秸秆湿贮存过程添加剂协同调控对甲烷产量的影响

以干黄玉米秸秆为原料,研究可溶性糖(葡萄糖)及其与同型乳酸菌、异型乳酸菌、乙酸协同添加对原料湿贮存过程中品质及甲烷产量的影响。结果表明:单一葡萄糖添加组,贮存30 d,干物质损失率为4.7%,以乳杆菌属、片球菌属、肠球菌多种乳酸菌主导,乳酸与乙酸含量(干基质量比)分别为36 g/kg和5 g/kg,秸秆产甲烷潜力比空白组提高6.8%;葡萄糖植物乳杆菌协同(同型发酵)组,贮存30 d,干物质损失率为4.6%,乳酸含量升高至62 g/kg;葡萄糖短乳杆菌协同(异型发酵)组,贮存30 d,干物质损失率为5.5%,乳酸与乙酸含量分别达到44 g/kg和12 g/kg;两类乳酸菌的协同添加均未对产气潜力产生进一步促进作用;葡萄糖乙酸协同组,贮存30 d,干物质损失率为3.6%,乳酸与乙酸含量分别升高至75 g/kg和20 g/kg,异型乳酸发酵魏斯氏菌属丰度升高至16.87%,有效抑制肠杆菌属(腐败菌)生长,秸秆产甲烷潜力提高8.7%。综合分析本试验结果,当原料可溶性糖含量不足时,外源糖的补充是保证原料高效贮存及产气的关键,协同乙酸添加可强化以魏斯氏菌属为主导的异型发酵过程抑制腐败菌生长,强化贮存过程的稳定性。     

芦竹青贮特性及其对厌氧消化性能的影响研究

青贮是一种传统的青绿饲料作物贮存方法,逐渐地被应用于沼气化原料的贮存。以能源作物芦竹为原料,探讨两个不同时间收获（早收、晚收）芦竹在未添加尿素和尿素辅助青贮90d过程中的化学组分变化及其后续厌氧消化产甲烷性能。结果表明：早收芦竹中水溶性碳水化合物（WSC）质量分数为2.80%（干基）,青贮干物质（DM）损失率为8%,而尿素辅助使青贮DM损失降低了28.0%,木质素降解率提高了101.3%,且后续厌氧消化累积甲烷产量提高了25.6%;晚收芦竹中WSC质量分数为4.94%（干基）,青贮与尿素辅助青贮的DM损失率均保持在1%左右,但尿素辅助使青贮90d过程中乳酸累积产量增加了237.5%,木质素降解率提高了43.8%,厌氧消化累积甲烷产量提高了17.4%。因此,早收芦竹WSC含量低而不利于青贮,尿素辅助能有效降低芦竹青贮DM损失和提高后续产甲烷性能。     

CO_2气调贮存秸秆及对厌氧发酵产沼气性能的影响研究

厌氧发酵产沼气是秸秆利用的主要途径之一,而秸秆的有效贮存是保障秸秆沼气工程周年稳定运行的关键。该研究以麦秸为试验材料,研究了含水率为75%的麦秸,在氧分压分别为21%(未气调),17%,13%条件下贮存30天的性状变化,通过中温厌氧发酵试验探索贮存后麦秸的发酵潜力。结果表明,未气调的麦秸贮存30天后,干物质损失率为36.73%;而进行气调的处理组,氧分压分别为17%,13%,其干物质损失分别为12.56%和11.00%,分别较对照组降低了24.17%和25.73%;未气调贮存的麦秸TS产气量分别为66.25±0.53 mL·g^-1TS,氧分压为13%的麦秸TS产气量(191.93±1.54 mL·g^-1TS)比氧分压为17%的麦秸TS产气量(171.43±1.22 mL·g^-1TS)提高了11.9%。结果表明:气调作为麦秸贮存与预处理方法,在技术上是可行的,可以确保沼气工程周年稳定运行的原料供应。     

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。     

不同压缩比和青贮时间下玉米秸秆厌氧发酵性能研究

青贮是保障秸秆长期贮存和可持续供应的重要方式,秸秆压缩后青贮更便于贮存和运输。选用玉米秸秆为原料,采用不同时间、不同压缩比进行青贮,分析了相应的玉米秸秆成分变化,并对压缩青贮后秸秆进行了厌氧发酵产气特性实验。结果表明:玉米秸秆在长期青贮时,采取高密度贮存可有效减少干物质损失,青贮300 d时,未压缩组的总固体(TS)回收率为26.5%,1∶6压缩组的TS回收率为51.0%,较未压缩组提高了92.5%。延长青贮时间会显著降低玉米秸秆沼气产量,青贮40 d时,未压缩组的累计产气量为23.2 m L/g,而1∶6压缩组为282.9 m L/g;青贮300 d时,未压缩组产气潜力丧失,1∶6压缩组累计产气量达200.3 m L/g,说明采用高压缩比对保持青贮秸秆的产沼气性能更为有利。     

