牛粪高浓度发酵微氧脱硫过程中的含硫物质研究

针对牛粪沼气发酵进行了微氧法原位脱硫研究。对照组进行严格厌氧发酵,试验组每隔一段时间通入微量空气。试验采用两个容积7 L的发酵罐,各加入纯牛粪4 kg,牛粪的TS为14.96%,发酵温度为40℃,试验组每日通入空气量为18 mL。为分析微氧脱硫法对牛粪高浓度发酵的适用性,重点针对发酵前后发酵液中的含硫物质进行研究。试验结果表明:通入微量空气对纯牛粪发酵进行原位脱硫的平均脱硫率能够达到89.5%。在发酵过程中,含硫物质的转化是硫酸盐还原菌(SRB)和硫化物氧化菌(SOB)的综合作用,当通入空气量与发酵液内的菌群不匹配时,沼气中的硫化氢含量会发生周期性的波动。对发酵前后的发酵物进行硫平衡分析显示,微氧法脱硫后沼液中可计量的含硫物质量明显高于厌氧发酵,说明微氧法脱硫的脱硫效果较好。     

不同固体含量下牛粪和秸秆厌氧发酵中微氧法原位脱硫效果研究

以牛粪和秸秆为原料进行厌氧发酵试验,研究固体含量(TS)为10%,15%和20%的3种发酵底物,采用微氧法原位脱硫对厌氧发酵的产气量、H_2S去除率、甲烷体积分数和O_2残留量等的影响。研究结果显示:采用微氧法原位脱硫后的3组发酵试验的日产气量都有所提高;尤其是TS20%组,通入空气后,日产气量(VS)提高了2 mL/g,说明微氧法原位脱硫对干发酵具有很好的促进作用;TS15%和TS 20%两组试验的脱硫效果显著,H_2S的去除率均大于90%;各试验组与对照组的甲烷体积分数相差不大;试验组通入空气后,O_2的残留量一般在0.5%左右,满足《车用天然气标准》的要求,表明微氧法原位脱硫不会影响沼气的厌氧发酵系统,是一种切实可行的沼气脱硫方法。     

沼气正常发酵的工艺条件

（１）厌养环境在厌氧发酵过程中 ,大多数不产甲烷微生物为厌氧菌 ,须要在无氧条件下 ,将复杂的有机物质分解成简单的有机酸等。产甲烷菌则是专性厌养菌 ,氧对产甲烷菌不仅不会起促进作用 ,相反会起到毒害、抑制作用。因此 ,修建沼气池要确保池壁不渗水、不漏气。（２）发酵原料在厌氧发酵过程中 ,原料既是产生沼气的基质 ,又是沼气发酵微生物赖以生存的养料来源。除了矿物油和木质素外 ,自然界中的有机物质一般都能被微生物发酵产生沼气 ,但不同的有机物有不同的产气量和产气速度。较难分解的有机物质 ,在投料前要进行切碎、堆沤等预处理。…     

沼气发酵动态时段料液对烟草赤星菌抑制作用的研究

以猪粪为原料进行厌氧发酵,在不同时间取样,并进行不同温度处理,检验沼液对烟草赤星菌生长的影响.结果表明：在沼气发酵过程中,不同发酵时段的料液均对烟草赤星菌的生长有一定的抑制作用.发酵60d的料液原液、60℃处理液、煮沸处理液和灭菌处理液与病原菌共同培养3d以上,对烟草赤星菌的抑制率分别为61.5%,51.3%,48.7%和5.1%.在本试验条件下,证明沼气发酵料液对病原菌起到抑制作用的物质主要是料液中的微生物,初步揭示沼气发酵代谢产物对病原菌的抑制作用不是出现在最终成熟液,而是发酵过程的一个时间段.     

川渝养殖场沼气工程运行状况与沼液生物学特性研究

为探索沼气工程运行状况、沼液理化性质及微生物群落结构差异,对川渝9个养殖场沼气工程进行调查与采样分析,利用16S rRNA基因扩增子高通量测序技术研究沼液中微生物群落组成及多样性。结果表明,川渝地区养殖场沼气工程以处理养殖场废水为主,不以产能为目的,总氮(TN)、总磷(TP)、NH+4和化学需氧量(CODCr)等理化指标在猪场和牛场沼液之间无显著差异。14个沼液样品中厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、变形菌门(Proteobacteria)、互养菌门(Synergistetes)和疣微菌门(Verrucomicrobia)是主导微生物,这5大类细菌占细菌克隆总数的84%以上。猪场沼气工程Proteobacteria相对丰度在45.0%~69.3%之间,显著高于牛场,而牛场沼液中Firmicutes及Bacteroidetes占主要优势,两者相对丰度之和的平均值为58.4%。沼液中古菌以甲烷微菌纲(Methanomicrobia)、甲烷杆菌纲(Methanobacteria)占优,且Methanomicrobia丰度在2类养殖场间存在显著差异;猪场沼液中Methanosaeta占绝对优势,达到84.1%~94.4%,而Methanosarcina丰度极少。进一步分析,结果显示,沼液铵磷比与Firmicutes相对丰度、丰富度指数(Chao1)及多样性指数(Shannon)都存在显著的相关性。沼液中群落主坐标分析及聚类分析均可准确辨识猪场沼气工程、运行状况良好及运行状况欠佳的牛场沼气工程,可为养殖场粪污治理效果评价提供科学依据。     

