基于改进秸秆床发酵系统的厌氧发酵产沼气特性

为同时解决农业秸秆和分散式畜禽养殖废水的资源化问题,以打捆秸秆为固定相,以猪粪废水为流动相,构筑秸秆床厌氧反应器,并在反应器后部连接废水二级厌氧反应器,研究秸秆床发酵系统的产气特性及可行性。结果表明:秸秆床发酵系统可同时处理打捆秸秆和猪粪废水,且不影响各发酵原料的厌氧生物转化率,秸秆床发酵系统中秸秆干物质产气量为394.96 mL/g,略高于秸秆单独发酵(382.11 mL/g);秸秆床发酵系统产气稳定性大幅提高,避免了单一发酵原料日产气量波动较大的问题,对产气中平均甲烷体积分数影响明显,秸秆床发酵系统、纯猪粪废水和纯秸秆发酵产气中平均甲烷体积分数分别为57.40%、60.37%和47.32%;与各物料单独发酵相比,秸秆床发酵系统平均容积产气率大幅提高,纯秸秆和猪粪废水单独发酵容积产气率仅为秸秆床发酵系统的69.42%和66.94%;试验35 d后,秸秆机械强度和孔隙度明显降低,秸秆互相粘结导气性下降,造成秸秆上浮严重及进水短流,反应器出水化学需氧量浓度快速增加并稳定在较高浓度,故在秸秆床反应器后部必须连接废水二级厌氧反应器以进一步处理秸秆床反应器出水。综合以上结果,采用秸秆床发酵系统同时处理打捆秸秆和猪粪废水是可行的,但需解决发酵后期秸秆上浮、导向性下降和进水短流等问题。     

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。     

蔬菜废弃物厌氧发酵制取沼气的试验研究

该文以废弃的甘蓝菜叶为发酵原料,在实验室自行设计的小型沼气发酵装置上进行了厌氧发酵试验,通过测定发酵过程中发酵液和沼气的各项指标,对蔬菜废弃物厌氧发酵的可行性及接种物浓度对发酵过程的影响进行了研究.结果表明,蔬菜废弃物用厌氧发酵工艺处理是可行的;在试验采用的20%,30%,50%三个水平的接种物浓度中,接种物浓度为30%的实验组的挥发酸含量、氨态氮含量以及pH值都在正常范围内,总产气量和沼气中最高甲烷含量分别为7790.81 mL和42.814%,明显高于其他两组及空白组实验.该项研究对蔬菜废弃物的资源化利用提供了有益的参考.     

粪草比对干式厌氧发酵产沼气效果的影响

弄清粪草比对干式厌氧发酵产气效果的影响,对改进干式厌氧工程具有重要意义。该文按A、B、C、D设计了4组试验：A组为单独猪粪,B组为单独稻草,C组为猪粪与稻草质量比2︰1,D组为猪粪与稻草质量比1︰2。试验进行了62 d,反应温度设定为（35±1）℃,各组反应的TS（总固体）浓度均为30%。结果显示,产气曲线出现拐点的时间A组在第48 d,B组在第40 d,C组在第26d,D组在第25 d。C、D两组总产气量分别为15715 mL和13186 mL。而根据A、B两组单独原料产气量推算,C、D两组的产气潜力分别为15168 mL和13838 mL。实际测量值与计算值没有显著差别。调节粪草比可以从原料转化速率方面促进发酵效率,并不能提高原料的产气潜力。因此,粪草比改善的优势可能是改良原料结构和调节原料营养,而不是改善发酵原料的转化潜力。     

花生秧厌氧发酵产沼气试验

试验以花生秧为原料,采用厌氧发酵工艺,对其沼气发酵潜力进行研究,结果表明花生秧沼气发酵潜力达0.349m3/Kg。采用正交试验方法对花生秧沼气发酵的工艺参数优化配置进行了研究,结果表明发酵温度,发酵料液总固体浓度,pH值对其发酵结果均有不同程度影响,其中发酵温度和总固体浓度对沼气产量和甲烷产量的影响显著。最优的工艺条件为：发酵温度35℃,总固体浓度20%,pH=7.5,接种量1∶1。添加一定比例牛粪能明显提高产气速度。该文为规模化利用花生秧生产沼气提供了参考。     