二相UASB工艺微生物生态学的研究

采用Hungate严格厌氧操作技术,以人工葡萄糖配水为基质,对二相UASB,工艺的微生物生态学特性进行了初步研究。产酸相中,发酵细菌占优势,达10~7个/ml,比产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌高2～3个数量级。产甲烷相中,发酵细菌,产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌含量相差不大(约10~8个/ml),因此,产甲烷相的建立依赖于三大类微生物类群的良好代谢平衡。与对照的单相UASB反应器相比,二相UASB工艺的产甲烷相反应器产氢产乙酸细菌量较高,发酵细菌量较低,产甲烷细菌量则非常接近。这种细菌生态分布的差异,可能是导致反应器运行稳定性不同的原因之一。     

微量元素制剂提高厌氧产甲烷活性的研究

文章针对北京郊区4座农业沼气工程原料(鸡粪、牛粪、猪粪和玉米秸秆)和厌氧污泥中微量元素质量浓度不足的问题,制定了微量元素制剂,并从原料产气动力学和厌氧污泥产甲烷活性两个方面评估添加微量元素制剂对沼气工程发酵效率的影响。研究表明:向原料中添加微量元素制剂后,鸡粪、牛粪和猪粪的甲烷产率分别提高了11.2%,24.3%和10.4%。采用一级动力学模型和两阶段模型对各原料甲烷发酵产气动力学进行拟合。一级动力学拟合结果显示添加微量元素制剂后玉米秸秆由一阶段产气(K为0.12 d-1)变为二阶段产气,K1和K2分别为0.18和0.08 d-1,产气速率明显提高。二阶段模型拟合结果表明添加微量元素制剂可以提高牛粪和玉米秸秆的产甲烷速率。向厌氧污泥中添加微量元素制剂后,鸡粪、猪粪和玉米秸秆沼气工程厌氧污泥的比产甲烷活性均有提高,玉米秸秆沼气工程厌氧污泥活性提高效果最明显,为8.6%。因此,添加微量元素制剂总体上可以提高原料的甲烷产率,增强厌氧污泥的产甲烷活性。     

湿贮存对玉米秸秆厌氧消化性能的影响

文章以华北地区和东北地区的玉米秸秆为原料,经前期原料特性分析及沼气发酵潜力的对比研究,分别进行实验室规模和工业规模湿贮存试验,研究湿贮存对原料产气潜力的影响并通过修正Gompertz模型进行动力学分析。研究结果表明,湿贮存可明显提高玉米秸秆厌氧发酵日均产甲烷峰值和甲烷含量。两个地区的玉米秸秆的沼气累积净产量分别为395 m L·g-1VS和396 m L·g-1VS,经过湿贮存60天的玉米秸秆品质较佳,沼气累积净产量分别提高7.5%和14.7%;在青贮壕内湿贮存365天的玉米秸秆品质明显降低,沼气累积净产量降低了23%。采用修正Gompertz方程能够较好模拟湿贮存前后玉米秸秆厌氧消化性能。因此玉米秸秆的高效湿贮存是其沼气工程高效稳定运行的前提。     

猪粪麦秆不同比例混合厌氧发酵特性试验

以猪粪、麦秆为原料,研究了35℃下二者按不同比例混合对厌氧消化产沼气的影响,分析了消化过程中日产气量、累积产气量、甲烷含量、原料去除率、pH值以及氨态氮质量浓度的变化。结果表明,猪粪与麦秆配比（干物质量比）1∶1时产气量最大,为383.0mL/g,是麦秆单独发酵产气量（231.8mL/g）的1.6倍;混合原料（猪粪和麦秆配比分别为1∶1、2∶1、3∶1）的VS去除率均在37%以上,比麦秆提高12.0%～26.9%;添加猪粪可提高发酵液中氨态氮含量,较麦秆提高35.6%～64.8%。因此,合理调控粪秆混合厌氧发酵的比例,能提高秸秆的产气率和利用率。     

秸秆水解液还原糖组分特征及产甲烷特性

为认识预处理方式对秸秆水解液中还原糖组分特征和产甲烷特性的影响,对稻秸分别进行酸、碱预处理：在HCl质量分数较高（9%和7%）时,所得还原糖中木糖所占比例大;在Ca(OH)2质量浓度（2 g/L和4 g/L）较低时,前48 h葡萄糖比例较高。以配水实验研究不同比例的葡萄糖和木糖混合液的产甲烷特性,混合物中葡萄糖摩尔分数对产气特性影响显著,随葡萄糖摩尔分数的增加,产气速率增加,葡萄糖摩尔分数100%时对应最低的产气率191.75 mL/g,25%实验组获得最高产气率633.14 mL/g和最高能量转换效率26.40%,纯木糖发酵存在一定的初期产气迟滞。     

