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。     

畜禽粪便与玉米秸秆厌氧消化的产气特性试验

为设计厌氧消化器的有效容积提供参考,该文研究了不同混合比例下的粪便与秸秆在厌氧消化过程中的膨胀特性,同时在35℃条件下,采用批次模拟厌氧消化,对3种典型畜禽粪便和3种不同贮存方式的玉米秸秆进行中温厌氧产气特性试验,分析了6种典型物料的产气规律。试验结果表明:猪粪在厌氧消化过程中会发生膨胀,且干物质含量越高,膨胀系数越大;3种典型畜禽粪便以猪粪的产气效果最好,干物质产气量达到375.5mL/g;不同贮存条件下农作物秸秆的理化特性对产气特性有很大的影响,3种贮存条件的玉米秸秆以黄贮秸秆的产气效果最好,干物质产气量达到445.8mL/g。该文为物料贮存条件选择和优化厌氧消化工艺提供了依据和参考。     

粪便、餐厨及芦苇混合厌氧消化过程中餐厨含量的影响研究

采用完全混合湿式厌氧发酵方法,对餐厨、粪便及芦苇3种物料混合厌氧消化过程中餐厨含量的影响进行了研究。结果表明,餐厨加入量对这3种物料混合厌氧发酵影响显著。适当增加餐厨比例,有利于产气率的提高,但随着餐厨比例的增加,混合厌氧消化过程中乙酸、丙酸和丁酸含量增加明显,较容易出现＂酸化＂现象而影响产气效果。粪便、芦苇与餐厨湿重比为7∶2.5∶3时,产气效果最佳,最高容积产气率为1118mL·L^-1·d^-1,平均甲烷含量为64.6%,COD去除率达到68.56%。随着餐厨比例的增加,NH3-N含量逐渐增加,但未对厌氧消化产生抑制作用。     

含固率和接种比对猪粪中温厌氧消化特性的影响

利用全自动甲烷潜力测试仪(AMPTSII),通过猪粪中温批式厌氧发酵试验,比较了不同含固率(4%、6%、8%)和接种比(r_(I/S)=1.5、2.0、3.0)对猪粪产气特性的联合影响。结果表明,含固率和接种比对产气速率及累积甲烷产量均有显著影响,且含固率对厌氧消化产气特性的影响大于接种比。在试验研究参数范围内,单位底物累积甲烷产量随接种比的增加而增大,随含固率的提高呈现先增加后减小的趋势,在含固率为6%,接种比为3时,获得最大累积沼气产量和甲烷产量,分别为469.1m L·g~(-1)VS和333.2m L·g~(-1)VS。在本试验研究条件下,含固率越低,接种比越高,越有利于提高日平均产甲烷速率,缩短反应迟滞期。动力学模型参数表明,First-order模型较修正的Gompertz模型能更好地模拟猪粪厌氧发酵产甲烷规律,且在一定程度上,接种比例越大,含固率越高,First-order模型对试验数据的拟合精度越高。     

金霉素浓度对鸡粪中温厌氧消化特性及抗生素降解的影响

针对抗生素污染对鸡粪厌氧消化影响不明的问题,该文利用批次试验探究了不同质量浓度金霉素(chlortetracycline,CTC)(4～200 mg/L)对鸡粪中温厌氧消化过程、产气效率及抗生素降解的影响。结果表明,低浓度的CTC(质量浓度≤20 mg/L)促进了鸡粪中温厌氧消化作用,其对累积水解、酸化、乙酸化及甲烷化的最大促进率较对照(质量浓度0mg/L)分别提高了12.69%,11.55%,11.31%和9.82%,厌氧消化有效降解了鸡粪中的CTC,降解率为59.87%～71.95%,这是因为厌氧污泥胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)由结合态(松散结合态(loosely bound EPS,LB-EPS)和紧密结合态(tightly bound EPS,TB-EPS))转化为黏液态(slime EPS,S-EPS)促进了水解作用,另外,CTC降解提供的碳源进一步促进了甲烷的生成。高浓度CTC(质量浓度≥60mg/L)抑制了鸡粪中温厌氧消化作用,且抑制率随CTC质量浓度的增大而升高,对累积水解、酸化、乙酸化及甲烷化的最大抑制率分别为16.48%,18.54%,18.96%和19.94%,CTC的降解率为43.4%～51.44%;在此条件下污泥EPS较对照提高了13.81%～39.23%,其中EPS蛋白浓度由943.01 mg/L增加为1 083.69～1 338.20 mg/L。中温条件下CTC对鸡粪厌氧消化抑制阈值为22.16 mg/L。消化结束后,沼液和沼渣中的CTC分别占总量的0.46%～3.13%和96.87%～99.54%,表明CTC绝大部分残留在沼渣中,存在较大环境风险,所以应对沼渣进一步无害化处理后才可还田使用。     

