发酵底物厌氧发酵产氢工艺的优化

为了建立发酵工艺参数与氢气产量之间的数学模型, 以期获得较优的工艺参数,从而提高氢气产量,该文在单因素试验的基础上,采用三因素三水平的二次回归正交旋转组合设计及响应曲面分析法,建立了厌氧发酵产氢工艺中氢气产量的二次多项式数学模型,并以氢气产量为响应值作响应面和等高线,考察了以新鲜猪粪为发酵底物发酵产氢时初始pH值、水力停留时间和发酵底物中猪粪浓度3个因素及其交互作用对氢气产量的影响。分析结果表明,猪粪厌氧发酵产氢的较优工艺条件为：初始pH 5.98,水力停留时间4.123 d,猪粪干物质浓度 51.98 g/L;在此工艺条件下,氢气产率为32.4 mL/g。     

猪粪沼液中氨态氮含量的影响因素实验研究

通过猪粪在不同工艺条件下的厌氧发酵实验,研究了以猪粪为发酵原料所产沼液中氨态氮含量的各种影响因素及其最优发酵工艺技术。沼液中的氨态氮含量随发酵时间呈增长趋势,发酵温度为15℃时的增长速度缓慢,而发酵温度为30℃以上时的增长明显加速,适宜的搅拌速度和较高的原料浓度也有利于氨态氮含量的迅速增加。并且,pH值对沼液中的氨态氮含量有较大影响,发酵液呈酸性时的沼液中氨态氮含量随发酵时间逐渐减少,而碱性发酵液的沼液中氨态氮含量随发酵时间不断增加。沼液中氨态氮含量达到最大时的可控发酵工艺条件为：发酵时间,5 d;发酵温度：30℃;原料浓度,3.7%。     

玉米秸秆与猪粪混合厌氧发酵产沼气工艺优化

该研究针对农村户用沼气发酵中粪便类发酵原料不足、影响沼气池利用率的问题,为弥补沼气发酵原料单一及不足,将秸秆、粪便混合作为发酵原料,对秸秆粪便混合原料厌氧发酵产沼气的工艺条件进行优化研究,旨在为农村户用沼气工程的健康、稳定运行提供一定的科学依据。在前期单因素试验的基础上,采用二次回归正交旋转组合设计,以产气量为响应值,研究玉米秸秆与猪粪质量比、温度、pH值、接种物质量分数4个因素对玉米秸秆与猪粪混合厌氧发酵的影响,得出产气数学模型,并对数学模型进行了理论分析。通过上述试验研究,得到最佳工艺条件为:玉米秸秆与猪粪质量比为1∶1、pH值为7.5、接种物质量分数为50%、温度30℃,预测产气量为18.51 L。4因素影响主次顺序依次为原料玉米秸秆与猪粪质量比、温度、接种物质量分数、pH值;通过验证分析,模型预测值与试验值之间相对误差小于5%,方差分析不显著,模型拟合较好,为提高粪便秸秆混合原料发酵产气量和提高发酵效率提供参考。     

沼气发酵工艺参数对沼气及沼液成分影响的实验研究

本文是结合上海市科委的上海市重大科技攻关项目:崇明岛生物质能循环型应用技术的研究与示范(编号:05dz12010)展开。采用新鲜的猪粪为原料,以崇明前卫村沼气池中上次正常发酵的沼液为接种物,在上海交通大学生物质能研究中心自制的小型沼气发酵装置上发酵产气。同时对发酵过程中的沼液和沼气取样检测。本文对影响沼气发酵的接种物选择进行了研究。实验测定了发酵过程中沼液的全氮、水溶性磷和速效钾含量以及产气量和产气成分,发现使用驯化过的接种物有利于提高沼气产气量和产气中甲烷的含量,并能最大限度的保留沼液中的营养成分。本文通过上述这些研究为沼气的工业生产和市场化运作打下了一定理论基础。     

好氧预处理对干法沼气发酵产气量的影响及能量损失

研究好氧发酵预处理对干法沼气发酵产气效果的影响及能量损失情况,是以好氧发酵升温为预处理方式的干法沼气工程经济运行的重要依据.该文采用恒温沼气发酵装置,以牛粪及少量混合秸秆粉作为发酵原料,研究了不同好氧发酵预处理条件下,干法沼气发酵的产气效果并对其能量损失情况进行了分析探讨.结果表明:以牛粪为主要发酵原料时,好氧预处理对物料干法沼气发酵的产气量有较明显影响,随着好氧发酵时间增加和温度提高,总产气量减少,能量损失增大;好氧发酵预处理温度与沼气发酵温度相同(均为35℃)时,能量损失较少,好氧发酵升温法合理;好氧发酵预处理温度(55℃)显著高于沼气发酵温度,好氧发酵升温法会带来较大能量损失.因此,在对覆膜槽生物反应器操作时,应准确把握好氧发酵的时间和温度,一旦达剑所需温度,应立即转入沼气发酵,以提高沼气产量,减少能量损失.     

厌氧发酵反应器一维稳态传热模型的建立与验证

在北方高寒地区,采取适当的加热及保温措施,确保沼气厌氧发酵所需的稳定温度,是关系到沼气工程冬季能否正常运行的关键所在。厌氧发酵反应器传热耗热量是沼气发酵料液加热系统设计的最基本的数据,它直接影响着加热系统方案的选择、供热管道管径和加热器等主要设备的确定。该文在稳态传热理论的基础上,通过对集厌氧发酵和沼气收集为一体式的全地上反应器传热过程的理论分析,建立了一维稳态传热模型,并通过试验对传热模型进行了修正和验证。结果表明,通过模型计算得到的模拟值与实际值在统计上没有明显差异,传热模型可用于反应器耗热量的计算。这为今后大型沼气工程中厌氧发酵反应器热负荷的计算和反应器能耗的预测提供了依据。     

温度和料液浓度对牛粪高浓度厌氧水解酸化的影响

该文在室温为20℃的实验室条件下,对牛粪进行了批量式高浓度厌氧发酵试验,在以往研究的基础上进一步探讨发酵物料温度为32℃、35℃和40℃,料液浓度为9%和10%,发酵时间为12d时,温度和料液浓度对牛粪高浓度水解酸化的影响情况,找出较优的厌氧水解酸化条件。结果表明,当温度分别为32℃、35℃和40℃时,水解酸化产物各主要成份的含量差异较小,但在日均挥发性脂肪酸CODVFA产率方面32℃要远高于35℃和40℃,32℃和40℃之间的差值最大可达452mg/(L·d),约占最大日均CODVFA产率1227.00mg/(L·d)的37%;当料液浓度为9%和10%时,水解酸化产物各主要成份的含量差值较小,而在日均CODVFA产率方面9%组要远高于10%,差值最大可达463.38mg/(L·d),约占最大日均CODVFA产率1227.00mg/(L·d)的37.77%,因此牛粪高浓度厌氧水解酸化过程的较优工艺条件为温度32℃,料液浓度9%,发酵时间6d。