接种率及尿素添加量对农村生活垃圾厌氧发酵产甲烷的影响

为了解接种率及尿素添加量对农村生活垃圾厌氧发酵产甲烷的影响,选取3个水平的接种率(0.3、0.5、1.0)和3个水平的尿素添加量(1%、3%、5%)进行农村生活垃圾厌氧发酵实验。结果表明,在相同尿素添加量的条件下,接种率(0.3~1.0)越高越有利于甲烷产生,同时挥发性脂肪酸降解速率越快;而在相同接种率的条件下,随尿素添加量(1%~5%)的增加,甲烷产量呈先升高后降低的趋势。Gompertz动力学模型拟合结果表明,在接种率为1.0、尿素添加量为3%的条件下,厌氧发酵产甲烷延滞期较短(12 d),70 d累积甲烷产量最高(0.44 L·g~(-1)TS),发酵过程未发生酸化现象。     

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。     

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。     

添加尿素对模拟发酵罐中沼气发酵的影响

如何提高产气量一直以来都是沼气发酵过程中需要解决的主要问题。本研究是在实验室条件下组建模拟沼气发酵罐,并用于研究发酵罐中添加尿素对沼气发酵的影响。结果表明:与不添加尿素的对照组相比,处理组中添加浓度为1000mg/L的尿素可以有效提高沼气发酵基质的利用率,并提高沼气中甲烷含量,该系统中发酵原料总固体(total solid,TS)消耗率提高1.79%,挥发性固体(volatile solid,VS)消耗率提高4.36%,甲烷产量提高8.4%;添加3000mg/L尿素使发酵原料TS消耗率降低1.59%,但是VS消耗率提高2.28%,产甲烷量提高5.4%;添加5000mg/L尿素则会对发酵原料的利用产生抑制作用,TS、VS消耗率分别降低3.04%、3.72%,甲烷产量降低4.2%。本研究结果将为提高沼气发酵效率提供初步的理论基础。     

光照强度对猪粪、牛粪厌氧发酵的影响研究

研究光照强度对猪粪、牛粪厌氧发酵的影响,为沼气池的改进、提高产气量提供参考。试验以猪粪、牛粪为发酵原料,设置0、6、12、24h4组光照梯度处理,在恒温35℃和料液总固体质量分数为8%的条件下进行厌氧发酵。结果显示,不同光照强度下同一发酵原料的产气量差别较大,猪粪、牛粪在12h光照条件下的累积产气量分别是0h光照条件下的（黑暗）1.80、2.34倍;相同的光照强度不同发酵原料产气量存在差别,0h光照条件下（黑暗）猪粪的累积产气量为8136mL,牛粪的累积产气量为3282.5mL;光照条件改变发酵料液的理化性质,使累积产气量与发酵料液的碱度、挥发性脂肪酸（Volatile fatty acids,VFA）、pH值、氨态氮的相关性呈动态变化。     

固液分离对牛粪利用效果的影响

预处理可以提高牛粪利用的效果,该文研究了利用螺旋压榨固液分离机对牛粪加水固液分离后固形物和分离液的纤维含量,固形物的热值、分离液的黏度和碳氮比。利用压块成型机对分离后固形物进行压块,为沼气发酵增温保温提供燃料,并将分离液与未分离的原牛粪进行厌氧发酵对比试验,结果表明,分离液发酵可提高甲烷产率,缩短发酵水力停留时间。在（35±2）℃条件下,原料挥发性固体含量（VS）分别为4.86%和4.98%时,30%接种量,分离液的产气率比原牛粪提高32.68%。研究结果对高寒地区牛粪资源化利用具有参考价值。     