香蕉秸秆与牲畜粪便固体联合厌氧发酵产沼气的特性

为了探讨香蕉秸秆与牲畜粪便的组合对固体厌氧发酵产沼气特性的影响,该文在20%的固体质量分数和中温(35±1)℃条件下,分别开展了不同质量分数的牛粪或猪粪与香蕉秸秆的联合厌氧发酵产气性能的比较研究。结果表明,与香蕉秸秆单独厌氧消化相比较,分别组合质量分数为75%的牛粪和猪粪,沼气累积产量可提高1.3～2.0倍。虽然组合猪粪或牛粪皆可改善底物厌氧消化产气性能,促进产气量的提高,但二者对改善底物的厌氧产气特性的影响不同,组合猪粪可以显著增强产气效率。对于猪粪与香蕉秸秆的组合底物,当猪粪的质量分数为50%时,甲烷产率和累积甲烷产量达到最高值,分别为191 mL/g和12.7 L,较牛粪与香蕉秸秆的组合底物分别提高了69%和92%。而沼气产率和累积沼气产量最高值出现在猪粪的质量分数为75%时,较牛粪与香蕉秸秆的组合底物分别提高了18%和32%,达到365 mL/g和23.9 L。此外,2种牲畜粪便的组合亦可显著增强底物中纤维素和半纤维素降解,它们的降解率相较于香蕉秸秆单独厌氧消化最高可提高1.2和3.6倍。该文研究结果可为香蕉秸秆和牲畜粪便固体厌氧产沼气工程提供参考。     

NaOH预处理花生壳厌氧发酵制取沼气的试验研究

为了探索花生壳厌氧发酵制取沼气的产气特性和潜力,利用NaOH在无流动水和常温的条件下,分别用质量分数为2%、4%、6%、8%的NaOH溶液对花生壳进行了碱性化学预处理,在中温（35±1）℃、总固TS质量分数为8%、pH为7.0～7.6条件下,利用自行设计的厌氧发酵实验装置进行批量厌氧消化试验,研究NaOH预处理对花生壳厌氧发酵过程中产气量、pH值和甲烷含量的影响规律。结果表明,4%NaOH预处理下的花生壳的总产气量为28083mL,比不使用NaOH和8%NaOH预处理的总产气量分别高48.91%和35.72%;甲烷含量最高超过60%,且平均甲烷含量高于不处理、2%和8%NaOH预处理;pH初期波动,13d后基本稳定在7.2左右。4%NaOH预处理下的TS产气率、VS产气率以及甲烷含量和不处理以及8%NaOH预处理下的差异性显著（P〈0.05）,和其他两组试验之间的差异不显著（P〉0.05）,表明4%NaOH预处理是较优的工艺条件。     

农村生活垃圾厌氧发酵产沼气潜力研究

旨在对农村有机生活垃圾厌氧发酵产沼气的潜力进行研究。对江苏省徐州市沛县大屯街道王庄村生活垃圾分类处置中心每月1次采集样品,并对一周年十二个月份的生活垃圾样品进行批式中温厌氧发酵产气潜力研究,考察农村生活垃圾作为发酵原料周年沼气产量和甲烷产量的变化,各月份试验组的累积沼气产气量范围为447～1 398 mL、累积甲烷产气量范围为215～865 mL。并用SPSS数据分析发现农村生活垃圾含水率、总磷TP、总钾TK、总氮TN、有机质、C/N、半纤维素、纤维素、木质素的含量均对产沼气潜力有影响,其中纤维素含量会对产沼气潜力有显著的正向影响关系,而TP会对产气潜力产生显著的负向影响关系,最后,该研究根据生活垃圾理化性质数据基础上建立了多元线性逐步回归最优方程,可根据农村有机生活垃圾的含水率、纤维素和木质素的含量预测其厌氧发酵产沼气潜力。     

