温度与有机负荷对猪粪厌氧发酵过程的影响

为提高畜禽养殖场沼气工程能源利用效率,降低工程运行成本.该文通过全混式半连续试验,以猪粪为发酵原料,研究不同温度(20、28、38℃)和有机负荷(0.3、1.3、2.3、3.3、4.3 kg/(m3·d))条件下,甲烷产率、挥发性脂肪酸(volatile fatty acid,VFA)及总无机碳(total inorganic carbon,TIC)的变化特征.结果表明:20℃条件下,反应器启动缓慢,甲烷产率低.当有机负荷增加全1.3 kg/(m3·d)以上时,反应器运行不稳定,需外加NaHCO3调节pH值;在28℃与38℃条件下,各有机负荷甲烷产率无明显差异,但是在较高有机负荷3.3和4.3 kg/(m3·d)下运行时,28℃条件下产生挥发性脂肪酸积累的现象,系统缓冲能力缺乏,VFA/TIC值分别达到0.4和0.6.当实际沼气工程低负荷率运行时,可选择28℃作为发酵温度,以达到节省能源、提高沼气工程经济效益的目的.该研究可为实际沼气工程运行管理提供数据参考.     

不同原料配比对厌氧发酵过程中产气量VFA和脱氢酶活性的影响

以牛粪和小麦秸秆为发酵原料,研究了不同牛粪（M）与小麦秸秆（S）的干物质配比（牛粪与秸秆的比例为1∶1、2∶1和3∶1）对厌氧发酵产气过程的影响。结果表明,添加小麦秸秆处理的产气量显著高于秸秆与牛粪单独发酵处理（P〈0.05）,其中牛粪与秸秆的配比是1∶1的产气量为（31823.7±691.2）mL,比秸秆、牛粪以及牛粪与秸秆比例为2∶1和3∶1四个处理的产气量分别提高了208.7%、11.5%、2.8%和5.2%。因此,以M∶S=1∶1进行混合厌氧发酵效果最好。挥发性脂肪酸（VFA）与日产量间呈极显著性正相关（P〈0.01）,但脱氢酶活性与产气量相关性不显著（P〉0.05）。     

添加菌体蛋白和尿素对玉米秸秆厌氧发酵的影响

以玉米秸秆为原料的厌氧发酵,碳氮比（C/N）一直是影响其发酵的主要问题之一。该文针对玉米秸秆的C/N进行了研究,通过对比试验的方法,以尿素和菌体蛋白作为氮源添加剂配制成C/N分别为25/1和35/1的秸秆发酵料液,进行30d的厌氧发酵试验。结果表明,以尿素和菌体蛋白作为氮源调整C/N时,C/N为35/1时的产气量要好于C/N为25/1;与秸秆单独发酵相比,C/N为35/1的添加菌体蛋白试验组R2和添加尿素试验组R4的总产气量分别提高了31.43%和2.69%。此外,添加菌体蛋白和尿素能有效抑制秸秆体积的漂浮膨胀,对料液起到酸碱缓冲的作用。菌体蛋白作为秸秆发酵添加剂应用在沼气工程中可以变废为宝,提高经济效益。     

碳氮比对叶菜废弃物好氧堆肥效果的影响

为提高叶菜废弃物好氧发酵效率和堆肥质量,研究不同物料配比对叶菜废弃物好氧堆肥效果的影响,确定叶菜废弃物好氧堆肥的最佳碳氮比（C/N）,以叶菜废弃物为主料,玉米秸秆、玉米秸秆+牛粪为辅料进行好氧发酵,调节初始C/N为15、20、25,以pH、电导率、有机质、全氮、全磷、全钾以及种子发芽指数来评价好氧堆肥腐熟度及堆肥质量,筛选出叶菜废弃物好氧堆肥的最佳C/N。结果表明：B1处理（C/N为20,底料为叶菜废弃物+玉米秸秆）种子发芽指数为115.30%,B2处理（C/N为20,底料为叶菜废弃物+玉米秸秆+牛粪）种子发芽指数为126.77%,其堆肥物料腐熟程度最高,腐熟效果最好,B1处理有机质分解率最高（22.71%）,全效养分含量最高（6.4%）,全氮、全磷、全钾含量分别增加了26.61%、62.17%、57.23%。综合来看,叶菜废弃物和玉米秸秆联合好氧发酵的C/N为20时堆肥效果最好,堆肥底料中添加适量牛粪可以提高堆体物料腐熟程度。     