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。     

规模化奶牛场泌乳牛粪便氮磷含量预测模型研究

为了探讨基于泌乳牛日粮营养成分及其基本生产状况预测粪便氮磷含量的可行性,建立粪便总氮(fecal nitrogen,FN)、粪便总磷(fecal phosphorus,FP)含量的预测模型。本试验以中国荷斯坦奶牛为研究对象,选取天津市具有代表性的7家规模化奶牛场为采样点,利用问卷调查收集了20组泌乳期奶牛日粮营养成分及基本生产状况等基础数据,并采集了60份粪便样品,测定其氮磷含量。选取其中14组泌乳期奶牛日粮营养成分及基本生产状况等基础数据和48份泌乳牛粪便的氮磷含量,利用SAS统计分析软件,对其进行相关性分析和回归分析,建立预测模型。结果表明:日粮有机质摄入量(organic matter intake,OMI)和粗脂肪摄入量(crude fat intake,CFi)与泌乳牛粪便总氮含量有显著的正相关性,相关系数分别为0.836和0.705。泌乳牛体重(body weight,BW)与粪便总磷含量呈负相关性,相关系数为-0.525。利用多元线性回归分析建立的预测模型的决定系数R2显著高于一元线性回归方程。其中基于泌乳牛产奶量(milk yield,MY),产奶天数(days in milk,DIM),日粮有机质摄入量OMI和氮摄入量(nitrogen intake,NI)建立的粪便总氮含量的预测模型的决定系数R2可达0.96(P0.001),预测方程为:y=0.43+0.29×MY+0.02×DIM+0.92×OMI-13.01×NI。粪便总磷含量的预测模型的决定系数R2相对低于总氮含量的预测模型,最高为0.62(P0.10),预测方程为:y=22.97-0.026×BW-4.02×NI+14.63×PI(phosphorus intake,PI)。最后利用6组泌乳牛日粮营养成分及其基本生产状况的基础数据和对应的18份粪便样品的氮磷含量对最优预测模型进行了外部验证。结果表明,粪便总氮含量和总磷含量的预测值与测定值间的相对误差分别为1.62%和3.81%,预测标准差分别为0.70 mg·g-1和0.68 mg·g-1,模型取得较理想的预测结果。     

温度对4种不同粪便厌氧消化产气效率及消化时间的影响（简报）

为研究温度和粪便厌氧消化产气效率及消化时间的关系,该试验通过自行研究设计的可控性恒温发酵装置,以猪粪、牛粪、鸡粪和人粪为消化原料,以常温厌氧发酵池的底物为接种物,在25～40℃温度范围内,以5℃为梯度,进行了批量厌氧消化试验,研究了不同粪便厌氧消化的产气量、消化时间和展优消化温度.结果显示,影响猪粪、牛粪、鸡粪和人粪厌氧消化的最优消化温度及相应的消化时间和最大干物质累积产气量分别为(35.9℃,81 d,0.495 L/g),(33.8℃,74d,0.398L名),(32.2℃,73 d,0.324L/g)和(25.1℃,84d,0.294 L/g).不同粪便厌氧消化在其最优消化温度范围内产气速率最大,产气量随着温度的升高而增大;当超出最优温度范围,产气速率减小,产气量下降·消化时间不是随着温度的升高而缩短,单一以温度来断定消化时间的长短是不切合实际的.     

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℃。     

玉米秸中温与常温厌氧生物气化的比较研究

为解决玉米秸的资源化利用问题,提出通过厌氧消化的方法把其转化成生物气体。比较了在中温和常温条件下,不同负荷率（35、50、65 g/L）对玉米秸秆日产气量、累积产气量、总干物质（TS）和挥发性有机物（VS）消化率的影响。试验结果显示,不论是在中温还是在常温条件下,50 g/L TS负荷率都获得了较高的累积产气量;相对于常温而言,中温厌氧消化的累积产气量提高了63%,总干物质（TS）和有机物（VS）消化率分别增加33%和49%,产气速率也明显提高。因此,使用50 g TS/L负荷率,在中温条件下对玉米秸秆进行厌氧消化是比较好的。该试验结果可为玉米秸秆的大规模生物气化提供重要设计依据。