鸡粪与玉米秸秆混合发酵沼气产量影响因子研究

为探索物料配比、发酵温度、初始发酵浓度与产气量之间的关系以及各因素的重要性,通过自行研究设计的可控性恒温发酵装置,以玉米秸秆和鸡粪混合物为原料,在20、25、30、35、40℃下按不同干物质配比及初始发酵浓度分别进行厌氧发酵,分析不同物料配比、发酵温度、初始发酵浓度对发酵过程中pH值、累积产气量和TS产气量的影响,并对影响沼气发酵的各因子进行重要性排序。结果表明,物料配比、初始发酵浓度和发酵温度是影响产气量的重要因子,鸡粪与玉米秸秆2∶1、初始发酵浓度为20%时沼气产量最大;发酵温度在35℃左右时,各处理均能达到最优发酵效果;各因子对沼气产量影响的重要性依次为温度〉初始发酵浓度〉配比。因此,适当调整发酵温度以及初始发酵浓度将会有效提高沼气发酵利用效率。     

小麦秸秆的氨化厌氧发酵工艺及影响因素研究

为了提高小麦秸秆的产气效率,利用4.5%的尿素对其进行氨化预处理,并将预处理后的秸秆进行厌氧发酵,分别研究了氨化时间对预处理效果的影响及在不同温度和原料组分配比下的氨化厌氧发酵过程。结果表明：氨化预处理20d后的秸秆COD溶出量与未添加预处理剂相比增加了95.43%,VS增加9.07%,在第15d时已达20d溶出总量的94.61%,采用扫描电镜（SEM）及视频光学接触角扫描仪（GBX）观察发现,氨化15d已可有效破坏秸秆的纤维结构,增加表面亲水性能;在预处理后的发酵实验中,中温发酵（35℃）显现出明显的产气优势,经40d厌氧发酵TS产气率可达193.8mL.g-1;当发酵原料组分配比为秸秆：牛粪：污泥=1：0.5：0.5（干物质质量比）时,其厌氧发酵的累积产气量最大,达6505mL。     

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。     

稻秸厌氧发酵产沼气预处理

秸秆厌氧发酵是一种有效的秸秆利用途径,秸秆预处理对发酵过程影响显著,为了探索合理的预处理方法,该文对秸秆预处理工艺进行了研究。以稻秸为原料,首先研究了不同浓度的Ca(OH)2溶液浸泡对秸秆有机物降解的影响,当采用9 g/L Ca(OH)2溶液时,5 d溶出化学需氧量（COD）可增加75.9%,说明碱处理能有效促进秸秆水解。但同时,碱处理容易导致厌氧系统酸化,在未调节pH值的情况下,碱处理的总产气量较对照组降低17.4%。然后通过二次正交旋转组合设计试验,研究了秸秆厌氧发酵预处理中秸秆粉碎粒度、C/N、堆沤时间3个因素的改变对产沼气量的影响。建立了沼气产量的二次多项式数学模型,得到了秸秆厌氧发酵预处理的优化工艺条件：秸秆粉碎粒度为4～6 mm,C/N为40,堆沤时间为8 d。表明预处理过程中秸秆无需过度粉碎,且预处理使得高C/N原料正常发酵,为利用秸秆等高C/N原料厌氧发酵提供了试验依据。     

