鸡粪和餐厨垃圾中温厌氧发酵产甲烷特征及动力学

文章对鸡粪和餐厨垃圾中温厌氧发酵的产气特性和产甲烷动力学进行研究。鸡粪和餐厨垃圾按照混合比例(以VS计)为2∶1,1∶1和1∶2进行发酵,以鸡粪单独发酵和餐厨垃圾单独发酵为对照试验,底物浓度为15 gVS·L~(-1)。结果表明:鸡粪较少时(鸡粪与餐厨垃圾之比为0∶1,1∶2和1∶1)出现酸化,产甲烷的延迟期较长。甲烷产率和有机物去除率均随餐厨垃圾占比的增加而增大,餐厨垃圾单独发酵时最高,为254.4 mL·g~(-1)VS和54%。利用修正的Gompertz方程和一级动力学模型进行累积甲烷产量的动力学拟合,发现当鸡粪和餐厨垃圾的混合比例为2∶1时,获得最高的最大产甲烷速率3.65 mL·h~(-1)和转化速率常数0.4608 d~(-1),说明该混合比例下,产甲烷的代谢活性较高。     

餐厨垃圾厌氧发酵连续产氢产甲烷的试验研究

餐厨垃圾中有机物含量高,是理想的厌氧发酵底物。文章从接种菌来源和p H值角度,研究餐厨垃圾厌氧发酵连续产氢产甲烷的可行性,以期提高餐厨垃圾资源化利用率。结果表明,餐厨垃圾产氢阶段100℃处理30 min以沼渣和厌氧消化污泥为来源的接种菌,有利于氢气产生和提高产生气体中氢气浓度,且沼渣比污泥产气效果好,调节发酵p H值于4.5~5.5有利于氢气发酵。产氢残留物厌氧发酵产甲烷阶段,调节发酵p H值于7.0~7.5有利于沼气发酵。产氢阶段以沼渣为菌源的连续产甲烷阶段产生气体量及产生气体中甲烷浓度比以污泥为菌源的厌氧发酵效果好。     

牛粪添加量对餐厨垃圾厌氧消化的影响

文章以餐厨垃圾和牛粪为原料,在餐厨垃圾16 g VS·L~(-1)的条件下,添加牛粪调节原料中餐厨垃圾与牛粪VS质量比为3∶1,2∶1,1∶1,1∶2和1∶3进行混合发酵,研究牛粪添加量对餐厨垃圾厌氧消化过程和产气效果的影响。结果表明,单独厌氧消化时,餐厨垃圾沼气产率和甲烷产率均显著高于牛粪。混合发酵时,消化过程中pH值先下降后上升,随着牛粪添加比例的提高,pH值下降程度变小,恢复上升速度加快;甲烷产量显著上升,但甲烷产率显著下降。餐厨垃圾和牛粪混合消化的甲烷产量均高于对应质量餐厨垃圾和牛粪单独厌氧消化产量之和,当牛粪的添加比例为2∶1时,甲烷产量提高效果最显著,提高率达到52.4%。可见,添加牛粪与餐厨垃圾进行混合厌氧消化可以增强消化体系的稳定性,提高厌氧消化效率。     

提升中温和高温过渡区厌氧发酵效率的试验研究和工程验证

温度是影响微生物活动的关键因素,厌氧发酵通常采用中温或高温发酵,一般认为中温和高温之间存在“低速发酵”过渡区.文章通过试验研究及工程验证发现,餐厨垃圾浆料、牛粪、酒糟和黄贮玉米秸秆在过渡区的产气速率和产气量均明显优于中温或高温发酵,分析原因为中温和高温过渡区存在中温和高温甲烷菌群的叠加优势.     

不同来源接种物对不同原料产氢烷潜力的影响及微生物群落结构分析

接种物的特性关系到能否正常启动厌氧消化系统，是厌氧消化系统启动成败的关键所在。以牛粪(NF)、秸秆厌氧消化液(ZY)和餐厨干发酵物出料(CN)3种接种物为研究对象，研究了不同接种物对不同原料产氢烷潜力的影响及其微生物群落结构特性。结果表明：厨余-CN和玉米秸秆-NF组的最高产甲烷和产氢速率分别为42.4和26.5 mL·g^-1VS·d^-1。玉米秸秆-NF组的累积甲烷产量最高为80.9 mL·g^-1VS,分别比其它实验组累积产甲烷量高出18.1%～255.4%。玉米秸秆-NF组在产甲烷和产氢气方面均为最优，其次是厨余-CN组。Proteiniphilum(16.2%)、Turicibacter(12.6%)和Methanocorpusculum(80.5%)、Methanobrevibacter(18.6%)是NF接种物在属水平上的优势细菌和古菌。因此，不同微生物样本的微生物群落结构存在较大显著性差异，不同原料的产氢烷潜力均受不同接种物中的多种微生物种类和丰度的影响，牛粪接种物消化玉米秸秆原料的产氢产甲烷潜力最优。     

