NaOH处理玉米秸秆厌氧生物气化试验研究

提出通过NaOH化学处理以改善玉米秸秆的可生物消化性能、提高玉米秸秆厌氧消化产气量的方法。NaOH添加量为玉米秸秆干物质的8%。对未处理和经NaOH处理的玉米秸秆进行了厌氧消化对比试验研究,厌氧消化负荷率为35,50,65和80 g/L。分析并比较了两者在不同负荷率下的日产气量、累积产气量、单位TS和VS产气量等。结果显示,与未处理玉米秸相比,NaOH处理过的玉米秸的干物质消化率和产气量明显提高,在35,50,65,80 g/L负荷率下,产气量分别提高了13.1%,39.8%,48.3%和47.8%,单位TS、VS的产气率分别提高了13.1%～48.3%、23%～61.3%;两种玉米秸分别在35和65 g/L负荷率下获得了最高单位TS产气量。NaOH化学处理使玉米秸细胞壁结构和化学成分发生了明显的变化,分别有53.2%、46.9%和66.6%的木质素、纤维素和半纤维素被分解,其中1/2～2/3被转化成了易被厌氧菌利用的可溶性物质,这是产气量提高的主要原因之一。研究结果对提高玉米秸的产气效率、实现大规模应用具有重要指导意义。     

化学与生物预处理对玉米秸生物气产量影响的初步比较研究

为实现玉米秸的高效能源化转化，提出通过生物与化学预处理提高厌氧消化效率和生物气产量的新方法。研究了经白腐真菌Pleurotus florida生物处理和经氢氧化钠、氨水与尿素化学处理后，玉米秸主要成份木质素、纤维素、半纤维素、总氮和干物质等的变化规律，及其对生物气产量的影响。对经不同处理后的玉米秸进行了相应厌氧消化试验。结果显示，除尿素处理外，所有其它处理都可不同程度地提高玉米秸的产气量；其中，经氢氧化钠处理的获得了最高的产气量，与未处理和经生物处理的玉米秸相比，其产气量分别提高了78.3%和13.2%。由于化学处理方法简单、管理容易、处理时间短，并可获得较高的产气量，因此，在大规模应用时，推荐使用氢氧化钠作预处理（添加量为干物质质量的8%）。该研究结果为大幅提高玉米秸的产气量提供了一个新的有效的方法。     

低温产甲烷菌群对玉米秸秆低温厌氧消化的生物强化作用

为研究产甲烷菌群对秸秆低温厌氧消化的生物强化作用,将长期驯化的低温产甲烷菌群投加至秸秆厌氧消化体系中,对比不同添加剂量（3%、6%、9%、12%、15%和18%）对低温（20 ℃）批式厌氧消化性能的影响。对产甲烷性能、中间代谢产物进行统计学和动力学分析,评价生物强化效果,确定最佳剂量,结合微生物群落分析揭示生物强化作用机制,结果表明：生物强化可促进秸秆低温厌氧消化,提高甲烷率1.27～2.35倍,促进乙酸和丙酸的降解,避免酸抑制,相比对照组缩短厌氧消化时间（T80）12～19 d;动力学分析表明：生物强化可缩短厌氧消化的延滞期;统计学分析表明：强化甲烷产量的最佳剂量为12%,单位质量菌群强化甲烷产量的最佳剂量为6%;微生物群落分析显示生物强化促进低温厌氧消化的主要原因是提高了产甲烷菌Methanothrix 和Methanosarcina相对丰度。     

生物垃圾厌氧消化的强化机理探讨

综合分析了生物垃圾厌氧消化的各种强化技术与机理.由于传统化石燃料的枯竭和造成的生态环境问题,清洁再生能源的生物气体日益受到人们的青睐.但是,消化时间长,产气量较低,垃圾利用率不高等原因,导致生物垃圾厌氧发酵技术没有得到充分的开发与推广.研究认为,通过强化处理能够改善生物垃圾的物化性质,提高微生物对难降解有机物的分解能力,增加生物气产量,缩短水力停留时间,减轻后续处理的负担,优化垃圾厌氧消化过程.     

