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.     

鲜土豆藤与猪粪不同配比的高温厌氧发酵特性

为了资源化利用数量大而又随意浪费的鲜土豆藤,试验选择猪粪与之平衡C/N进行厌氧发酵。试验在55℃恒温,700 g物料,总固体质量分数8%的条件下,猪粪与鲜土豆藤以质量比1∶1,1∶2,1∶3进行厌氧发酵对比试验,试验结果用Spss进行统计学分析。结果表明,在粪藤比1∶2的条件下(T_2组)厌氧发酵效果最优,最大日产气量为715 mL,总产气量为7069 mL,TS产气量为126.23 mL·g^-1,最大甲烷体积分数为60.4%。T_2试验组总产气量与其他试验组均有显著性差异(p<0.05)。     

沼液添加量对干湿耦合厌氧发酵的影响研究

在TS浓度为20%、发酵温度为35℃的条件下,研究沼液添加量(TS比)为20%,30%和40%时,对干湿耦合厌氧发酵的影响。实验结果表明:沼液添加量对稻秆干式厌氧发酵的影响较大。在本实验条件下,当沼液添加量为40%时,沼气产量、沼气成分、TS和VS降解率等厌氧发酵的主要指标均优于20%和30%组。这说明,在本实验条件下,沼液添加量40%为较优的工艺控制参数。该研究可为干湿耦合厌氧发酵的实际工业应用提供理论依据。     

猪粪发酵沼液中植物激素及喹啉酮类成份分析

本研究通过液质联用、核磁共振等技术,首次定量分析了猪粪发酵沼液中植物激素和喹啉类成分.确定沼液中存在三大类植物激素:吲哚乙酸、赤霉素( GA4,GA19,GA53)、细胞分裂素iPR,含量分别为332 μg·L-1,0.857μg·L-1,1.47μg·L-1,0.271μg·L-1,0.00194 μg·L-1;同时,分析到沼液内存在喹啉酮类化合物,分别为8-羟基-3,4-二氢喹啉-2-酮和3,4-二氢喹啉-2-酮,在沼液中的含量为737.5 μg·L-1和177.5μg·L-1.激素类成分和喹啉类化合物的分离及分析检测,为解释沼液在农业生产中具有抗病促生机理奠定了理论基础.     

猪粪沼液对玉米产量及土壤理化性状的影响研究

为研究猪粪沼液施用对玉米产量品质及土壤理化性质的影响,选取规模化养殖场的猪粪沼液进行秋玉米种植试验。试验设置4个处理,每个处理3个重复,共12个小区,每个小区66.66 m²。对照组(CK组)施用100%化肥(50%基施+50%追施),试验组分别施用50%化肥基施+50%沼液追施(T1组),100%沼液基施(T2组),100%沼液追施(T3组)。试验结果表明：1)T1组玉米产量最高,达1159.34 kg·666.67 m^-2、亩产值2782.42元,经济效益明显,产量利润分别比对照高16.06%、385.08元;2)T1、T3与对照(CK)、T2相比,单果重、产量明显增加;3)施用沼液的玉米中均不含抗生素,不会影响玉米的食用品质安全;4)水旱轮作种植中,施用沼液土壤中的理化性状不会明显改变,也不会集累重量金属等有害物质。因此,施用50%化肥基施+50%沼液追施可以明显提高玉米产量产值和利润,而且不会对玉米抗生素含量和土壤理化性质产生明显影响。     

沼液回流比与有机负荷对秸秆厌氧发酵特性的影响

以混合秸秆为唯一原料,混合接种瘤胃液与污泥,在半连续固态进料反应器中研究不同回流比和有机负荷组合对甲烷产率、发酵特性的影响。结果表明,在6个阶段中,当有机负荷(OLR)为4 g/(L·d),回流比为1∶1时,甲烷平均产率达到了768 m L/(L·d);单位秸秆TS产甲烷量为202 m L/g,具有明显成本优势。当OLR升高到6 g/(L·d)时,VFA积累明显,丙酸质量浓度高达6.54 g/L,并且出现丁酸的积累;该阶段氨氮质量浓度明显升高,达到了632.51 mg/L。固渣中纤维素和半纤维素在第2阶段降解程度最高,降解率达到了88.81%,而水解酶活和产甲烷效率的变化相关。通过三维荧光光谱分析,发现沼液中类酪氨酸产物、辅酶F420及腐殖酸类有机物的变化受回流比和有机负荷的影响,能直接反映产甲烷和发酵特性,而且腐殖酸类物质的积累是产甲烷作用受到抑制的重要原因。因此,合适的回流比和有机负荷对秸秆沼气工程长期稳定运行尤为关键。     