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。     

牛粪和秸秆好氧发酵堆肥的初始条件研究

为了研究堆肥混合物料不同初始含水率、C/N值和秸秆粉碎尺寸等因素对牛粪好氧堆肥的影响,找出各因素的最佳配比参数,以期能够科学有效地指导畜禽养殖场或有机肥生产厂家开展牛粪、秸秆的资源化再利用。提出了以新鲜牛粪和小麦秸秆为堆肥原料和辅料,在添加微生物发酵菌剂的基础上,对上述3因素进行人工调控,并设计分组对比试验,依据相关标准从堆体温度、全养分(N、P_2O_5、K_2O)等指标进行验证。结果表明:试验过程中,各组发酵温度≥45℃以上的时间均大于14 d,满足NY/T 1168—2006 《畜禽粪便无害化处理技术规范》的安全卫生要求;在牛粪好氧发酵堆肥时,添加粉碎后的小麦秸秆不仅能够良好的调节水分、C/N,还能作为结构调理剂,增加混合堆体的粒度和孔隙率。试验结果表明,堆体初始含水率在60%左右,C/N在30∶1左右,小麦秸秆粉碎尺寸≤1 cm的条件下堆肥效果最佳。     

牛粪与秸秆协同好氧堆肥过程参数变化规律研究

利用玉米秸秆屑、稻草秸秆屑和牛粪为原料进行序批式好氧堆肥,对堆肥处理的过程参数的变化规律进行了研究。结果表明：2个处理的物料温度在50~54℃维持7 d以上,最终反应产物的无害化程度较高;最终剩余产物的氮、磷、钾相对含量都有所升高,达到了农用控制标准;处理过程中氮素均呈增加趋势;由于在好氧反应阶段存在不同程度的氮损失,因此在反应的后期阶段要注意采取保氮措施。     

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。     

添加剂对好氧堆肥过程氮素固持和重金属钝化过程的影响

为提升堆肥品质及安全性,采用不同添加剂以促进氮素固持及重金属钝化效果.选择以鸡粪为主原料,采用发酵桶好氧堆肥的形式,探究4种添加剂[生物炭(BC)、聚天冬氨酸(PA)、土壤改良液(TG)、水果垃圾发酵液(FW)]对堆肥过程中氮素、重金属含量和形态变化的影响.结果表明,好氧堆肥方式不同程度促进了堆体氮素和Cu、Zn、Cr...     

畜禽粪便与秸秆厌氧-好氧发酵气肥联产碳氮元素变化研究

传统沼气工程的气肥联产工艺中,厌氧发酵产气与好氧发酵产肥互相独立,产气和产肥周期均较长、有机肥品质差,影响工程的高效运行。为缩短发酵周期、提高产气效率和有机肥品质,该研究将猪粪、鸡粪和秸秆混合进行15和30 d的干法厌氧发酵,将得到的沼渣添加秸秆辅料混合,分别设置65%和70%的发酵物料初始含水率进行15 d的高温好氧发酵,对比分析了不同厌氧-好氧发酵组合对产气和产肥的影响。结果表明:厌氧发酵阶段,混合物料的日产气率自发酵开始后逐渐上升,并在第8天达到最高峰,至第15天降至峰值的50%以下,此时累积产气量达到30 d发酵周期的71%,平均容积产气率达到1.91 m~3/(m~3?d),比发酵30 d平均容积产气率高41.5%。好氧发酵阶段,各处理组碳元素含量持续下降,氮元素含量先下降后增加,所得发酵产物均达到腐熟标准。采用15 d厌氧发酵所获得的沼渣进行好氧发酵,所得发酵产物的电导率、腐殖化程度和发芽指数均优于采用30 d厌氧发酵所获得的沼渣进行好氧发酵所得的发酵产物,同时总有机碳和总氮含量也较其分别提高了6.0%～21.7%和3.0%～10.2%,不同好氧发酵物料初始含水率对发酵产物的品质影响较不明显。因此,采用厌氧、好氧发酵周期均为15 d的组合,可缩短发酵周期、大幅提高产气效率和发酵产物的碳氮营养元素含量,有利于提高沼气工程运行效率和经济效益。     

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.     

沼液复合型杀虫剂研究

该文根据畜禽粪便厌氧发酵后产生的沼液含有丰富的营养和抗病虫害功效以及害虫的生理生化特性,选用木醋液、杀虫抗生素、印楝素、鱼藤酮、烟碱、苦参碱、草木灰及蓖麻叶浸出液等能够增强毒杀害虫能力的多种原料与沼液混配制成不同类型的沼液复合型杀虫剂,用5种不同的沼液复合型杀虫剂对蚜虫的杀灭效果进行试验研究,结果表明各种沼液复合型杀虫剂对沼液杀灭蚜虫均有显著效果,提出5种沼液复合型杀虫剂的沼液与复合型添加剂体积比配方分别为BP01为8000～11000倍液、BP02为25000～30000倍液、BP03为8333～12500倍液、BP04为18000～25000倍液、BP05为10000～15000倍液。该研究为提高沼液杀虫效果,开发以沼液为主要原料的生物杀虫剂提供科学参考。     

