牛粪常温厌氧发酵特性的试验研究

[目的]探求较低温度下厌氧发酵的变化规律,为提高厌氧发酵效率提供科学数据.[方法]利用固体发酵罐,采集呼图壁西域春奶牛场的鲜牛粪为常温厌氧发酵的原料,以容器体积的1/4原料量进行39 d的厌氧发酵,并对发酵前后牛粪常规理化指标进行了检测分析.[结果]常温厌氧发酵从第7 d开始产气,第31 d停止产气,总产气量是3 893 mL,第26 d时沼气的日产气量相对最高,达730 mL/d;外界温度和pH是影响产气量的主要因素,其中堆体中层温度>表层温度>室温,pH(在6.4～7.3)总体表现为下降的趋势;TN含量有一定降低,TP含量呈上升趋势,TK含量变化不明显.[结论]牛粪作为有机肥完全符合技术指标要求,而且发酵后,总养分和有机质均有一定程度的增加.     

3种添加剂对牛粪厌氧发酵的影响

在以牛粪为原料的厌氧发酵过程中,向厌氧生物反应器中分别添加FeSO4.7H2O、皂土、活性炭,研究它们对牛粪厌氧发酵产气特性的影响。试验结果表明:添加FeSO4.7H2O、皂土、活性炭均能促进牛粪的厌氧发酵,与对照组相比,产气量分别提高了11.8%、20.4%、8.8%。     

微量金属元素添加频率对牛粪厌氧发酵特性的影响

为研究微量金属元素对牛粪厌氧发酵特性的影响,每隔1,3,5,7d向牛粪厌氧发酵液中添加Fe、Co、Ni元素。结果表明,7d添加1次微量金属元素的发酵组效果最佳,产气率和总产气量最高,COD去除率最高;每1d添加1次的挥发性有机酸(VFA)和产气量都最低,分析认为微量金属元素添加频率过高会破坏反应器内的营养平衡。     

光照强度对猪粪、牛粪厌氧发酵影响研究

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、24 h 4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12 h光照条件下的累积产气量分别是0 h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,0 h光照条件下（黑暗）猪粪的累积产气量为8 136 mL,牛粪的累积产气量为3 282.5 mL;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。

     

不同外源添加物对牛粪厌氧发酵的影响

为探索不同外源添加物对牛粪厌氧发酵的影响,在以牛粪为原料的厌氧发酵过程中,向厌氧生物反应器中分别添加尿素、草木灰和铁粉,研究在(20±1)℃条件下各添加物对厌氧发酵产沼气的影响,分析厌氧发酵过程中日产气量、累积产气量、pH、氨态氮质量浓度及碱度的变化。结果表明,在牛粪中添加5g草木灰的累积产气量及产气速率最大,3种添加物对牛粪累积产气量的影响强弱顺序为草木灰>铁粉>尿素;添加3种添加物后pH波动较小,都在适宜范围内;氨态氮质量浓度除草木灰组有所升高外,其他两组均降低;碱度的变化中,尿素组升高,草木灰和铁粉组的波动较小且比较稳定。     

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。     

牛粪分离液与餐厨垃圾混合发酵试验参数优化

将牛粪固液分离处理,在分离液单独发酵基础上,添加不同比例餐厨垃圾连续发酵试验,考查各比例混合物料在不同水力停留时间下发酵性能,优化最佳配比、相应发酵工艺条件和参数。研究确定牛粪分离液和餐厨垃圾混合发酵适宜配比为7:3,HRT为25 d,获得VS甲烷产率226.67 m L CH_4·kg~(-1)VS,容积产气率1.20 L·L~(-1)·d-1,VS去除率达到47.94%。     

酸化牛粪固液分离技术研究

为提高酸化后牛粪的分离效率,用研制的螺旋挤压式固液分离机对酸化牛粪进行分离试验研究.采用二次正交旋转组合试验方法,以分离后固形物TS、生产效率、去除率作为目标函数,以加水量、榨条间隙、螺旋转速作为影响因素,对影响固液分离性能的参数进行优化组合,结果表明:当最优组合在水料质量比为0.71,榨条间隙为0.96 mm,螺旋转速为72 r·min-1,得到的分离后固形物TS含量39.67％,分离效率0.38 t·h-1,固体去除率59.39％.为酸化后牛粪固液分离技术的应用提供工艺参数.     