甘蔗叶添加对餐厨垃圾厌氧消化性能的影响

为研究餐厨垃圾各组分的厌氧消化性能,试验将餐厨垃圾分为果蔬类、主食类、肉类与混合餐厨分别进行厌氧发酵实验。结果表明,果蔬类餐厨产气最快,主食类餐厨产气峰值最大,混合餐厨累积产气量最大、产气性能最优;肉类、果蔬类、主食类和混合餐厨的单位干物质产气量分别为201.24,343.63,418.40和436.71 mL·g~(-1)TS。为提高餐厨垃圾的厌氧消化性能,解决我国南方大量甘蔗叶废弃、焚烧等引起的污染问题,文章以餐厨垃圾为主要发酵原料,研究添加甘蔗叶对餐厨垃圾中温厌氧发酵的产气特性,pH值,TS和VS去除率等参数的影响,寻求最佳的甘蔗叶添加量配比。结果表明,甘蔗叶添加后与餐厨垃圾发生协同作用,可以促进厌氧发酵,提高产气量,产气过程相对比较平稳;混合物料的累积产气量随甘蔗叶所占比例的降低而先升高后降低,当餐厨垃圾与甘蔗叶干物质比为4∶1时产气性能最佳,单位干物质产气量达到452.67 mL·g~(-1)TS,TS和VS去除率比纯餐厨垃圾分别提高了6.43%和11.98%。     

餐厨垃圾固相物料与厨余垃圾混合中温厌氧消化工程中试研究

试验采用有效容积为4 m^3的全混式反应器,在中温(35℃)的条件下,分别进行了单一餐厨垃圾固相物料(S1)、餐厨垃圾固相物料(S1)与厨余垃圾(S2)的混合物料(S3)(混合比为2∶1)厌氧消化工程中试。结果表明,单一餐厨垃圾固相物料(S1)厌氧消化最佳运行工况为进料有机负荷(OLR)为80 kg·d^-1,停留时间(HRT)为50 d;当OLR增至115 kg·d^-1时,其平均容积产气率由2.04 m^3·m^-3d^-1降至2.02 m^3·m^-3d^-1,气体甲烷含量由61.1%降至38.4%。混合物料(S3)日进料量由80 kg提升至120 kg时,平均容积产气率由2.11 m^3·m^-3d^-1升高至2.30 m^3·m^-3d^-1,甲烷含量亦由61.9%升高至63.8%。因此,将餐厨垃圾固相物料与厨余垃圾进行混合可以有效改善物料厌氧性能,其有机负荷以及甲烷产率均表现出明显优势。     

低强度水热法预处理玉米秸秆提高其厌氧消化产甲烷性能

为了提高玉米秸秆厌氧消化产甲烷性能,试验采用低强度水热法处理玉米秸秆,研究了预处理后玉米秸秆的性质变化以及产气性能。结果表明,低强度水热法能够有效提高玉米秸秆产气性能。在80℃,60%含水率和预处理24 h条件下,玉米秸秆产气量达到299.5 mL·g^-1VS,比对照组233.8 mL·g^-1VS提高了28.1%。在水热过程中添加秸秆干重的2%的NaOH后,50℃,60%含水率和预处理12 h条件下,玉米秸秆产气量达到444.1 mL·g^-1VS,比对照组提高了89.9%。因此,在水热预处理过程中添加NaOH能够有效提高玉米秸秆产气性能。     

猕猴桃皮中温发酵产沼气潜力的实验研究

文章以猕猴桃皮为原料,在恒温30℃的条件下进行批量式沼气发酵试验,实验设计对照组(120 mL接种物)和实验组(120 mL接种物+25.42 g猕猴桃皮)。实验结果表明:实验组沼气发酵时间为27 d,净产气量为2290 mL,计算得出猕猴桃皮的产气潜力分别为512 mL·g^-1TS,522 mL·g^-1VS,是一种较好的沼气发酵原料,为废弃猕猴桃皮的资源化利用提供了新的途径。     

