国内外干式厌氧发酵技术与工程现状

干式厌氧发酵技术在我国已经有十多年历史,但是国内至今没有规模化、产业化的工程案例.文章主要概述了干式发酵技术与工程在我国的现状与发展,重点分析了国外干式厌氧发酵技术现状、成熟技术及工程案例,并对四种工程化的技术进行了总结与分析,以期为我国自主开发干式厌氧发酵技术与引进国外技术提供借鉴.     

有机废水处理中的环境生物技术及其进展

在水环境保护领域里,我国与世界大多数国家,都将控制由城市生活污水和各种工业、农业、养殖业排放的有机废水所导致的以有机质为主的水质污染放在优先考虑的地位。环境生物技术,尤其是生化处理方法因其高效、低耗、处理量大、适用面广及安全的特点而成为世界各国有机废水处理的主要方法。介绍了这一领域中以生化反应为基础的处理方法(好氧和厌氧处理工艺)和以生物自然净化功能为主体的技术措施(人工生物塘和湿地),以及相关研究与应用的进展动态。     

畜禽粪便中兽用抗生素削减方法的研究进展

兽用抗生素具有显著的促动物生长、预防动物疾病的作用。随着集约化畜牧业以及配合饲料工业的不断发展,抗生素作为饲料添加剂在全球范围内已被广泛应用。我国畜禽养殖业对抗生素的依赖甚是严重,每年用于畜禽养殖的兽药抗生素超过了8吨,占抗生素总产量的一半以上。这些兽用抗生素并不能完全被动物体所吸收,绝大部分以原药或者代谢产物的形式随畜禽粪便和尿液排出体外,导致畜禽粪污中多种抗生素残留,最高浓度达到了183.50 mg·kg~(-1)。残留抗生素可能经各种途径进入土壤和水体环境中,一方面影响土著微生物的活性,另一方面引起抗性菌和抗性基因的产生和传播,给生态系统安全和人类身体健康带来巨大的负面效应。因此,充分、有效消减畜禽粪污中兽药抗生素十分重要而迫切。论文作者在总结大量文献的基础上,对国内外畜禽粪便抗生素的污染特点和赋存规律进行了系统介绍,并着重阐述了国内外畜禽粪便中兽用抗生素削减方法的最新研究进展,描述了畜禽粪便好氧堆肥和厌氧发酵的分类及工艺流程。在此基础上重点对好氧堆肥和厌氧发酵两种处理方式下畜禽粪便中兽用抗生素的去除程度进行了详尽、深入分析,同时对抗生素消减效果的影响因素进行了充分讨论。主要结论:好氧堆肥对土霉素、四环素、金霉素、磺胺甲恶唑、磺胺嘧啶、磺胺甲基嘧啶、环丙沙星、恩诺沙星和泰乐菌素等主要类别抗生素的最高去除率可达65.5%—100%,去除效果受抗生素种类、初始浓度、添加方式、堆肥温度、供养方式、底物组成影响;厌氧发酵对氨苄青霉素、四环素、磺胺甲氧二嗪的去除可达100%,但几乎无法去除磺胺噻唑、磺胺二甲基嘧啶、磺胺氯哒嗪、泰乐菌素,去除效果受抗生素种类、浓度、发酵温度、污泥性质、混合速率和发酵时间影响。最后,对需要进一步开展的研究进行了展望,建议加强兽用抗生素的监管,制定相关的法规和标准,加速兽用抗生素替代物品的研发,减少源头污染;深入开展畜禽废弃物好氧堆肥或者厌氧发酵过程中抗生素降解产物及机理研究;筛选具有强降解能力的微生物作为菌剂,强化其对畜禽养殖废弃物中兽用抗生素的消减;深入研究好氧堆肥和厌氧发酵过程中抗生素和ARGs之间的相互关系,去除兽用抗生素的同时也加速ARGs的削减。     

农作物秸秆的厌氧消化试验研究

采用厌氧消化技术,研究了秸秆在中温、高温及环温条件下的生物气产量、发酵液乙酸浓度及甲烷含量的变化情况,比较了不同条件下TS和VS的去除率及产气率。结果显示,在试验的各个温度条件下,秸秆的厌氧消化都可以进行。在高温时干物质产气率可达到0．24m^3·kg^-1,比环温及中温时产气率分别提高42％和21％。但高温引起的酸化会使得系统的正常运行受到影响,中温和环温的甲烷含量在第8d都可以达到50％以上,系统启动快且在试验期间运行稳定,因此从能量投入产出、产气稳定性等因素综合考虑,中温厌氧消化是比较理想的农作物废弃物的处理方法。     