CaO预处理提高玉米秸秆厌氧消化产沼气性能

为探索CaO预处理方法对玉米秸秆厌氧消化产沼气的影响,采用了3种不同质量百分数的CaO分别在3种不同处理时间下对玉米秸秆进行预处理,并在中温条件下进行了厌氧消化试验。试验结果表明,经过CaO预处理后,玉米秸秆的组分被不同程度破坏,厌氧消化产沼气能力有较大提高,厌氧消化时间有所缩短。综合日产气量、累积产气量、厌氧消化时间等各项参数来看,以5%CaO预处理3d的处理效果最佳,与未经预处理的效果相比,累积产气量提高了136.85%,消化时间缩短了5d,总固体（TS）和挥发性固体（VS）去除率分别提高了21.72%和7.18%,综合效果要优于其他处理组,有效地提高了玉米秸秆厌氧消化的产气量和产气效率。     

秸秆厌氧消化产甲烷的研究进展

近年来,随着国际能源紧缺与环境污染的日趋严重,秸秆厌氧消化产甲烷技术再次成为国内外学者研究生物质固废处理的热点之一。农作物秸秆厌氧消化产甲烷为大量廉价易得的生物资源转化为可再生能源提供了一个新机会。通过厌氧消化,不仅改善农村生态环境质量,还产生了清洁能源沼气,真正实现变废为宝,对解决农村用能和种植业污染问题有重要意义,也是目前中国最有希望实现产业化的生物质能源之一。然而,由于秸秆的特殊物理化学结构,使得微生物与酶很难对其吸附、降解,并因此限制了秸秆厌氧消化的推广、应用。尽管在当前中国的鼓励政策下,许多秸秆沼气示范工程建成并投入生产,但实际运行中依旧有些问题亟待解决。该文根据国内外关于秸秆厌氧消化产甲烷技术的最新研究成果,基于厌氧消化原理和原料特性分析的基础上,分析了影响秸秆产甲烷的因素及不足,总结了产气优化的方法,展望了秸秆厌氧消化产甲烷的发展方向。该项研究结果对推广秸秆厌氧消化产甲烷、加快生物质固废的资源化成果转化具有积极的推动意义。     

泰乐菌素对常温型猪场污水厌氧消化系统的影响

兽药残留是影响厌氧消化系统功能的重要因素,因此该文采用了经猪体内代谢后含兽药猪粪和空白猪粪+兽药原形两种方法研究了泰乐菌素对猪场污水厌氧消化系统功能的影响,并比较分析了两种研究方法间的差异性。试验在有效容积为1 300 mL的模型厌氧消化系统中进行,恒温20℃,每种方法均设12.96和7.42 μg/g干猪粪的2个泰乐菌素加入浓度。结果表明,在厌氧消化系统中连续7 d加入泰乐菌素质量分数为12.96 μg/g和7.42 μg/g的猪粪时,未在厌氧消化系统中检测到泰乐菌素原形;加入泰乐菌素的试验组,加药期系统产甲烷量比空白对照组平均提高24.6%,而且 7.42 μg/g的试验组甲烷产生量显著高于12.96 μg/g的试验组,但不同研究方法间无显著差异;加入经过体内代谢后含泰乐菌素的猪粪的试验组系统中NH4+-N含量显著高于加入空白猪粪+泰乐菌素原形的试验组,但不同加入浓度间无显著差异;不同研究方法对系统沼液pH、TN、TP、COD、沼渣TN、有机质等指标没有显著影响。由此可知,在本试验条件下,泰乐菌素未对厌氧消化系统产生抑制作用,而且该文所用两种研究方法均可适用于泰乐菌素对厌氧消化系统影响的研究。     

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。     

基于文献计量的厌氧消化领域生物炭应用发展态势分析

厌氧消化作为低碳排放资源化技术之一仍面临甲烷产气量低、系统运行不稳定、难降解污染物残留等挑战,生物炭因其优良特性,在改善厌氧消化的应用中受到广泛关注。本研究利用CiteSpace软件对生物炭在厌氧消化领域中应用的研究动态进行文献计量分析,探讨该领域的研究现状、热点和发展态势。结果表明：2010-2022年,生物炭在厌氧消化领域中的应用研究发文量保持逐年增加的趋势,中国和美国是发文量最多的国家;针对不同生物炭的理化性质对其在厌氧消化中应用效果的影响、生物炭提高厌氧消化效率的机制及生物炭对厌氧消化中重金属、多环芳烃及抗性基因等污染物去除的研究逐渐成为热点;该领域的研究前沿包括量化生物炭在厌氧消化中不同机制的贡献,进一步开发修饰方法以提高厌氧消化过程中难降解污染物（重金属、多环芳烃、抗生素、抗性基因和微塑料等）的去除。     