麦秸与牛粪混合堆沤预处理厌氧干发酵产沼气中试试验

为阐释堆沤预处理对厌氧干发酵的影响,该文以小麦秸秆和牛粪为发酵原料,采用新型柔性顶膜车库式干发酵装置,在环境温度为26~35℃及发酵底物总固体质量分数为20%的条件下,研究麦秸与牛粪混合堆沤预处理后厌氧干发酵产气特性,分析了堆沤预处理以及厌氧发酵前后麦秸组分的变化。结果表明:堆沤预处理可以明显缩短厌氧干发酵的启动时间,提前工程运行中甲烷体积分数达到30%的产气收集要求时间,加快干发酵进程,进而间接加大了干发酵装置的处理能力,同时能使产气中甲烷体积分数提高10%以上,有效提升沼气品质。堆沤过程中虽有部分半纤维素被降解,损失了部分碳源,但堆沤后麦秸中纤维素的降解率提高了7%以上,累计产气量略有减少,但影响不大。     

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。     

NaOH预处理对水稻秸秆沼气发酵的影响

以水稻秸秆为原料,在试验室自行设计的小型沼气发酵装置上进行了厌氧发酵试验,研究不同质量百分数NaOH预处理对水稻秸秆沼气发酵的影响。结果表明,经过NaOH预处理后,水稻秸秆组分被破坏,其中半纤维素降解十分明显;产气量较对照组有明显增加,发酵时间有所缩短。其中NaOH质量百分数为6%的处理组产气率最高,为246.6 mL/g（干物质）,且甲烷体积分数最高达50%。综合来看,以NaOH质量百分数为6%的预处理效果最为理想。     

高寒地区两相厌氧户用沼气系统设计与试验

针对高寒地区农村户用沼气发酵周期过长、产气量少的状况,该文提出并设计了适用于高寒地区农村户用的两相厌氧发酵装置,通过确立合理的工艺方案,控制两相厌氧发酵中产酸相、料液温度和pH值、水力滞留时间等因素,探讨了在哈尔滨地区最寒冷季节,所设计的新型农村户用沼气发酵装置产气量与维持发酵罐体内料液温度所消耗沼气量之间的关系。结果表明:基于两相厌氧发酵的高寒地区高效户用沼气发酵装置最高产气率为1.35m3/(m3·d),是传统沼气池产气率(0.35m3/(m3·d))的4倍。冬季1月份日均结余4.08m3沼气量足以满足三口之家照明、炊事所需能源,实现高寒地区户用沼气全年正能输出,可以取代传统沼气池。该文研究成果为今后寒地户用沼气的发展提供技术支持和参考依据。     

秸秆厌氧发酵改性制备成型燃料试验

针对秸秆压缩成型存在设备磨损严重和厌氧发酵面临的抗生物降解屏障,提出了一种秸秆厌氧发酵改性制备成型燃料的思路并进行了试验研究。以玉米秸秆为原料,在总固体质量分数12%和中温38℃下对原料分别进行为期10和20 d的厌氧发酵,发酵后的沼渣经粉碎和干燥后于100℃、6 MPa条件下压缩成直径10 mm的颗粒燃料。试验结果表明：经过10和20 d的发酵,玉米秸秆所含能量仅有14.49%和32.01%转移到沼气中;沼渣弹筒发热量分别达到18.01和18.05 MJ/kg,高于原料的17.02 MJ/kg;沼渣挥发物质质量分数为74.08%和72.63%,比原料的81.02%分别下降了8.6%和10.4%;沼渣木质素质量分数为16.98%和17.92%,比原料的13.65%分别增加了24.4%和31.3%;沼渣苯醇抽提物质量分数为5.66%和4.86%,比原料的7.52%分别降低了24.7%和35.4%。成型试验结果表明：沼渣制成的成型燃料松弛密度分别为1.041 g/cm3和1.150 g/cm3,比未发酵秸秆的1.019 g/cm3分别提高了2.2%和12.86%。厌氧发酵改性有助于提高秸秆成型性能、制粒达到相同松弛密度所需的压力较小,有助于降低成型过程设备磨损,且基于上述思路形成的气固二元燃料生产工艺,使秸秆的转化利用不再受制于抗降解屏障,值得深入研究。