秸秆过滤养猪废水UASB厌氧发酵及微生物群落分析

养猪废水成分复杂,所含悬浮性固体对其生物发酵过程影响显著;利用经过粉碎压实后的玉米秸秆对养猪废水进行负压抽滤,吸附截留废水中的悬浮性固体。再利用上流式厌氧污泥床（UASB,up-flow anaerobic sludge bed/blanket）反应器对过滤后的养猪废水进厌氧发酵,探究发酵过程中随着有机负荷的增加,化学需氧量（COD,chemical oxygen demand）去除率、pH值、产气量的变化规律,并采用高通量测序技术分析最优负荷时厌氧消化污泥中的细菌与古菌群落组成。过滤试验表明,在过滤压差为40kPa、滤层厚度为15cm、滤料压实度为1.6倍密度（148.8kg/m³）时有较好的过滤效果,此时总固体（TS,total solid）、挥发性固体（VS,volatile solid）、COD的去除率分别为33.08%、28.05%、23.01%。厌氧发酵试验结果表明,在温度为(35±1)℃时反应器稳定运行的最高负荷为11 kg/(m³·d);反应器处理效果最优的负荷为10 kg/(m³·d）,此时进水COD浓度为5 000 mg/L、COD去除率为76.46%、容积产气率为1.51m³/(m³·d)。高通量测序结果表明,厌氧发酵过程由多种微生物菌群协同作用,主要的细菌群类是Firmicutes、Bacteroidota,主要古菌群类为Halobacterota,且高效产甲烷菌分布丰富。试验结果为利用作物秸秆过滤养猪废水进行以废治废的技术应用提供了依据。     

玉米秸秆牺牲剂对TiO2/Pt/生物炭光催化水制氢性能的影响

采用光沉积法、水热合成法制备出TiO2/Pt/生物炭复合光催化剂,以玉米秸秆悬浮液作为牺牲剂,考察了不同质量分数玉米秸秆对光催化分解水制氢性能的影响。通过X射线衍射（X-ray Diffraction,XRD）、扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy,SEM）、透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy,TEM）、X射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy,XPS）和紫外可见漫反射光谱（UV-Visible diffuse reflectance spectra,UV-Vis DRS）等表征手段进一步论证了复合催化剂结构特征。结果表明,随着玉米秸秆质量分数的增大,光催化体系的制氢量展现出先增大后降低的变化趋势。当玉米秸秆质量分数为30%时,TiO2/Pt/生物炭复合材料制氢性能最佳,制氢速率达到225 μmol/(g·h),是单纯TiO2/Pt的11.2倍。其原因在于玉米秸秆分子组成中含有大量的醛基自由基,在光催化过程中被激发,与空穴发生氧化反应,提高了光催化制氢效率。此外,TiO2/Pt/生物炭光催化制经过5次重复利用后,制氢量仍为900 μmol/g,具有较高的光稳定性。     

多层二次风配风对玉米秸秆颗粒燃烧降低NOx产率及结渣的影响

秸秆类生物质具有碱金属及灰分含量高的特性,燃烧时灰分容易团聚结块而影响燃烧室内的配风及燃料的燃烧。本文设计了一种具有多层二次风配风的生物质燃烧试验装置,以玉米秸秆颗粒为燃料,研究了不同一二次风分级配比、多层二次风配比对烟气中CO、NOx等污染物浓度、燃烧效率及灰分结渣率的影响规律。结果表明：当采用一二次风分级配风时,能够显著降低烟气中NOx的浓度,烟气中CO和NOx的浓度变化趋势相反,呈现一种竞争关系。二次风位置较高或下层二次风量的减少,都易导致玉米秸秆颗粒燃烧不完全,CO浓度显著提升。与对照组相比,二次风多层配风下,燃烧室内各测点的温度和烟气中NOx浓度均有所降低,最低NOx浓度排放放生在W1工况（空气系数为1.2,一、二次风配比为60%：40%时,下、中、上二次风按（1/2,0,1/2））,约150 mg/m3。当采用二次风多层配风时,结渣率大幅度下降,最低为4.5%。W1工况的NOx浓度和结渣率均较低,综合评价为最优工况。常用的硅比指数G、碱酸比、Na含量指数、碱性指数Alc等4种结渣指数,均不能正确预测因燃料燃烧区温度T1变化而造成的结渣倾向变化,为此在硅比指数G中引入燃料燃烧区温度T1作为变量,修正后的硅比指数Gt可以很好地对玉米秸秆颗粒因燃料燃烧区温度T1引起的结渣倾向变化进行预测。     