玉米秸秆储存方式对其与牛粪混合厌氧消化特性的影响

农作物秸秆是沼气生产的主要原料,但因其季节性收获特点,必须妥善储存才能为沼气全年生产提供高质量原料。该研究以玉米秸秆为原料,探索了储存方式(风干或青贮)对其厌氧消化产沼气性能的影响。首先研究比较风干秸秆和青贮秸秆的化学成分和结构特性,然后分别考查两种秸秆与牛粪在不同总固体混合比(total solids mixing ratios,TMR)条件下的产气特性。结果表明,玉米秸秆青贮后的纤维素等可消化纤维组分保存良好,风干秸秆的可溶性糖和水分损失殆尽。扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)和X-衍射(X-ray differaction,XRD)结果显示,风干秸秆的木质纤维结构紧密,青贮秸秆表面则有很多裂缝和孔洞,木质纤维暴露,纤维素结晶度(0.42)低于风干秸秆(0.46)。厌氧消化结果表明,无论风干或青贮秸秆,当牛粪与秸秆TMR值为7∶3时,累积产气量、TS/VS产气量和TS/VS产甲烷量均高于其他4种比例,且青贮秸秆的产气性能优于风干秸秆。除1∶1比例外,其余TMR条件下青贮秸秆的累积甲烷产量均高于风干秸秆,当TMR值为7∶3时青贮秸秆的累积甲烷产量最高(1 816 mL)。秸秆青贮的储存方式不仅能良好保存化学组分和水分,还有利于提高沼气产量和品质,是适用于秸秆跨季节储存和预处理的一种可行方式。     

玉米秸秆固态和液态厌氧发酵产气性能与微生物种类比较研究

厌氧发酵产沼气是中国绿色农业发展过程处理农业废弃物的重要手段,该文以玉米秸秆为研究对象,开展液态、固态厌氧发酵产气性能、微生物系统多样性及演替规律的比较研究,得出如下结论:固态发酵总固体(TS)产气率及甲烷转化率略低于液态发酵,发酵结束后,前者沼液中N、P、C的含量要低于后者;乙酸是两发酵体系挥发性脂肪酸(VFAs)的主要组成,占总VFAs的70%以上。高通量测序结果发现,2个发酵系统中细菌主要以Bacteroidetes、Firmicutes、Proteobacteria、Cloacimonetes、Synergistetes及Verrucomicrobia为主,这6类菌群占总克隆数的80%以上。而Methanosaeta,Methanospirillum,Methanocorpusculum以及Methanoculleus是两系统优势古菌,并且随消化过程的进行,古菌群落呈现由乙酸型向氢营养型转变的趋势。发酵结束后,上述2类古菌在群落中的占比基本持平。对微生物多样性的聚类分析结果显示,在发酵第4天和第8天后,2个系统中细菌与古菌群落结构的差异逐渐明显。进一步分析表明,影响玉米秸秆液态发酵微生态结构的主要环境因子为乙酸,秸秆纤维素水解可能是制约物能转化率的关键过程;总磷(TP)是影响固态发酵系统微生态结构的关键环境因子,而如何增加产甲烷古菌的生物量是提高原料产气率的关键。该研究结果为调控玉米秸秆厌氧发酵过程、提高其生物降解效率提供了科学依据。     

华南地区稻秸常温干式厌氧发酵试验研究

该文将经过预处理后的稻秸,进行厌氧干式发酵,研究了稻秸发酵过程中的生物气产量、pH值、乙酸及甲烷含量的变化。结果表明,稻秸经过调节C/N和白腐菌预处理后,C/N从37.18降低到28.01,前45d的累积产气量约占总产气量的80.4%;发酵原料总固体产气率为0.457 m³/kg,与常规湿式厌氧发酵相比,不仅提高了池容效率,而且缩短了发酵周期,同时提高了单位原料产气率。发酵液的pH值稳定在6.8～7.5;当发酵前期甲烷含量长期处在较低水平时,可以通过再接种的方法提高甲烷含量。实验结果表明厌氧干发酵产沼气是一种技术上可行的农业废弃物资源化方式,该实验结果为稻秸的大规模生物气化提供重要的工艺设计依据。     