海带渣与养殖固体废弃物混合发酵产沼气试验

废弃物的高效和资源化利用是现代渔业发展面临的重要课题。该文以海带渣和养殖固废为原料开展了两相发酵产沼气效果试验研究,探讨了中温条件下(35±1℃)料液TS浓度和接种率对混合水解酸化特性以及厌氧发酵产沼气效果的影响。结果表明,海带渣与养殖固废混合水解酸化过程启动很快,第2天乙酸浓度即达到峰值,5 d后丙酸和丁酸浓度增幅较快,水解酸化过程中甲酸产量相对较低。不同TS浓度(6%、8%和10%)和不同接种率(10%、20%和30%)的料液水解3 d,乙酸的酸化度分别为42.6%、50.0%、49.8%和50.7%、44.3%、40.3%;主要有机酸(乙酸+丁酸+甲酸)的酸化度分别达到61.7%、68.7%、62.2%和69.4%、57.5%、58.0%。料液TS浓度为8%~10%、接种率为10%~20%和p H值为6.0~7.0时,海带渣与养殖固废在中温条件下混合水解2~3 d,即可获得后期发酵产沼气所需的酸化料液。此外,发酵产沼气结果表明,每天按与产沼气接种污泥质量比为1:7~1:9的比例添加酸化料液,在p H值为7.0~8.0和35±1℃的条件下厌氧发酵产沼气,产气系统启动很快,而且8~13 d即进入稳定产气阶段,产气率保持在489.4~581.5 m L/g VS,所产沼气中的甲烷体积分数达到82.7%~84.9%,而且料液不会出现酸化现象。海带渣与养殖固废混合水解酸化、批量填料发酵产沼气工艺明显提高了产气效率和系统稳定性。     

影响牛粪高浓度水解酸化过程中乙酸含量的因素研究

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,采用二次正交旋转组合设计试验方法,探讨牛粪水解酸化过程中,温度、料液浓度和停留时间对乙酸含量的影响规律.温度、料液浓度和停留时间的取值范围分别为25～35℃、6%～10%和2～12 d,利用单因素分析法确定各因素在二次非线性模型中的主次顺序.利用频数分析找出各因素的最佳试验范围.结果表明,停留时间对乙酸含量的影响最大,温度次之,料液浓度的影响最小.通过频数分析,得出了在温度为26～30℃、料液浓度为7%～9%、停留时间为2～5 d时挥发酸中的乙酸含量均高于66%.当温度为26～30℃、料液浓度为10%、停留时间为10～12 d时挥发酸中的乙酸含量均低于60%.     

废弃食用油脂两相厌氧发酵酸化条件优化

油脂的水解和长链脂肪酸的降解是油脂厌氧发酵过程中的限速步骤,提高水解酸化阶段挥发性脂肪酸(volatile fatty acid,VFA)的产率,有助于后续甲烷化反应的进行。利用响应面方法(response surface methodology,RSM)对废弃食用油脂两相厌氧发酵水解产挥发酸条件进行优化,考察了初始p H值、原料负荷、反应时间和接种量对产生挥发酸浓度的影响,提出采用该工艺的数学模型及优化后的工艺参数。结果表明,各影响因子对挥发酸的影响顺序为:接种量反应时间原料负荷初始p H值,方程的F值为15.65,相关系数为0.9359,调整相关系数为0.8761,说明数学模型可以较好地模拟真实的反应曲面。优化得到最佳的工艺参数为初始p H值6.2、负荷300 g/L、反应时间8 d、接种量40%,在该条件下,实际产挥发酸7 221.0 mg/L,与预测值7 224.0 mg/L吻合且重现性较好。厌氧产甲烷试验表明,酸化后废弃油脂较未酸化油脂在甲烷产量、甲烷含量、总化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)去除率及挥发性固体(volatile solid,VS)去除率方面分别提高了44%、11%、28%和51%,经酸化处理比未酸化油脂的厌氧发酵时间(完成一个厌氧发酵周期内总产气量的80%的时间)缩短了28%。该研究结果为废弃食用油脂的两相厌氧发酵中试提供了参考。     