秸秆-粪便属地化微贮制肥工艺参数优化

为解决中小散种养户农业废弃物污染环境、属地化利用率低问题,提出一种因地制宜利用属地秸秆和畜禽粪便进行微贮腐熟工艺生产有机肥或土壤改良剂。以玉米秸秆和牛粪为肥源物料,以种子发芽指数为腐熟效果的检测指标,试验确定肥源物料配比、物料含水率、压缩比、微生物菌剂施用量、腐熟时间关键工艺参数的适宜取值范围,结果表明,肥源物料配比为15%~35%、物料含水率为45%~60%、压缩比为25%~50%,且微生物菌剂施用量临界值为0.5‰、腐熟时间达到24 d时,微贮肥料的腐熟效果较好。通过三元二次回归正交旋转组合试验,分析关键工艺参数对腐熟效果的影响并对参数进行优化,建立了微贮制肥腐熟效果特性参数与各因素之间的回归模型,分析表明,各因素对种子发芽指数的影响主次顺序为:物料含水率>压缩比>肥源物料配比。对优化后工艺参数进行试验验证,确定出最优工艺参数:在施用1.5‰微生物菌剂量、腐熟32 d,物料含水率为60%、压缩比为39.50%、肥源物料配比为23%,微贮肥料种子发芽指数达到96.52%,此条件下生产的腐熟肥料可以达到有机肥国家标准,实现就地、就近、就便利用秸秆和畜禽粪便。该研究结论为属地规模化微贮生产有机肥及配套装备设计提供了理论基础。     

机械力催化玉米秸秆醇解合成乙酰丙酸乙酯工艺研究

利用农作物秸秆醇解合成乙酰丙酸酯近年来受到广泛关注,但秸秆的难降解结构制约了秸秆的醇解利用。机械球磨是一种新兴的机械预处理方式,机械力作用可以有效破坏生物质致密结构,提高生物质化学反应性能。以玉米秸秆为对象,首先研究了球磨工艺对乙酰丙酸乙酯及其中间产物和副产物的影响,考察了催化剂类型、催化剂浸渍球磨、球磨时间、球磨介质填充率和球料体积比等因素;球磨显著提高了乙酰丙酸乙酯的产率。在相同H+浓度的条件下,催化剂酸性越强催化效果越好;球磨时间对乙酰丙酸乙酯的影响最大,介质填充率和球料体积比对乙酰丙酸乙酯产率的影响不显著;以乙酰丙酸乙酯产率为指标优化出的球磨工艺为:不添加催化剂球磨,球磨时间为60 min、介质填充率为35%、球料体积比为2。在此球磨条件下,乙酰丙酸乙酯的摩尔产率由20.08%提高到33.34%,基于纤维素的醇解产物总产率由73.18%提高到83.03%。     

旱地玉米秸秆还田对土壤肥力的影响

 研究探讨了玉米秸秆还田方式 (直接或过腹还田 )与化肥配施对土壤养分变化的影响。研究表明 ,秸秆过腹还田对提高耕层土壤速效 N贡献较大 ;耕层土壤速效 P含量主要与化肥施用量有关 ;耕层土壤速效 K含量与秸秆直接还田有关。该试验条件下 ,秸秆直接还田和秸秆过腹还田的土壤有机质含量基本保持平衡。产量统计分析表明 ,化肥对提高玉米产量及水分利用效率有明显影响 ,其次为秸秆直接翻压还田。适宜的秸秆直接还田量、秸秆过腹还田量与化肥 N配比 (试验中每公顷用量分别为 60 0 0、1 50 0和 1 0 5kg) ,其产量、水分利用效率和肥料 N的利用效率较高。研究为该区玉米秸秆作为饲源和有机肥源的合理再分配利用 ,秸秆、牛粪与化肥平衡配施 ,以及秸秆还田对土壤肥力的贡献和对作物产量的影响提供了依据。     