不同预处理条件对棉秆厌氧发酵产沼气的影响

为探索合理的预处理方法以实现棉秆的高效厌氧发酵,研究了高温处理、NaOH处理与生物处理3种预处理方式对棉秆厌氧发酵产沼气的影响。经预处理的棉秆以8%的总固体质量分数,在常温（(23±2)℃）下进行沼气发酵试验。结果表明,经NaOH及生物预处理,棉秆的木质纤维结构破坏较明显,而高温预处理对棉秆的表观结构影响不大。3种预处理均能有效缩短发酵启动时间,并不同程度提高棉秆产沼气的能力,作用大小依次为：NaOH处理＞高温预处理＞生物预处理。其中以质量分数为4%的 NaOH对棉秆（含水率为60%）处理10 d的效果最佳,发酵61 d后的总产气量可达31 022.5 mL,日均产气量为508.57 mL/d,总固体产气率、挥发性固体产气率分别为193.89、216.30 mL/g,要远高于其他处理及对照,有效地提高了棉秆厌氧发酵的效率。     

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。     

温度及总固体浓度对粪秆混合发酵产气特性的影响

为探索温度、发酵料液总固体浓度和产气量之间的关系,确定最佳发酵温度以及进料量,通过自行研究设计的可控性恒温发酵装置,以5℃为梯度在20～40℃温度范围内,设置以4%为梯度,质量分数为4%～20%的5个总固体浓度,以鸡粪和玉米秆2∶1（干物质量比）混合物为发酵原料,以常温厌氧发酵池的底物为接种物,进行批量厌氧消化试验,研究不同总固体浓度的发酵原料在不同温度下的厌氧发酵效果。结果显示,各总固体浓度发酵料液的产气速率均随着发酵温度的升高而加快;随总固体浓度增大,发酵料液产沼气的最适温度范围也随之扩大;各总固体浓度发酵料液的干物质产气率在5个温度的平均值依次为料液总固体质量分数8%＞20%＞16%＞12%＞4%;鸡粪和玉米秆2∶1混合原料厌氧发酵的理论最优总固体质量分数及发酵温度值分别为14.6%,32.8℃。可以看出,发酵料液浓度并不是越高越好,不同的温度有其最适的浓度或浓度范围。     

堆肥预处理温度控制促进麦秸厌氧发酵产沼气

为阐释温度在堆肥预处理影响秸秆厌氧发酵产沼气中的作用,以麦秸为原料,研究堆肥不同升温阶段麦秸的厌氧发酵产气特性,并以麦秸堆肥的温度数据为基础,以灭菌后的麦秸为原料进行模拟堆肥（不同温度处理）,模拟堆肥后的麦秸进行厌氧发酵产沼气。结果表明,在堆温升至55℃前,麦秸干物质（TS）损失率为4.06%,当堆温升至55℃后麦秸TS损失率迅速增加,堆肥10 d后麦秸TS损失率达22.45%;堆肥后麦秸厌氧发酵产气速率并无明显提高,TS产气量随堆肥时间先增加后降低,以堆温升至55℃时麦秸TS产气量最大,为349.92 mL/g,较开始堆肥增加了7.56%,扣除堆肥造成麦秸有机物损失,堆肥预处理对麦秸产气量并无明显促进;当堆温超过55℃以上9 d的麦秸产气量仅为开始堆肥的66.58%。模拟堆肥的结果表明,不同温度处理对麦秸有机物损失、物质组成均有较大影响,模拟堆肥后麦秸半纤维素大幅降低了28.10%,TS产气量随处理温度、处理时间的增加先增加后降低,当处理温度为55℃时获得最大TS产气量,为342.36 mL/g,较未处理提高了8.35%;随着处理温度的提高和处理时间的延长,麦秸TS产气量逐渐降低。以上结果表明,堆肥预处理产生的高温对破坏秸秆物质结构、提高其厌氧生物转化性能有较大影响,当秸秆堆体温度升至55℃时应停止堆肥,进行厌氧发酵产沼气。该文可为堆肥预处理在秸秆沼气工程中应用提供参考。