尿素和草木灰对生物质恒温厌氧发酵兼好氧处理过程的影响

为了研究添加物对混合原料恒温厌氧和好氧发酵过程的影响,实现生物质向沼气和沼肥的快速转化,先在3个分别无添加、添加质量浓度1 g/L尿素和1 g/L草木灰的0.56 m3恒温发酵装置中进行了牛粪和番茄茎叶VS(Volatile Solid)比例1:1、TS(Total Solid)为8%、发酵温度(26±2)℃、为期54 d的恒温批式厌氧发酵,并将剩余沼液进行(30±1)℃、12 L/min、为期8 h的好氧曝气处理,对比分析不同添加物的厌氧发酵及沼液好氧处理组合对装置产气和产肥性能的影响。结果表明：厌氧发酵阶段,反应前28 d各添加物对系统产沼气及合成甲烷的促进作用显著,且尿素组效果最好,累计产气量、累计产甲烷量分别为4 917、1 746.4 L,较空白组提高91%、128.7%,较草木灰组提高12.6%、69.4%,同时尿素组甲烷体积分数达到50%以及达到系统总产气量80%即5 346 L的时间均较空白组提前了5 d,但全周期空白组累计产气量和累计产甲烷量均高于其它2组;好氧处理阶段,空白组、草木灰组和尿素组沼液完全腐熟的最快时间分别为第1小时、第4小时、第1小时,此时GI（Germination Index）分别为98%、124.5%、100.4%,TDS（Total Dissolved Solid）分别为5 670、5 350、7 010 mg/L,NH+ 4-N分别为734.4、538.1、862.1 mg/L,尿素组沼液生物有效性最好。综上,尿素组系统中前期的产气效率最佳、产肥品质最优,但与复混液体肥料标准相比仍需补充养分,或浓缩处理。该研究为提高沼气产气效率、沼肥品质提供参考。     

膨润土改善鸡粪厌氧消化产酸产甲烷特性

为探究膨润土对鸡粪厌氧消化过程中产甲烷特性和可溶性有机酸代谢特性的影响,采用L8(23)正交试验设计,以鸡粪添加量(有机负荷率)、膨润土添加量和接种量为三因素,每个因素设置2个水平,研究了中温条件下(35±1)℃膨润土添加对鸡粪厌氧消化过程中产酸和产甲烷特性的影响。结果表明:与对照组相比,低有机负荷条件下,膨润土添加能显著(P0.05)提高鸡粪挥发性固体(volatile solid,VS)产甲烷量,添加量为3.0%和1.5%时VS产甲烷量分别提升了22.72%、27.72%(膨润土添加量不同的组差异不显著(P0.05));高有机负荷条件下,膨润土添加能极显著(P0.01)提高鸡粪VS产甲烷量,添加量为3.0%和1.5%时VS产甲烷量分别提升了78.68%和55.41%(膨润土添加量不同的组差异显著(P0.05))。当鸡粪添加量为19.91 g挥发性固体,膨润土添加量为3.0%(占干基比)和接种量为80 m L(体积分数20%)时,单位挥发性固体产甲烷量最高为301.92 m L/g,比对照组高87.8%,此时可变成本也最低为2.43元/m~3,比两对照组分别低1.29和1.68元/m~3。方差分析表明:膨润土添加可提高鸡粪厌氧消化过程中挥发性脂肪酸,pH值,可溶性有机碳和可溶性无机碳的稳定性。膨润土可加强鸡粪厌氧消化系统的稳定性,降低产甲烷的可变成本,为膨润土强化鸡粪厌氧处理提供了试验验证据。     

恩诺沙星对厌氧发酵过程中水解酶活性及 沼气产量的影响

兽用抗生素因其具有防病、促生长的作用被广泛应用于畜禽养殖业,而在畜禽粪便发酵生产沼气的过程中,残留在畜禽粪便中的抗生素可能会抑制沼气发酵过程。该文以猪粪和玉米秸秆为原料,采用自行设计的恒温厌氧发酵装置,研究了外源添加恩诺沙星(ENR)对猪粪厌氧发酵过程中水解酶活性及产气量的影响。结果表明,添加20 mg·kg?1、60 mg·kg?1和120 mg·kg?1恩诺沙星条件下,猪粪厌氧发酵初期不同浓度恩诺沙星对纤维素酶和脲酶活性有显著抑制作用(P0.05);厌氧发酵的前15 d,添加20 mg·kg?1恩诺沙星对蔗糖酶活性有一定的激活作用(P0.05),添加60 mg·kg?1和120 mg·kg?1的恩诺沙星对蔗糖酶活性有抑制作用(P0.05);猪粪厌氧发酵后期,恩诺沙星对纤维素酶、脲酶和蔗糖酶活性影响不显著(P0.05)。在发酵产气速率增长期的第5~11 d和21~31 d,添加20 mg·kg?1、60 mg·kg?1和120 mg·kg?1恩诺沙星对沼气产气速率有明显抑制作用(P0.05);而在发酵的第31 d后,添加各浓度恩诺沙星对沼气产气速率影响不大。在整个50 d的厌氧发酵过程中,与不添加恩诺沙星的对照相比,添加20 mg·kg?1、60 mg·kg?1和120 mg·kg?1恩诺沙星处理的总产气量分别减少7.38%、12.08%和15.77%。可见,恩诺沙星影响了猪粪厌氧发酵过程中水解酶活性和沼气产气速率及产气量,在厌氧发酵不同阶段,恩诺沙星对不同水解酶活性和产气速率影响也不同。该文研究结果可为无害化处理含恩诺沙星的畜禽粪便及提高厌氧发酵效率提供参考。     