不同接种量对稻秆厌氧发酵特性的影响

以稻秆为原料,厌氧发酵后剩余的沼液为接种物,在中温35℃的条件下,采用批式发酵试验,研究接种量分别为40、80、120 g 3个处理对其产气特性的影响。结果表明,适量的接种物可以提高消化系统的缓冲能力,有利于产气高峰提前,同时对稻秆的降解有促进作用。其中接种量为80 g的总产气量最高,为3 452 mL;TS产气量达到256.27 mL·g-1;分别比接种量为40和120 g的试验组高93.71%和15.14%。     

禽畜粪便厌氧发酵产气特性研究

为研究不同畜禽粪便厌氧发酵产气特性,通过批次厌氧发酵实验分类分析5种畜禽粪便的成分、沼液变化及产气规律。结果表明,畜禽粪便碳氮比为6.03~13.43,发酵过程中5种畜禽粪便沼液pH值基本维持在6~7.5,且氨氮浓度小于1500 mg?L_^-1。畜禽粪便发酵周期在47~55 d,出现两个日产气量高峰,且第二个产气高峰(160~393.5 mL)明显高于第一个(137~200 mL)。研究表明,畜禽粪便不存在氨氮抑制,可作为发酵原料。     

草粪比对甘蔗叶干法厌氧发酵产气效果的影响

以不同的草粪比配制原料,进行厌氧发酵,研究草粪比对甘蔗叶干法厌氧发酵产气效果的影响。结果表明,草粪比为1∶1和2∶1的处理组产气速度快,有明显的产气高峰,在发酵前40 d就产生了大部分气体。草粪比为1∶1的处理组总产气量最高,达到1 218.46 L,甲烷含量稳定后持续25 d保持在60%以上,草粪比为2∶1的处理组总产气量849.20 L,甲烷含量持续18 d保持在60%以上,草粪比为1∶0的处理组总产气量335.50 L,甲烷含量稳定后保持在45%左右。草粪比为1∶1和2∶1的处理组总固体产气量相差不大,但明显高于草粪比为1∶0的处理组。因此,添加猪粪有利于甘蔗叶干法厌氧发酵的进行,两者混合发酵比单一发酵产气效果要好。在产气高峰之后及时更换物料,可维持较高的产气量以保证实际用气量。     

不同碳氮比对牛粪秸秆干法厌氧发酵产气及肥效的影响

本研究以秸秆和牛粪为原料,猪沼液为接种物,利用实验室自行组装的厌氧发酵装置进行干法厌氧发酵试验,探讨了在保证含水率80%前提下不同碳氮比对干法厌氧发酵产沼气及沼渣造肥的影响。结果表明,不同碳氮比下的产气量及甲烷含量有明显的差异,碳氮比为25时产气量最多且甲烷含量较高。对沼渣而言,其有机质和总养分含量都大于有机肥标准NY525-2012中的相应指标,并对种子发芽未有毒性作用,具有作为有机肥的潜力。     

添加硒、钨元素对猪粪厌氧发酵的促进机制

为更精确地了解微量元素硒(Se)、钨(W)在厌氧发酵系统中的影响效应,提高发酵底物的生物产甲烷效率(BDA),以猪粪为发酵底物,添加微量元素Se、W,应用一级动力学模型和Gompertz模型拟合厌氧发酵过程。研究显示:适量添加微量元素Se、W对厌氧发酵产甲烷过程具有积极的促进作用,其中,M组(Se 0.8 mg·L~(-1)、W 1.8 mg·L~(-1))促进作用最为显著,累积产气量、平均甲烷体积分数和甲烷产率(以挥发性固体计)分别为177 001 mL、68.3%和398.3 mL·g~(-1),比CK组分别提高了10.2%、6.1%和21.4%。相关性分析表明:添加微量元素Se、W能够加快产甲烷菌对总挥发性脂肪酸(TVFAs)的利用率(对丙酸降解作用最为显著),促进产甲烷进程,TVFAs浓度与甲烷产率呈负相关,M组具有最低TVFAs累积量(809 mg·L~(-1))、最大产甲烷速率(31.0 mL·g~(-1)·d~(-1)),相比CK组水力停留时间(HRT)缩短了4 d、BDA提高了21.4%,厌氧发酵过程符合Gompertz模型(R~2=0.999 2)。     

不同配比鸡粪、猪粪与玉米秆混合发酵的产气效果

【目的】研究鸡粪、猪粪与玉米秆不同配比对混合厌氧发酵产气效果的影响,为提高混合原料厌氧发酵产气效率提供依据。【方法】采用自行研究设计的可控性恒温厌氧发酵装置,在恒温35℃和料液总固体质量分数为8%的条件下,以常温厌氧发酵沼气池的发酵底物沼液为接种物,研究鸡粪、猪粪与玉米秆按4种不同配比(干物质质量比分别为3∶1,2∶1,1∶1,1∶2)混合发酵对产气效果的影响。【结果】在35℃条件下,鸡粪与玉米秆、猪粪与玉米秆均以2∶1配比的产气效果最好,其中鸡粪与玉米秆混合的平均累积产气量最高,为13 493 mL,其次是猪粪与玉米秆,平均累积产气量为12 433 mL。通过模型预测,当鸡粪与玉米秆配比为1.81∶1、猪粪与玉米秆配比为1.86∶1时,可获得最大累积产气量,分别为17 000和15 246 mL。【结论】鸡粪、猪粪与玉米秆混合发酵的配比决定着沼气的产量与产气速率,而发酵周期的长短与配比无关。在鸡粪与玉米秸秆和猪粪与玉米秸秆配比均为2∶1时,沼气产量最大,产气速率峰值最大,产气效果最好。     

