病死猪辅热好氧发酵尾气中的恶臭物质分析

为了明确病死猪辅热好氧发酵过程中产生的恶臭气体种类及其排放规律,为控制恶臭气体排放浓度、降低病死猪无害化处理过程对环境的污染提供基础依据,该研究以病死猪为发酵原料,以玉米秸秆为辅料,开展病死猪辅热好氧发酵试验,发酵过程中,采集处理槽排放的尾气,分析尾气中的有机恶臭物质组分并测定其排放浓度,同时测定其中的氨气浓度,并对不...     

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。     

添加复合菌剂好氧发酵牛粪生产生物肥料的工艺优化

以新鲜牛粪和稻壳粉为发酵原料,进行牛粪好氧发酵试验,探讨生物有机肥生产的最佳工艺条件。首先选择复合微生物菌剂接种量、原料含水率、C/N比、翻堆次数4个因素进行单因素试验研究,初步确定四个因素的最适范围,然后对四个因素进行正交优化试验,确定最佳发酵工艺参数。在一次发酵结束后,加入固氮细菌、解磷细菌和解钾细菌等有益微生物,通过测定二次发酵过程中有益微生物的变化情况,确定二次发酵终止时间。试验结果表明,一次发酵的最优工艺参数为原料含水率65%,C/N 30︰1,菌剂接种量3.5‰,翻堆次数4 d一次。在一次发酵15 d后加入固氮细菌、解磷细菌和解钾细菌等有益微生物,发酵6 d,三种菌的活菌数达到稳定,可终止发酵。在此工艺条件下,物料升温快,最高温度高,高温持续时间长,腐熟度高,发酵周期缩短,生物有机肥中活菌数达到5.2×109 cfu/g,发芽指数为96.8%。     

农村有机生活垃圾和秸秆快速好氧发酵技术参数研究

近年来,中国农村有机生活垃圾和农作物秸秆废弃资源引发的环境问题日益严重,在现有农业废弃物资源化利用技术中,好氧发酵堆肥技术由于运行成本低、操作简便成为农村有机生活垃圾和秸秆的首选处理技术.该文通过正交试验方法分析通风量、含水率和碳氮比3因素对快速好氧发酵效果的影响.结果表明:通风量是首要影响因素,其次是含水率和碳氮比;适宜的通风量参数为0.148～0.173 m3/d,含水率为60%,C/N为25:1.本研究将为开展北方寒冷地区冬季好氧发酵设施增温保温技术研究提供理论依据.     

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。     

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。     

蔬菜废弃物与畜禽粪便联合好氧发酵挥发性有机物排放特征

为研究蔬菜废弃物与畜禽粪便联合好氧发酵过程产生的挥发性有机物(volatile organic compound,VOCs)及主要致臭物质,开展了蔬菜废弃物与畜禽粪便联合好氧发酵试验,采用气相色谱-质谱法和三点比较式臭袋法分析了好氧发酵升温、高温和降温阶段产生的VOCs种类和浓度及臭气浓度。结果表明,蔬菜废弃物与畜禽粪便联合好氧发酵过程共检出34种VOCs,其中芳香烃类化合物11种、烷烃7种、含硫化合物4种、酮类4种、卤烃类化合物3种、醇类2种、酯类2种、醛类1种;发酵升温期臭气浓度最大,达72 443,而在降温期产生的VOCs种类最多为29;在联合好氧发酵过程中主要致臭物质为甲硫醚、二甲二硫醚、二硫化碳、NH3和H2S,羰基硫、乙醛和苯乙烯仅在高温期产生且浓度较高;根据嗅阈值比值大小与最大浓度,需重点监测和控制恶臭物质的顺序是二甲二硫醚H2SNH3甲硫醚。该研究结果为蔬菜废弃物与畜禽粪便联合好氧发酵过程中恶臭物质的监测和控制策略研究提供理论依据。     

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.     