规模化养牛场粪便处理生命周期评价

以某规模化养牛场为例,应用生命周期评价方法,对畜禽粪便两种不同处理方式进行生命周期污染物排放清单分析,在此基础上进行了生命周期环境影响评价。结果表明,畜禽粪便处理过程中主要的环境影响类型是全球变暖,其次是环境酸化和富营养化。其中好氧堆肥工艺的环境酸化和富营养化潜力大于厌氧发酵处理工艺,厌氧发酵工艺全球变暖潜力大于好氧堆肥。综合比较,厌氧发酵的环境影响优于好氧堆肥,其环境影响综合指数分别为0.011 2、0.024 3,该养殖场宜采用厌氧发酵工艺处理畜禽粪便。     

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。     

麦秸生物炭添加对猪粪中温厌氧发酵产气特性的影响

为探明不同热解温度生物炭添加对猪粪中温厌氧消化产气的影响,以400、500、600℃热解制成的麦秸生物炭（BC400、BC500、BC600）为研究对象,采用批次发酵试验,探讨了生物炭添加对猪粪中温（37±1）℃厌氧发酵产气特性的影响。研究结果表明：麦秸热解生物炭可显著（P<0.05）提高猪粪发酵系统的产气潜力和甲烷含量,其影响从大到小依次为BC600>BC500>BC400。厌氧发酵49 d期间,添加生物炭处理的产气量和产甲烷量分别为260.7~288.7 mL·g-1 VS和163.7~185.5 mL·g-1 VS,较纯猪粪处理提高了77.1%~96.1%和78.1%~101.8%。同时,添加生物炭可明显提高猪粪厌氧发酵系统的消化效率（T90）,缩短厌氧发酵的延滞期。不同热解温度麦秸生物炭对猪粪厌氧消化产气特征的影响明显不同,对畜禽养殖场沼气工程运行中的物料选择和条件优化有实际的指导意义。     

蓝藻厌氧发酵产沼气机械搅拌工艺优化及中试验证

在蓝藻厌氧发酵过程中,由于蓝藻密度较小,容易在反应器中上浮而结壳,从而降低反应器产气效率。该文以蓝藻为原料,研究机械搅拌对其厌氧发酵产沼气的影响。分别选取不同的搅拌周期、搅拌持续时间及搅拌强度3个因素,在试验的基础上采用响应曲面法确定蓝藻厌氧发酵产气的最佳搅拌因素,为蓝藻厌氧发酵产沼气技术应用提供技术参数。以模拟得到的二次多项式回归方程,从而预测得到蓝藻最佳搅拌条件为:搅拌周期6 h、搅拌持续时间20 min/次、搅拌强度56 r/min。中试中,在最佳搅拌条件下,蓝藻的比产气速率、比产甲烷速率最大,分别为0.39、0.236 L/(L·g)。研究发现:搅拌强度对蓝藻厌氧发酵产沼气影响最大,搅拌周期其次,搅拌持续时间最小;搅拌强度过大、搅拌频繁将会破坏适于特定厌氧微生物生长的微环境,使系统中不同种属厌氧微生物的协同作用受到局部破坏,反应器中污泥的蛋白酶、脱氢酶及辅酶活性下降,产气率降低;搅拌强度小、搅拌周期长,蓝藻容易上浮,与污泥中微生物接触有效接触减少,蓝藻转换效率低,微生物活性降低。适当的搅拌混合可以破坏蓝藻上浮结壳,同时提高蓝藻与微生物之间接触效果及产气效率。     