玉米秸秆的青贮与利用

用青贮的方法，将秋收后尚保持部分青绿的玉米秸秆较长期地保存下来，既可很好地保留秸秆中的养分，又能缓解冬春季节饲草不足的困难，是发展草食家畜的根本保证。该法与传统的晒制干秸法相比，其营养物质损失率由３０％～５０％下降到１０％，而且比堆垛保存同量干秸可节省５０％的占地面积。与现有的秸秆氨化、微贮相比，青贮操作法不添加任何化合物或微生态添加剂，方法简便，可操作性强，易在农村特别是偏僻山区推广应用。１．操作原理制作青贮秸秆的原理是利用乳酸菌的繁殖和发酵后所产生的乳酸作为防腐剂，以抑制腐败菌和霉菌的活动，…     

接种量对农牧业混合原料干发酵产气性能的影响

为了更高效、环境友好化地利用甘肃省玉米秸秆和甘蓝尾菜等生物质资源,文章研究接种量对混合原料干发酵过程产气性能与启动速度的影响。试验在中温(37℃±1℃)TS为20%条件下,不同数量接种污泥与牛粪玉米秸秆或牛粪甘蓝菜叶混合后的干发酵过程,监测了接种量分别为20%,30%,40%时pH值、氨氮含量、日产气量、甲烷含量、累计产气量和累计产甲烷量等参数变化。结果表明:当接种污泥与牛粪玉米秸秆混合时,接种量40%的混合原料干发酵累计产气量最高,为207.46 L,平均甲烷含量52.2%,日最高产气量为11.76 L,日平均容积产气率为1.09 L·L^-1;当接种污泥与牛粪甘蓝叶混合时,接种量为30%的混合原料干发酵累计产气量最高,为159.96 L,平均甲烷含量47.8%,日最高产气量为8.90 L,日平均容积产气率为0.84 L·L^-1;除20%接种量与牛粪玉米秸秆混合试验组第3天才开始产气外,其余干发酵均在第1天就开始产气;由于接种污泥的缓冲作用,所有厌氧干发酵过程中氨氮含量一直低于1500 mg·L^-1,没有发生厌氧反应被抑制的现象。混合原料恒温干发酵可以实现生物质资源更合理的应用。     

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。     

基于TRIZ理论的秸秆好氧-厌氧联合发酵特性研究

应用TRIZ理论设计秸秆好氧-厌氧联合发酵工艺,并研究不同供气方式及加入菌剂对其发酵特性的影响。结果表明:经过好氧发酵后,各组的木质纤维素降解率均有不同程度的提高,曝气混菌组的木质纤维素降解率最高,半纤维素、纤维素和木质素的降解率分别为46.3%、40.4%和8.2%。利用修正的Gompertz方程和一级反应方程对累积产甲烷量的拟合结果较好,R2均大于0.97,曝气混菌组累积产甲烷量的试验值可达294.38 m L/g,利用两个方程拟合数值分别为279.58 m L/g和320.11 m L/g,而经巴斯维尔公式计算得到的理论产甲烷量为424.7 m L/g,曝气混菌组的试验值仅为理论产甲烷量的69%左右,仍有31%左右的物质没有被降解,因此巴斯维尔公式对惰性物质含量较高的物质理论计算结果偏高。好氧敞口组、曝气木酶组、曝气黑曲霉组、曝气混菌组及搅拌混菌组总挥发性固体降解率分别比直接厌氧发酵组高15.99%、35.47%、37.99%、54.68%和40.92%,曝气供氧方式的效果优于搅拌供氧,曝气供氧方式下添加混菌的效果优于添加单一菌种。     