接种物特性对牛粪高温厌氧发酵的影响

为了提高牛粪高温厌氧反应体系CODCr和BOD5去除率及产气速率,对混合污泥(V二沉污泥:V消化污泥=1:1)和单种污泥培养的接种物分别与14.7%的牛粪料液混合,进行了厌氧发酵特性的研究.探索了高温条件下接种物对牛粪厌氧发酵的影响.结果表明,在物料浓度一定的条件下,混合污泥培养的接种物厌氧体系的产气量高于单种污泥培养接种物的厌氧体系.该体系的CODCr和BOD5的去除率分别为70.6% 和61.9%,产气量达 330.4mL/gCODCr,而且厌氧发酵启动速度快,pH值变化范围小,产气过程平稳.     

杨木炭对东北黑土吸附猪粪沼液氮素特性的影响

为探究杨木炭对东北黑土吸附猪粪沼液氮素特性的影响,明晰其吸附机理,选取杨木炭和壤质、砂质两种黑土,以活性炭作为标准比较炭,系统研究活性炭、杨木炭的粒径及添加比例、初始质量浓度、振荡时间、温度对黑土吸附、解吸猪粪沼液中氨态氮、硝态氮特性的影响规律,并拟合等温吸附模型和吸附动力学模型。结果表明:黑土对猪粪沼液氮素的吸附能力随着活性炭和杨木炭粒径的减小、添加比例的增加而显著增加;当粒径为0. 25 mm、添加比例10%时,添加杨木炭的黑壤土和黑砂土的氨态氮、硝态氮的吸附量为224. 8、107 mg/kg和212. 4、104 mg/kg,比空白纯黑壤土和黑砂土提高388. 7%、296. 3%和453. 13%、333. 33%,比添加活性炭的黑壤土和黑砂土降低19. 71%、10. 08%和12. 38%、7. 14%,但添加杨木炭比添加活性炭对吸附平衡后沼液中氨态氮、硝态氮浓度变化影响的差异均不超过2. 5%;添加活性炭黑土、杨木炭黑土、空白纯黑土和纯炭对猪粪沼液中氨态氮的吸附过程为吸热反应,而对硝态氮的吸附过程为放热反应,且所有吸附过程均经历快速、缓慢、趋于平衡3个阶段,硝态氮快速吸附的时间更短; Freundlich、Langmuir模型和准二级模型均能较好描述其等温吸附过程和吸附动力学过程,Freundlich模型比Langmuir模型相对更优,吸附反应过程同时存在不均匀的多分子层表面物理吸附和均匀的单分子层化学吸附;添加活性炭、杨木炭黑土对沼液中氨态氮、硝态氮的吸附量越大,解吸率也越大,但解吸量远小于有效吸附量,添加杨木炭的黑壤土和黑砂土对氨态氮、硝态氮的有效吸附量比添加活性炭的黑壤土和黑砂土减少14. 57%、9. 19%和5. 34%、5. 74%。杨木炭在提高黑土对猪粪沼液氮素的吸附能力、减少猪粪沼液氮素损失方面的效果优良,可为杨木炭和猪粪沼液在东北黑土改良方面的深入研究提供理论依据。     

香蕉皮中温厌氧发酵产沼气性能研究

主要研究了以香蕉皮为原料在中温条件下批量厌氧发酵产沼气的可行性及性能,试验探究香蕉皮原料浓度和接种物浓度这两个因素在中温条件下对批量厌氧发酵产沼气的影响,分别记录产气情况,以及发酵完成后的pH值.结果表明,香蕉皮浓度3％和接种物浓度3％时,产气情况最好,加大接种物浓度会加重酸化,影响产气.     