混合原料厌氧发酵条件优化实验研究

文章以餐厨垃圾、牛粪和园林废弃物为发酵原料进行发酵,研究原料配比、接种比和温度单因素条件对混合原料厌氧发酵产甲烷的影响;利用正交实验,研究以上因素对混合原料发酵产气特性及甲烷产量的影响,实验以挥发性脂肪酸、氨氮浓度和辅酶F420为指标;借助SPSS软件对部分正交实验数据进行回归分析评价以测试验值并预测在发酵过程中未测量天数的值。结论如下:正交实验结果分析显示影响因子主次顺序为:混合原料TS之比预处理氨水浓度(%)温度(℃)接种率(%)。混合原料厌氧发酵产沼气最优化条件组合是:混合原料(T餐厨垃圾∶T牛粪=2∶1)和园林垃圾TS之比3∶1+预处理氨水浓度2%+温度45℃+接种率20%。对实验组Z4和Z5沼气日产气量回归分析显示,三次函数的R2统计量值分别为0.933和0.916,回归性较好,并且通过回归方程y1和y2可以预测未检测的实验值。     

高温厌氧消化处理餐厨垃圾试验研究

以食堂餐厨垃圾为原料,经分拣及粉碎预处理,按一定比例投入50 L厌氧反应器。利用大型秸秆沼气中温厌氧反应器内沼液作为接种菌种,控制厌氧消化温度在55℃±0.5℃,连续监测系统pH值,沼气产量及沼气成分,进行餐厨垃圾的产气性能及规律评价试验。研究结果表明:采用中温沼液作为菌种经缓慢升温驯化,经30天连续厌氧试验,每吨含水率16.7%的餐厨垃圾可降解产生107~111 m3沼气,沼气中甲烷含量约53%,硫化氢含量低于150 mg·m-3。餐厨垃圾厌氧消化初期酸化迅速,设计及调试过程中应控制进料有机负荷。     

餐厨垃圾与堆肥预处理的玉米秸秆混合厌氧发酵

试验采用经堆肥处理过的玉米秸秆与餐厨垃圾混合厌氧发酵来提升厌氧发酵系统的稳定性。结果表明:经Modified Gompertz模型拟合,餐厨垃圾与堆肥预处理的玉米秸秆以8∶2配比有最高的甲烷产气速率49 mL·g~(-1)VSd~(-1)(甲烷积累量543 mL·g~(-1)VS)。对发酵结束时氨氮和游离氨氮浓度的分析结果显示,餐厨垃圾与玉米秸秆或经过堆肥预处理的玉米秸秆混合发酵均能降低发酵体系中的氨氮和游离氨氮浓度。对发酵过程中pH值和CO_2/CH_4进行分析显示,玉米秸秆经堆肥预处理可以使厌氧发酵系统更稳定。     

猪皮、猪瘦肉和猪脂肪厌氧消化产气潜力的实验研究

文章为探究猪肉的资源化利用潜力,对新鲜购买的猪肉进行厌氧消化实验,分别以猪皮、猪瘦肉和猪脂肪为实验原料,实验温度为30℃,采用批量式发酵工艺,进行发酵产沼气实验。整个实验分别历时76 d,113 d和83 d,总产气量分别为13660 mL,18850 mL和14780mL,平均甲烷含量分别为64%,66%和63%,产沼气潜力分别为1139 mL·g^-1TS,1571 mL·g^-1TS和1231 mL·g^-1TS或1159 mL·g^-1VS,1687 mL·g^-1VS和1257 mL·g^-1VS。结果表明厌氧工艺可以很好地实现病死猪肉的资源化利用。     

甘蔗物料与餐厨垃圾协同厌氧发酵及工程参数分析

以单一甘蔗物料、餐厨垃圾和两者混合物料开展厌氧发酵试验,验证混合原料协同厌氧发酵生产生物沼气的良好性能,并对混合物料的工程运行参数进行分析.结果表明,餐厨垃圾与甘蔗物料的协同作用,提升了甘蔗物料的日产气量,减缓了餐厨垃圾单一物料日产气量的波动.混合物料的产气峰值较餐厨垃圾提前4 d,物料产气率和TS产气率分别为140....     

温度对蔬菜废弃物沼气发酵产气特性的影

运用实验室自行设计的小型沼气发酵装置,以废弃的甘蓝菜叶作为发酵原料,研究了温度对蔬菜废弃物沼气发酵产气特性的影响.结果表明,中温条件((35±1)℃)试验组的挥发酸质量浓度、氨态氮质量浓度以及pH值都在正常范围内,且优于高温((55±1)℃)和室温发酵试验组,可保证系统的顺利运行.产气特性研究表明:中温条件的总产气量比高温条件总产气量高42.5%,最高甲烷含量比高温条件和室温条件下分别高7.6%和19.1%.因此,中温条件适于蔬菜废弃物厌氧发酵产气.     