KOH/NH_3·H_2O复合预处理稻草厌氧消化优化研究

文章提出一种KOH/NH_3·H_2O复合预处理稻草进行厌氧消化的绿色环保高效预处理方法,既能使稻草木质纤维素更好地进行生物降解产生物甲烷,同时能调节厌氧消化过程中的C/N,节省营养元素调配成本,且厌氧消化后产生的沼渣含K可直接用作沼肥,不会产生环境污染。运用正交实验法对预处理剂浓度(1%KOH+1%NH_3·H_2O,2%KOH+2%NH_3·H_2O,2%KOH+4%NH_3·H_2O,4%KOH+2%NH_3·H_2O)、预处理温度(20℃,30℃,40℃,50℃)、水添加量(稻草干重的3倍,6倍,9倍,12倍)、预处理时间(1 d,2 d,3 d,4 d)进行了优化筛选,试验结果表明,复合预处理稻草厌氧消化甲烷总产量为8738～10492 mL,比未预处理稻草(7343 mL)提高了19.0%～42.9%,效果明显(p<0.05)。对1%KOH+1%NH_3·H_2O复合预处理与2%KOH,2%NH_3·H_2O单试剂预处理稻草厌氧消化性能进行了比较。试验表明,复合预处理组累积产甲烷量及单位VS产甲烷量分别为10404 mL,244 mL·g^-1VS,比未处理稻草提高41.7%,比2%KOH预处理组提高19.4%,比2%NH_3·H_2O预处理组提高16.4%;1%KOH+1%NH_3·H_2O复合预处理组T₈₀为34 d,比未预处理,2%KOH,2%NH_3·H_2O单试剂预处理组分别提前9 d,7 d,2 d。KOH/NH_3·H_2O复合预处理能够促进稻草厌氧消化产甲烷,缩短厌氧消化周期,增加沼渣沼液肥效。     

厌氧发酵在线监控技术研究进展

厌氧发酵是一个复杂、多变的微生物学过程,为了提高沼气工程运行的稳定性,需要对厌氧发酵过程进行实时数据采集和监控,以实现对沼气工程运行进行统计、分析以及科学决策.概述了发酵温度、pH、氧化还原电位、氨氮浓度和气体成分等在线监测的主要参数,介绍了厌氧发酵在线监控系统结构,总结了厌氧发酵在线监控技术目前存在的问题,并提出了今...     

响应面法优化生物炭与牛粪混合厌氧发酵工艺

为了提高厌氧发酵产气效率,在单因素试验基础上,采用响应面法对厌氧发酵工艺参数进行优化,通过Box-Behnken中心组合试验设计,以厌氧发酵产气量为响应值,研究发酵温度、总固体浓度和生物炭添加量3个因素对厌氧发酵的影响,建立相关数学模型,并进行试验验证。结果表明:3个因素对厌氧发酵产气效率的影响均达到显著水平,最优工艺条件为发酵温度41℃,总固体浓度8.9%,水稻秸秆炭7.9%,在此工艺条件下,厌氧发酵产气量达到2735 mL±37 mL,与预测产气量2693 mL,两者偏差在2.0%以内。因此,所建模型能较好地用于生物炭与牛粪混合厌氧发酵产气量的预测。     

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。     

产酸相中氧化还原电位控制及其对葡萄厌氧发酵产物的影响

以两种厌氧污泥和一种绵羊胃液 (rumen)的混合物为接种物 ,对葡萄糖进行厌氧发酵。通过调节通气和搅拌控制发酵系统的氧化还原电位 ,考察了恒化器中氧化还原电位对葡萄糖厌氧发酵产物生成的影响。结果表明 ,氧化还原电位对发酵产物有强烈影响。在pH 6和水力停留时间 5h及 10h时 ,在Eh - 550～ - 30 0mV ,乙酸和乳酸是主要产物 ,丁酸浓度随Eh的升高而降低 ,而丙酸和甲酸浓度随Eh升高而增加。当Eh >- 2 0 0mV ,除乙醇外的所有产物浓度都急剧下降 ,而此时的电子回收率极低 ,约为 4 0 %。在Eh >- 10 0mV ,pH <3 5的条件下 ,酵母是主要微生物 ,而乙醇是主要产物 ;高的氧化还原电位有利于酵母的生长 ,而低的氧化还原电位有利于乙醇的形成。     

微量元素对玉米秸秆厌氧发酵产沼气及辅酶F_(420)的影响

以玉米秸秆为厌氧发酵基质,以微量元素Fe、Co、Ni混合液为添加液,研究中温条件下微量元素的添加对玉米秸秆厌氧发酵产沼气及辅酶F420活性的影响,探讨添加频次与产气效果的关系。结果表明:添加微量元素试验组的累积产气量和产气率稳定性优于未添加试验组;微量元素的添加频次不同,其产气效果也不同;当微量元素混合液中Fe、Co、Ni的浓度为1.0、0.1、0.2mg/L时,每天添加微量元素的试验组产沼气效果最佳,比未添加组累积产气量提高23%,TS、VS降解率分别提高16.1%和22.3%,辅酶F420含量高峰值显著提高。本研究为提高玉米秸秆厌氧发酵的产气效果提供了依据。