沼液预处理对废弃花卉秸秆厌氧消化产沼气特性的影响

为探索不同沼液预处理时间对废弃花卉秸秆厌氧消化产沼气特性的影响,进一步确定花卉秸秆沼液预处理的最佳时间,文章以云南四大切花混合花卉秸秆为原料,用沼液分别预处理1天,3天,5天,7天后在30℃下进行了批量式恒温沼气发酵实验。结果表明:沼液预处理3天的产气总量最高(预处理5天次之),预处理5天的产气峰值最高,预处理5天的能最快提升沼气含量,且在处理时间内随着预处理时间增加,原料产气速率加快,发酵时间缩短。综合确定花卉秸秆沼液预处理的最佳处理时间为5天。     

沼液回流对牛粪厌氧发酵产气特性及其动力学的影响

在中温条件(37±1)℃下采用连续搅拌反应器(CSTR)研究了沼液长期回流对牛粪厌氧发酵过程中产气特性及其微生物动力学的影响,对不同有机负荷下发酵罐运行参数的动态变化进行了持续监测,并进行了相关的动力学分析。结果表明:在水力停留时间为40 d,有机负荷为3.0 g/(L·d)的条件下,将50%的沼液进行回流时,能够提高基质产甲烷率,促进厌氧发酵系统中微生物的合成代谢,但由于难降解物质累积,传质效果降低仍使得回流组日产气量及甲烷产量呈下降趋势,处理组的沼气容积日产气量从1.07 L/L逐渐降至0.83 L/L,降低了22.4%。沼液回流引起了p H值、NH+4-N、溶解性化学需氧量(SCOD)等指标的升高,但未达到抑制水平。回流导致牛粪厌氧发酵产气量下降的最主要因素可能是由于粘度从50 m Pa·s迅速升高至116 m Pa·s而引起的传热传质阻力变大。在以牛粪为原料的沼气工程应用沼液回流工艺时需要合理选择回流比例或在回流前对沼液进行适当的处理来保证工程的长期稳定运行。     

猪粪水热预处理和厌氧消化条件下的典型抗生素降解性能

畜禽养殖过程中排泄的粪污中残存大量抗生素给环境带来潜在风险。为进一步了解水热预处理和厌氧消化对畜禽粪污中典型抗生素降解变化特征,同时明晰抗生素与产甲烷性能的相关性,以猪粪为研究对象,考察了不同温度（70、90、120、150、170℃）水热预处理对3种抗生素（磺胺嘧啶、土霉素和恩诺沙星）的消减作用,研究了3种抗生素在中温厌氧消化过程中的降解规律及其对产甲烷性能的影响。结果表明,磺胺嘧啶和恩诺沙星在70℃水热处理条件下100%去除,而土霉素在90℃水热处理条件下100%去除;3种抗生素的去除率随着厌氧消化时间的延长而逐渐增加,恩诺沙星在厌氧消化5d基本达到100%的去除;土霉素在厌氧消化15d基本达到100%去除,而磺胺嘧啶在厌氧消化30d去除率达52.9%;厌氧消化过程中磺胺嘧啶的去除率随着起始浓度的增加而降低,低浓度组（SDZ-1、SDZ-2和SDZ-3）在前12d均能够完全降解,高浓度组SDZ-4和SDZ-5在厌氧消化36d后的去除率分别为65%和71%。此外,猪粪中磺胺嘧啶为5~150mg/kg范围内,未见对猪粪厌氧消化产甲烷性能产生负面影响作用,厌氧消化累积沼气和甲烷产量与磺胺嘧啶浓度呈负线性相关（R2=0.9546和R2=0.8654）。因此,水热预处理和厌氧消化对猪粪中磺胺嘧啶、土霉素和恩诺沙星具有明显的消减作用,可为后续水热预处理耦合厌氧消化处理含抗生素粪污的研究提供数据支撑。     

牛粪高温干式厌氧发酵产沼气性能试验

研究了牛粪原料高温(55℃)干式厌氧发酵过程中产气效果和物料参数的变化规律.结果表明:接种比例3:10、8 r/min连续搅拌条件下,物料TS(总固体)产气率为311 mL/g,甲烷平均体积分数为57.1％,平均容积产气率为2.73L/(L·d);容积产气率在第3天达到最高,为5.23 L/(L·d);反应初期挥发性脂肪酸迅速积累,1d后即达到峰值,随后迅速减少;在反应初期pH值略有下降,随后逐渐升高;氨氮质量浓度和总碱度则一直呈上升趋势.     

搅拌对牛粪干式厌氧发酵效果的影响

利用自制干式厌氧发酵罐,通过批次试验,研究了高温(55℃)条件下搅拌对牛粪干式厌氧发酵效果的影响.连续搅拌转速为8～32 r/min时,产气效果无明显差异.采用8 r/min间歇搅拌,所得到的甲烷产量比连续搅拌低约10％,但能大幅降低搅拌能耗,在于式厌氧发酵系统中更为适用.反应过程中,各组间发酵料液的pH值、挥发性有机酸浓度、总碱度和氨氮浓度无明显差异.     