老化秸秆生物炭对诺氟沙星吸附特性的研究

为研究老化秸秆生物炭的性质及对水中诺氟沙星的吸附特性,本研究将新鲜生物炭进行自然老化、冻融循环老化和高温老化,通过元素分析、扫描电镜和红外光谱分析老化前后生物炭的组成和结构特性变化,研究老化生物炭对诺氟沙星的吸附机理以及pH、离子类型和离子浓度对吸附效果的影响。结果表明：不同老化方式均使生物炭的C元素含量降低,O元素含量显著增加,极性增加,芳香性降低,其中高温老化影响最大。高温老化使生物炭表面的—OH和C=C明显减少,冻融循环老化使—OH数量增加,自然老化对生物炭表面官能团影响较小。老化使生物炭表面破损、孔道塌陷,生物炭上的吸附点位被阻塞,不利于对诺氟沙星的吸附。老化前后生物炭对诺氟沙星的吸附更符合准二级动力学模型,等温吸附拟合发现,Langmuir模型能更好地拟合诺氟沙星在生物炭上的吸附过程。自然老化、冻融循环老化和高温老化分别使生物炭的吸附量降低了5.50%、7.70%、14.80%;在背景液pH 3.0~11.0范围内,老化前后生物炭对诺氟沙星的吸附量随pH增大先升高再降低,当pH为7.0时,吸附量达到最大值。阳离子价态越高,离子浓度越大,老化后生物炭对诺氟沙星的吸附量越小。研究表明,老化对生物炭的理化性质和吸附抗生素的能力均有影响,因此在使用生物炭去除目标污染物时需要考虑环境因素的影响。     

不同预处理方法对玉米秸秆酶解和乙醇发酵的影响

研究不同预处理方法对玉米秸秆酶解和乙醇发酵的影响。比较玉米秸秆经粉碎、汽爆和水热3种预处理后酶解液葡萄糖含量、酶解率、乙醇得率以及发酵液中抑制物乙酸、糠醛和羟甲基糠醛的含量,对不同预处理方法进行评价。结果表明:水热超细玉米秸秆能有效提高酶解率,在固液比2:10,酶解48h时,生成葡萄糖含量为60.6g.L-1,纤维素酶解率为63.13%,并且产生的乙酸、糠醛和羟甲基糠醛的含量很低;以此水解液发酵生产乙醇,乙醇含量为28.29g.L-1,乙醇得率为46.68%,为理论乙醇得率的91.5%。说明采用水热超细秸秆可有效提高纤维素酶解率和乙醇得率。     

高温预处理玉米秸秆条件的优化

对玉米秸秆高温预处理条件进行优化,以降低还原糖损失率和提高灰分去除率为目的,探讨了高温预处理时料液比、蒸煮温度、蒸煮时间对还原糖得率的影响。通过采用单因素多水平试验方法得到最优预处理条件为料液比1∶7,蒸煮温度118℃,蒸煮时间0.5 h。在此最优条件下,预处理后的秸秆还原糖损失率为1.86%,灰分去除率为35.2%。     

饲粮纤维来源对合浦鹅生产性能、血清生化指标和养分代谢的影响

选取体重相近、健壮的4周龄合浦鹅60羽,随机分为稻草粉组、玉米秸秆粉组和花生藤粉组,每组20羽,饲养42 d。于8周龄时从上述试验组中各选取5羽体重接近的鹅,测定其对3种纤维来源的饲粮养分的利用率。结果表明,(1)饲喂含粗蛋白质约为13.80%,粗纤维约为8.0%的饲粮,稻草粉、玉米秸秆、花生藤用作饲粮纤维来源,不影响合浦鹅的日增重、血清生化指标和屠宰性能(P>0.05)。(2)花生藤粉组饲粮的中性洗涤纤维、半纤维素和无氮浸出物的表观代谢率极显著高于其他2组(P<0.01);稻草粉组和花生藤粉组的饲粮粗蛋白质、能量的代谢率显著高于玉米秸秆粉组(P<0.05)。