生物质好氧发酵热生产与回收利用研究进展

好氧发酵是目前有机固体废弃物处理的一种有效手段。人们对于好氧发酵的研究主要集中在高效有机肥的获取上,但发酵过程产生的热能不容忽视。发酵热作为一种“零碳”能源,可代替传统化石能源应用于加温供暖、生物干化等领域,助力实现“碳达峰、碳中和”。为将生物质能高效转化为热能利用,人们对发酵热回收利用进行了研究,但是没有将热生产、热回收和热利用三个阶段进行系统联系,导致热回收工艺效率不高。该文主要阐述了好氧发酵产热原理,并从菌剂、原料理化性质和发酵工艺三个方面对发酵热生产的影响进行了探讨,总结了现有热回收利用系统,最后对生物质好氧发酵热生产与回收利用系统的发展方向进行展望,以期为生物质发酵热能利用提供支持。     

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%。     

添加尿素和无机盐土对秸秆厌氧消化的影响

向厌氧消化体系加入外源添加剂是一种有效且简单的用于提高产气效率的方法。为了解决秸秆厌氧消化原料转化率低、易酸化、厌氧消化时间长等问题,该文选取尿素和无机盐土作为秸秆厌氧消化的添加剂,研究比较不同添加量对玉米秸秆厌氧消化过程产气特性、发酵环境、微生物活性以及物能转化效率的影响。结果表明,对于出现酸化问题且甲烷菌活性较低的厌氧消化系统,添加尿素和无机盐土有利于缓解酸化并促进微生物生长繁殖,三磷酸腺苷（ATP）峰值时的微生物数量可增加2.76×1011-5.31×1011个/L。添加一定量的尿素和无机盐土可使产气高峰提前,添加10%的无机盐土处理组与纯秸秆处理相比,产气高峰可提前4d;但酸化也会削弱尿素和无机盐土对产甲烷过程的促进作用,添加量越大,削弱效果越显著。研究结果可为秸秆厌氧消化的工程应用提供参考。     

番茄秸秆高温堆肥作为番茄育苗基质的循环利用研究

以番茄秸秆和牛粪为原料,进行了为期30 d的高温好氧堆肥,探讨番茄秸秆堆肥作为番茄育苗基质的可行性。结果表明,堆体温度55℃以上共计9 d,可有效杀灭致病菌;p H值在微碱性范围内呈先升高后下降的变化趋势;电导率在4~5 m S·cm-1的范围内,呈现先下降后上升的变化过程。堆肥30 d后,C/N由最初的25降低到20以下,发芽指数增加到61%,堆肥基本腐熟。番茄秸秆堆肥与蛭石混配后培育番茄幼苗,从株高、茎粗和壮苗指数等形态指标分析,番茄幼苗均生长良好。综合分析发芽率和壮苗指数等,堆肥与蛭石体积比为1∶4的混配基质育苗效果较好。     

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。     

滚筒式沼渣好氧发酵反应器中试装置设计与性能试验

针对沼渣好氧发酵反应器存在制肥周期长、水分脱除难等问题,该研究设计了一种滚筒式沼渣好氧发酵反应器中试装置,包括原料预处理、好氧发酵、生物除臭以及反应器控制单元。根据生物学及热力学原理,设计了好氧发酵滚筒、曝气系统等关键部件。该反应器内置3种类型抄板,盛料腔体容积为500 L;曝气采用"变频供风-可控加热-扇形布气-分段曝气"技术;集成生物除臭系统和反应器控制系统。通过好氧发酵性能试验并经物理、化学和生物学指标综合评价,结果表明,实现沼渣快速制肥,高温期持续7d,连续发酵15d后即可达到无害化和腐熟要求,油菜种子发芽指数达到90%,含水率降至30%以下。该研究为沼渣制肥装备产业化应用奠定基础。     

病死猪辅热快速好氧发酵工艺参数优化与装备研制

将病死猪、辅料拌合后加入发酵菌种,在50～70℃条件下进行辅热快速好氧发酵处理,可在短时间内将病死猪转化为干颗粒物料。为了优化发酵工艺参数,提高发酵处理质量,该文采用辅热快速好氧发酵试验装置,以猪死胎为原料、麸皮为辅料,选取通风量和温度为试验因素,以产物的总游离氨基酸(free amino acid,FAA)质量分数、含水率、粒度分布和pH值作为试验指标,开展了病死猪辅热快速好氧发酵处理试验。发酵温度选取50、60和70℃3个水平,通风量选取8、9和10 L/(L·min) 3个水平。结果表明,发酵温度60℃、通风量10 L/(L·min)时处理效果最佳。在此基础上,设计并试制了一台处理能力为150kg/批的病死猪辅热快速好氧发酵处理设备,并进行了初步试验。设定通风量为10 L/(L·min),发酵温度为60℃,发酵3d后物料中的FAA质量分数为20.74g/kg,含水率为14%左右,pH值为5.4,88.89%能通过4.75 mm编织筛,未检出大肠杆菌,平均每处理1 kg病死猪的能耗为2.37 kW?h。试验结果表明,试制的装备能在3 d内将冰冻状态的病死猪无害化处理转变为干颗粒物料,处理产物能满足后续有机肥生产的要求。