氮源类型与配比对柠条粉基质化发酵品质的影响

采用随机区组设计,以柠条粉为主要原料,干燥鸡粪、油饼和尿素为氮源,纤维素降解菌为接种外源微生物,进行了氮源类型及配比对柠条粉基质化发酵过程中发酵性能参数的影响试验。结果表明,氮源类型及配比对柠条粉基质化发酵堆体的腐熟速度和腐解产物产生显著的影响,以75%有机肥+25%化肥和50%有机肥+50%化肥处理的柠条粉堆体的升温速度快,高温持续时间较长(高于50℃,分别达到10 d和9 d,高于55℃,均达到6 d),积温较高,缩短了柠条粉腐熟的时间;至堆体结束后,总有机碳质量比分别为355.54 g/kg和359.86 g/kg,总氮质量比分别为22.36 g/kg和0.385 g/kg,硝态氮质量比分别为22.21 g/kg和0.337 g/kg,铵态氮质量比分别为0.049 g/kg和0.051 g/kg,碳氮比分别为14.69%和14.35%,纤维素和半纤维素降解率均在44%以上,木质素降解率在37%以上,腐殖酸质量分数分别达37.12%和37.08%,加速了柠条粉有机质的分解和纤维素的降解,提高了堆肥腐熟进程中的总氮和硝态氮含量,有效控制了氮素的损耗,保证了柠条粉腐熟后的肥力;腐熟后的各项理化指标均符合理想基质的要求,且基质的浸提液均不会对种子产生毒害作用。但考虑到保护作物根系生长、固定植株、同外界气体交换功能及持水保水能力等对基质的要求,认为氮源以75%有机肥+25%化肥和50%有机肥+50%化肥柠条粉腐熟的基质更适合蔬菜作物栽培。     

玉米秸秆机械化收集加工饲草前景调查

<正>玉米秸秆作为副产品,可进行饲草化、肥料化、能源化、原料化等综合利用,是用之为宝、弃之为害的生物资源,运用机械化收集加工进行饲草化利用有着重大的现实意义。一、玉米秸秆饲草化利用潜力忻州市玉米种植面积一般稳定在380万亩左右,玉米干秸秆平均亩产量在600kg～800kg。现以亩产秸秆700kg估算,全市玉米秸秆产量约260万吨,除去目前已经用于饲草的3.8%和用于农民生活能源的5.8%,全市玉米秸秆饲草化潜力为235万吨。     

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。     

多元混合物料协同厌氧消化产甲烷性能研究

为研究农牧废弃物多元混合物料协同厌氧消化对产甲烷性能的影响,文章以牛粪、蔬菜废弃物和玉米秸秆为发酵原料,分别设定了单一原料、两种及3种混合原料发酵组,在中温(37℃±1℃)和固体质量分数为12%条件下进行厌氧消化实验。结果表明:混合厌氧消化的协同作用贡献率为25.84%~39.83%,显著提高了产甲烷能力。三物料混合厌氧消化产甲烷性能明显优于两种混合物料,当牛粪、蔬菜废弃物和玉米秸秆VS混合比例为1∶0.4∶0.6时,累计甲烷产量达到最大值20713 m L,比其他单一物料和混合物料厌氧消化甲烷产量提高了11.86%~23.65%。修正的Gompertz方程能较好反映物料厌氧消化产甲烷过程,拟合结果的R2在0.9872~0.9986之间。该研究结果可为农牧废弃物多元混合物料厌氧消化产沼气工程提供参考。     

绿色木霉预处理协同外源氢对秸秆厌氧发酵产气性能提升的影响

以提高玉米秸秆预处理后还原糖含量和厌氧发酵产甲烷性能为目的，采用绿色木霉进行玉米秸秆预处理，通入外源氢气加强厌氧发酵产甲烷性能。实验结果表明，当预处理温度为36℃,时间为2 d,初始料液比为1∶1的绿色木霉处理条件时，还原糖含量最高，为27.66 mg·g^-1,预处理后累计产甲烷量比未经预处理实验组提高了39.0%,绿色木霉加氢组累计产甲烷量为木霉预处理组的2.6倍。表明绿色木霉预处理对玉米秸秆厌氧发酵有促进作用，外源加氢可有效提升厌氧发酵甲烷产量。     

农牧废弃物恒温干/湿厌氧发酵过程研究

为对比干发酵和湿发酵过程中产气性能的差别,对比试验研究了3 m~3恒温(37±1)℃发酵罐内单一牛粪干/湿发酵过程中日产气量、累计产气量、产气率及甲烷体积分数和pH及氨氮的变化,并最后应用修正的Gompertz方程分析甲烷生产的动力学过程。试验结果表明:以TS(总固体浓度)为20%的干发酵系统累计产气量为51.375 m~3,最大日产气量可达2.198 m~3,分别比TS为8%的湿发酵多11.076 m~3和0.301 m~3;干发酵的池容产气率为0.558 m~3/(m~3·d),比湿发酵实验组提高了15.95%;干/湿发酵系统的日均甲烷体积分数分别为51.3%和48.6%。在试验过程中,干/湿发酵恒温沼气罐内的pH值及氨氮含量均介于正常范围之内,没有发生抑制现象使得试验可以顺利进行。通过修正的Gompertz方程对干/湿厌氧发酵的产甲烷过程进行拟合,拟合的结果R~2在均大于0.99,表明实际产甲烷潜力值和拟合的产甲烷潜力值很接近,显示出了较高的准确性。该研究结果可为农牧废弃物干发酵工程提供理论依据和指导。