预发酵方式对餐厨垃圾酸化抑菌及甲烷发酵的影响

餐厨垃圾水分和有机物含量高,在收集储运过程中易酸腐变臭,影响其资源化利用。该文在新鲜餐厨垃圾中分别接种酵母菌和乙酸菌进行乙醇和乙酸预发酵,预发酵后的餐厨垃圾与酒糟混合进行甲烷发酵,并与不接任何菌种的对照组比较,考察2种预发酵方式对餐厨垃圾酸化抑菌及其与酒糟混合甲烷发酵的影响。研究结果表明,乙酸和乙醇预发酵对餐厨垃圾均具有良好的酸化抑菌效果,其大肠杆菌和金黄葡萄球菌数均比对照组降低了2个数量级以上;累积甲烷产量由高到低的顺序是:乙醇预发酵对照乙酸预发酵组,前者累积产甲烷量比对照组和乙酸预发酵组分别提高21.3%和49.8%;乙醇预发酵组乙醇浓度最高,而乙酸和丙酸浓度均最低;相反,乙酸预发酵组挥发性脂肪酸浓度积累导致产甲烷菌活性较低,其产气效率最低。因此,乙醇预发酵是一种既能实现餐厨垃圾酸化抑菌,又能维持发酵系统的稳定性,提高其后续产甲烷效率的有效预发酵方式。     

猪粪与马铃薯皮渣混合厌氧发酵产氢特性

为了提高厌氧产氢菌利用复杂物料的产氢能力和稳定性,该文研究了猪粪与马铃薯皮渣混合质量比对厌氧发酵产氢的比产氢率、挥发性固体去除率、液相末端产物组成等发酵特性的影响。试验结果表明,底物组成显著影响产氢发酵的发酵类型。以单纯马铃薯皮渣为底物时,体系的比产氢率最高达31.55mL/g,挥发性固体去除率为29.43%,发酵类型为丁酸型;当猪粪在发酵底物中的质量比从10:70提高至40:40后,体系的发酵类型由丁酸型转变为乙酸型,同时维持了较高的比产氢率(22.48～24.18mL/g)和挥发性固体去除率(28.31%～32.93%)。但是当猪粪逐渐变为主要发酵底物(猪粪与马铃薯皮渣质量比为50:30、60:20、70:10、80:0)时,发酵逐渐受到抑制,系统的比产氢率和挥发性固体去除率都明显下降。采用Modified Gompertz模型可以很好地拟合累积产氢量随时间的变化,其动力学参数最大产氢量、最大产氢速率和停滞时间可以作为混合物料产氢发酵代谢过程的重要评价指标。该研究为优化混合物料厌氧产氢发酵过程提供参考和依据。     

人粪与不同原料配比对厌氧发酵产气影响

为提高人畜粪便和农作物秸秆资源化有效利用提供科学依据,研究了人粪与各种不同原料混合发酵的产气效率。试验通过自行研究设计的可控性恒温发酵装置,以人粪、牛粪、鸡粪和玉米秆为消化原料,以常温厌氧发酵池的底物为接种物,在总固TS质量分数为8%条件下,进行批量厌氧消化试验,研究人粪分别与牛粪、鸡粪和玉米秆按不同比例（干物质质量比为1∶1、2∶1、3∶1）混合发酵的产气速率、累积产气量的变化。结果表明,在25℃恒温条件下,人粪与3种原料的混合发酵,均能正常产气,均能在厌氧发酵开始后的5～14d达最大产气速率,在30d左右各自的累积产气量均能达到总产气量的87%～92%,其中人粪与牛粪的混合产气效率最好,各组物料的3种配比的平均累积产气量分别为26713、21281和21227mL,各组物料的最优配比的最高产气速率分别为1500、1260和1100mL·d^-1。在25℃下,人粪与牛粪混合发酵的最优配比为3∶1,人粪与鸡粪的为1∶1以及人粪与玉米秆的为3∶1,为人粪与不同原料配比的混合厌氧发酵提供了参考依据。