响应面法优化餐厨垃圾和牛粪混合两相厌氧发酵酸化条件

为提高废弃物厌氧发酵的利用率,开展了牛粪和餐厨垃圾混合两相厌氧发酵过程中酸化条件优化的研究,探究在酸化相中搅拌频率、搅拌速率、酸化浓度、酸化时间和酸化温度对甲烷产率的影响。单因素试验结果表明,最佳的搅拌频率、搅拌速率、酸化浓度、酸化时间和酸化温度分别为:3次·d~(-1)(2 min·次~(-1))、50 r·min~(-1)、12%、8 h和35℃。在单因素试验基础上,采用响应面法对发酵过程中酸化条件进行优化,以甲烷产率为响应值,选取酸化温度、酸化浓度和酸化时间3个因素研究其对发酵过程中产气率的影响。结果表明,对甲烷产率影响的大小顺序为酸化时间酸化温度酸化浓度。最佳的酸化条件为:酸化时间7.6 h、酸化温度35.8℃和酸化浓度10.4%;搅拌频率和搅拌速率分别为3次·d~(-1)(2 min·次~(-1))和50 r·min~(-1)。采用最佳酸化条件处理后,混合原料的甲烷产率可达290.5 mL·g~(-1)VS,比未经酸化处理提高了17.9%。研究表明,对牛粪和餐厨垃圾两相厌氧发酵中酸化相的酸化条件进行优化,可提高甲烷产率、甲烷含量及VS去除率。     

2种吸附剂对鸡粪厌氧发酵产气特性的影响

【目的】研究生物炭和纳米零价铁(nano zero-valent iron, nZVI) 2种吸附剂对鸡粪中温厌氧发酵产气特性的影响,以寻求适宜的吸附剂及其添加量。【方法】采用中温(35±1)℃恒温批次试验,以鸡粪为发酵原料,分别添加不同质量分数(0%(对照),2.5%,5%,7.5%和10%)的生物炭和不同质量分数(0%(对照),0.25%,0.5%,0.75%和1%)的nZVI,探索添加生物炭和nZVI对鸡粪厌氧发酵产气特性动态的影响。【结果】添加生物炭后,鸡粪厌氧发酵累积沼气产量随着时间的延长总体不断增加;试验结束时,添加生物炭各处理的累积沼气产量显著高于对照(P0.05),其中添加5%生物炭处理的累积沼气产量最高,达到21 532 mL。添加nZVI后,累积沼气产量随时间的延长呈增加趋势;试验结束时,未添加nZVI的累积沼气产量最高,达到11 101 mL。随着生物炭添加量的增加,平均沼气产量呈单峰变化趋势,其中添加5%生物炭处理的平均沼气产量最高,达到414 mL/d;随着nZVI添加量的增加,平均沼气产量呈先降后增再降的变化趋势。与对照相比,添加生物炭均能显著提高甲烷含量,而添加nZVI的各处理仅1%nZVI才能显著提高甲烷含量。随着发酵时间的增加,添加生物炭后pH总体呈上升-下降-上升趋势,添加nZVI后pH总体呈逐渐上升趋势。添加生物炭和nZVI的各处理后发酵过程中挥发性脂肪酸质量浓度均呈上升-下降-上升-下降的变化趋势,氨态氮质量浓度发酵初期快速增加,之后总体呈降低的趋势。与对照相比,添加生物炭处理的总固体和挥发性固体的产气效率均显著增加(P0.05),其中添加5%生物炭的处理总固体和挥发性固体产沼气效率最高;而添加nZVI的总固体和挥发性固体产气效率均降低。【结论】添加生物炭对鸡粪厌氧发酵有促进作用,在以250 g干鸡粪为发酵原料、发酵总体积700 mL、发酵温度(35±1)℃的条件下,当生物炭添加量为15.32 g时,累积沼气产量最高为21 844.75 mL;添加nZVI对鸡粪厌氧发酵产沼气无促进作用。     

翻堆频次对奶牛粪污异位发酵床中抗生素抗性基因及细菌群落的影响

为了探讨翻堆频次对异位发酵床动态堆肥过程中抗生素抗性基因（Antibiotic resistance genes,ARGs）、整合子基因（intI1）及细菌群落的影响,设置1 d翻堆1次（T1）和2 d翻堆1次（T2）2种条件,采取qPCR、16S rRNA技术研究了目标基因（tetG、tetW、sul1、sul2、blaTEM-1、ermQ和intI1）及细菌群落的动态变化,并分析ARGs与细菌群落及intI1的关系。结果表明：堆肥后T1和T2组目标基因总相对丰度较0 d时分别降低82.33%和80.46%,其中tetG、tetW、sul1、bla TEM-1、ermQ、intI1相对丰度分别降低16.70%、87.88%、54.60%、>99.99%、97.80%、59.33%和61.33%、99.46%、50.91%、99.29%、82.23%、99.92%。网络分析发现,Trichococcus、Aquabacterium和Clostridiaceae＿Clostridium等是ARGs和intI1的共同潜在宿主菌;冗余分析显示,细菌群落解释了ARGs变化的70.07%,...