沼液对基质培木耳菜硝酸盐和营养品质的影响

通过盆栽试验研究了沼液对基质培木耳菜生物学性状、产量、硝酸盐和营养品质的影响。结果表明：沼液不同处理对木耳菜株高和根重的影响不大，但对叶绿素有明显提高或降低作用。不同处理间木耳菜产量差异达显著水平，以处理3[1/2(硝态氮＋氨态氮＋1／2沼液）]产量最高。施用沼液降低木耳菜硝酸盐含量5.4%-67.4%（处理3降低最大），同时也使木耳菜可溶性糖和Vc含量降低。     

猪粪厌氧消化液两阶段闭式循环氨脱除工艺优化

针对氨吹脱工艺碱消耗量大、填料塔填料易结垢造成压降、塔板塔易夹带雾沫、漏液的技术缺陷和尾气氨吸收不完全的问题,设计了两阶段闭式循环氨脱除工艺,并利用研发的鼓泡反应器进行了猪粪厌氧消化液NH+4-N脱除的研究。利用响应面法优化气流量、投碱量、气液比与NH+4-N去除率的控制模型。研究表明:第1阶段吹脱厌氧消化液CO2,消化液p H值1 h可从8.03升高到8.86;第2阶段在气流量、投碱量和气液比分别为6 L/min、22.13 g和3 000时,NH+4-N去除率可达96.78%;两阶段闭式循环氨脱除工艺可用于未固液分离的猪粪厌氧消化液NH+4-N的脱除,鼓泡反应器可作为该工艺条件下的NH+4-N脱除装置。     

猪场沼液/稻草腐解液模拟原位柱淋洗修复铬污染土壤效果研究

实验室模拟原位柱淋洗工艺,以猪粪源沼液、腐解稻草中溶解性有机质(DOM)提取液为淋洗剂,探究其对铬污染土壤洗脱效果,优化了淋洗速度、淋洗液用量及淋洗方式等影响洗因子,并研究了土柱中残留铬浓度纵向分布和洗脱机制.结果表明:猪粪源沼液和腐解稻草中DOM提取液均为修复铬污染土壤的高效绿色淋洗剂,其中猪粪源沼液修复效果更佳.最...     

中温厌氧消化对猪、奶牛粪中腐殖质含量及结构的影响

为阐明畜禽粪便厌氧消化后腐殖质的特性,文章以猪粪和奶牛粪为研究对象,探讨了进料总固体(TS)为4%和8%条件下中温35℃±1℃厌氧消化后物料中腐殖质含量和结构的变化特征。结果表明,中温厌氧消化后猪粪和奶牛粪的总腐殖质(HS)和富里酸(FA)含量均显著(p<0.01)降低;胡敏酸(HA)含量在发酵猪粪中显著(p<0.01)降低,而在发酵奶牛粪中无显著性变化。基于傅里叶变换红外光谱(FTIR)结果发现,猪粪消化残留物中糖类占比增多,脂肪族、酚类、蛋白质化合物占比减少,而奶牛粪发酵后多糖类物质占比减少,脂肪族、脂质、酚类化合物占比增加。芳香族化合物仅在高浓度猪粪中温厌氧消化后有少量被分解。该研究为畜禽粪便消化残留物后续的合理利用及环境风险评估提供参考。     

牛粪和厨余废物不同混合比例下厌氧消化的试验研究

对不同比例的牛粪和厨余废物混合厌氧消化进行了试验研究。试验结果表明,牛粪和厨余废物的混合比例对于消化效果有显著影响。根据系统的稳定性、COD去除率和甲烷产率等进行综合考虑,确定牛粪和厨余废物中VS最佳比例为1∶1。在此比例下,其甲烷产率和COD去除率比牛粪单独消化时分别提高了76%和26.4%,去除COD的产气率为0.19L.g-1,VFA/TA比值为0.35,系统稳定性很好。当牛粪和厨余废物VS比例为1∶3和1∶6时,酸化相和甲烷相反应器中有丙酸抑制现象。本试验没有发现氨氮抑制,但是随着厨余废物比例增加,系统的稳定性变差。