不同固体浓度青贮玉米秸秆与牛粪混合发酵产沼气性能研究

为考察青贮秸秆与牛粪的混合厌氧发酵条件,文章研究了3种不同总固体浓度(10%,12%和14%)对二者中温发酵产沼气性能的影响,并用修正Gompertz模型对其产气过程进行动力学拟合。结果表明,总固体浓度为12%时的沼气产量和品质均高于另外2种固体浓度,该条件下的发酵液p H值,VFAs,COD和NH+4-N浓度变化有利于沼气发酵。用修正Gompertz模型能很好地拟合累积产甲烷量随时间的变化,拟合得到3个试验组的最大产甲烷速率分别为211.12,345.31和210.93 m L·d-1。说明TS 12%时的青贮玉米秸秆与牛粪混合发酵产沼气效果最佳。     

进料负荷对中试规模餐厨和果蔬混合厌氧消化的影响

餐厨和果蔬垃圾作为城市生活垃圾的主体,产量巨大,其高含水率的特点给传统的垃圾处理方法带来极大压力。中试规模下将餐厨和果蔬垃圾按质量比8∶5混合后进行两相厌氧消化研究。在产甲烷相有机负荷为1,2,3 kgVS·m-3d-1时,系统pH值始终维持在7.0~7.3之间,产气性能良好,负荷产气量和VS去除率分别为0.97,0.78,0.72 m3·kg-1VS和84%,87%,83%。当产甲烷相负荷升至4 kgVS·m-3d-1时,由于进入产甲烷相的有机酸含量迅速增加,造成了有机酸的积累,pH值降至6.8以下,系统产气性能受到抑制,负荷产气量和VS去除率分别降至0.51 m3·kg-1VS和76%。研究发现:中试规模下,餐厨和果蔬混合厌氧消化在低负荷下可有效避免有机酸的积累,得到较高的沼气产量;高负荷下系统稳定性被破坏,导致沼气产量大幅降低。     

微量元素对餐厨垃圾厌氧发酵的影响实验

针对餐厨垃圾厌氧发酵效率和稳定性较低的问题,采用CSTR反应器在中温（37±1）℃下探究了微量元素Fe、Co、Ni、Se、Mo、W对餐厨垃圾厌氧发酵的影响。结果表明当水力停留时间为40d,有机负荷为3g/(L·d)时,添加微量元素溶液的处理组和未添加微量元素溶液的对照组的平均甲烷日产量分别为7.1、6.7L/d,两者的甲烷体积分数分别为62.7%和61.6%;当有机负荷为4g/(L·d)时,对照组甲烷体积分数下降为19.5%,而处理组稳定在60%左右,且对照组的pH值由7.35下降为5.24,厌氧发酵失败,而处理组的pH值保持在7.2左右,厌氧发酵仍能稳定运行。实验结果表明,微量元素能够在一定程度上提高餐厨垃圾厌氧发酵的产甲烷效率和稳定性。     

牛粪高浓度批次厌氧发酵试验研究

在试验室条件下,对牛粪高浓度批次厌氧发酵进行试验研究,考察发酵温度、干物质含量和接种率对牛粪高浓度厌氧发酵效果影响。试验结果表明:牛粪高浓度厌氧发酵在工艺上是可行的;高温55℃厌氧发酵较中温35℃厌氧发酵产气快,发酵周期短,但能耗高,二者总累计产气量相近;高温厌氧发酵第15d累积产气量基本都达到了总产气量的95%以上;接种充分和发酵条件适宜条件下,干物质含量TS对累计干物质产气率影响较小,高浓度厌氧发酵可以有效提高反应器效率,且节水节能;随着接种率增大,高温高浓度厌氧发酵启动越迅速,平均日产气量越高,产气速度越快;接种率为30%时,第15d累计产气量为5 113mL,相当总产气量97%。     

不同恒温条件厌氧发酵的沼气成分研究

为了研究发酵温度对厌氧发酵产沼气的成分影响,在4个11.5 L的发酵罐中进行了恒温19℃,30℃,37℃和52℃的鲜牛粪厌氧发酵实验,并用沼气分析仪实时测量了沼气成分。实验结果表明,37℃恒温厌氧发酵的产气量和产甲烷量为最大,其发酵周期为22天,在发酵周期内干物质产气率为0.31 m3.kg-1,池容产气率为0.76 m3.m-3d-1,平均甲烷含量为53.59%;19℃厌氧发酵的产气量和产甲烷量都为最小。