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。     

柔性顶膜车库式干发酵装置运行参数优化

针对湿发酵工艺存在需水量大、沼液处理成本高、发酵原料单一、发酵浓度小、单位容积产气率低等不足,研究一种新型干法厌氧发酵工艺,并对干发酵工艺条件进行优化研究,旨在为干发酵沼气工程提供发酵原料最佳配比、沼液传质传热最佳效果、发酵原料最大降解率、单位容积产气率最高、沼气工程运行时间最短、成本最低等工艺参数,为当前国内干发酵沼气工程的健康、稳定运行提供一定的科学依据。该文应用设计的柔性顶膜车库式干发酵装置,以秸秆、牛粪混合物为发酵原料,进行了厌氧干发酵生产试验。研究了物料配比、发酵温度、沼液喷淋次数、发酵时间四因素对产气量和原料降解率的影响,通过L9(34)正交试验设计,对运行工艺进行优化,并与湿发酵方式进行了比较。结果表明:该装置的最佳运行工艺参数为:物料配比牛粪∶秸秆为4∶1、发酵温度35℃、沼液每天喷淋2次、发酵时间35 d。此时容积产气率为0.63m3/(m3·d)、CH4体积分数为65%、原料降解率为45%,容积产气率和原料降解率均高于湿法厌氧发酵方式。该厌氧发酵工艺克服了湿法厌氧发酵的不足,为厌氧干发酵规模化生产提供参考。     

立式连续干发酵装置的设计与产气特性

该研究设计的立式连续干发酵装置的几点特色包括搅拌升温调节罐、多点分布式进料、立式连续干发酵反应器和熟料回流混合过程,形成一种高固体浓度有机废弃物制取生物燃气的工艺方法及其发酵系统,可实现沼气工程的快速启动、厌氧发酵罐内无需搅拌、且节能,节水,减少沼液沼渣的排放量,保护环境,降低成本。采用上述设计的反应器进行发酵试验,研究熟料回流对产气特性的影响得出,应用回流的各组挥发性脂肪酸(volatile fatty acids,VFA)都有所降低,且回流比为1:7的VFA含量最低,氨氮没有累积,C/N接近25,产气效果最好。回流比1:9组,VFA含量累积最高,同时出现氨氮抑制产气的现象,所以得出熟料回流量过多,厌氧发酵系统就会受到抑制,且熟料回流对沼气中甲烷含量没有显著影响。     

棉籽粕固态发酵过程及其动力学模型构建

为了研究枯草芽孢杆菌Bs-1在工业化条件下发酵棉籽粕的过程,该文采用槽式发酵方式,测定了发酵过程中物料堆温、含水率、粗蛋白、酸溶性蛋白和游离棉酚质量分数;并采用Logistic方程建立芽孢杆菌Bs-1生长模型,在其与粗蛋白、酸溶性蛋白和游离棉酚质量分数相关性分析的基础上,构建了固态发酵动力学模型并进行了发酵成本分析。结果表明:棉籽粕槽式发酵过程中的温度和含水率均呈现一定的变化规律;粗蛋白质量分数、酸溶性蛋白质量分数分别较发酵前提高了9.28%和46.51%,游离棉酚质量分数降低了42.31%。Bs-1的生长与粗蛋白质量分数(R2=0.831)和酸溶性蛋白质量分数(R2=0.867)呈正相关,与游离棉酚质量分数(R2=0.976)呈负相关;建立了棉籽粕固态发酵动力学模型。分析表明,该模型计算值与试验值能较好吻合,且发酵成本低。表明该模型可应用于工业化生产,对实现发酵棉籽粕的产业化生产,具有较好的参考价值。     

汽爆玉米秸秆同步糖化发酵产乙醇的工艺优化

该文对同步糖化发酵玉米秸秆生产纤维乙醇的工艺条件进行了研究,分别利用单因素试验和正交试验考察了影响发酵的工艺条件。结果显示：温度37℃、pH值4.8、底物15%（质量分数）、表面活性剂Tween-20 0.15%（质量分数）、纤维素酶用量30 U/g、酵母用2%的葡萄糖溶液活化,接种量5‰（相对底物干质量）、培养基的组成：KH2PO4 2.5 g/L,(NH4)2SO4 2.0 g/L,MgSO4·7H2O 0.15 g/L,CaCl2 0.35 g/L、发酵时间60 h为同步糖化发酵（SSF）生产乙醇的最优工艺条件,该条件下乙醇的体积分数为2.85%,乙醇得率达理论值的88.12%。