生物炭和乙醇对油菜秸秆沼气发酵特性的影响

对生物炭和乙醇提高油菜秸秆厌氧发酵沼气产率进行实验研究,探索不同乙醇浓度对中温和高温厌氧发酵沼气产率、木质纤维素降解和微生物菌群结构的影响。结果表明：生物炭和乙醇可促进沼气产率和纤维素降解。随着乙醇浓度的增大,沼气产率先增大后减小,3 g/L乙醇浓度时中温和高温发酵沼气产率最高,分别为219.3和240.5 mL/g。从木质纤维素降解来看,中温发酵组纤维素含量由预处理秸秆的54.00%降至18.69%～25.03%。测序结果显示乙醇浓度为3 g/L的中温发酵沼渣中厚壁菌门和拟杆菌门相对丰度最高,揭示了生物炭和乙醇促进油菜秸秆厌氧发酵产气的机制。     

沼气工程技术讲座(二) 沼气工程平稳高效运行条件和技术措施

1沼气发酵基本条件(1)严格的厌氧环境产甲烷菌只能在严格的厌氧环境中生长,所以,要求沼气池或沼气发酵罐严格密闭、不漏水、不漏气。这不仅是收集沼气和贮存沼气发酵原料的需要,也是保证沼气微生物在厌氧的生态条件下正常产气的需要。(2)碳氮比适宜的发酵原料沼气发酵原料是维持沼气微生物生命活动和产生沼     

沸石对猪粪沼气发酵特性及沼渣、沼液中重金属Zn的影响

为减少重金属污染,以猪粪为发酵原料,采用厌氧发酵技术进行试验。结果表明:添加沸石对沼气发酵产气量、甲烷含量影响不大;厌氧发酵后,添加沸石组重金属Zn的89.88%存在于沼渣中,10.12%存在于沼液中;Zn总量下降了32.41%,下降幅度高于空白对照组;厌氧发酵后,沼渣、沼液中的重金属形态都以残渣态为主,添加沸石组的沼渣、沼液中残渣态的比例高于空白对照组;厌氧发酵后,空白组沼渣中重金属Zn的有效态含量占32.63%,添加沸石组重金属Zn的有效态含量占29.12%。添加沸石有利于降低重金属Zn的生物有效性,因此,建议在厌氧发酵过程中添加重金属钝化剂,以此减少沼肥回田后重金属污染的风险。     

大型海藻发酵生产甲烷技术研究

大型海藻发酵生产甲烷属生物质能,是一种碳中性的清洁能源,是重要的海洋生物碳汇。不同种类的藻类发酵产甲烷的潜力是不一样的,其中巨藻含有丰富的甲烷成分,但其自然资源量有限,而人工养殖依然是一个难题,如何持续不断地提供原材料是巨藻生物质能源开发中亟待解决的问题。海藻发酵产甲烷是多种微生物联合作用的结果,从整体上可划分为产甲烷菌群和不产甲烷菌群,它们相互依赖又相互制约,产甲烷菌利用不产甲烷菌的代谢产物H2、CO2等最终合成甲烷。海藻发酵过程的微生物要求具有一定的耐盐性,大体可以利用沼气发酵微生物经过定向培养和筛选而获得。多数人支持将沼气发酵过程分为水解液化、酸化和甲烷化三个阶段的理论,而甲烷形成途径包括菌种间H2的转移和由乙酸产生甲烷。甲烷发酵的影响因素包括原料的预处理、原料的成分和颗粒大小以及接种物、发酵温度、发酵料液pH值、接种率及接种物中对发酵菌活性有影响的物质等,甲烷产率最大化的最主要前提是反应条件要达到最优化。我国在海藻大规模养殖方面具有先天的自然条件及技术和人力优势,为海藻生物质能源开发提供了巨大的潜力,但在技术上还有待突破,特别是在接种物培养、甲烷产率控制等一些特定环节上还需加强研究。     

沼液沼渣的综合利用技术

沼液和沼渣总称为沼肥,是生物质经过沼气池厌氧发酵的产物。沼液中含有丰富的氮、磷、钾、钠、等营养元素。沼渣是由部分未分解的原料和新生的微生物菌体组成,分为三部分：一是有机质、腐殖酸,对改良土壤起着主要作用;二是氮、磷、钾等元素,满足作物生长需要;三是未腐熟原料,施入农田继续发酵,释放肥分。如何让农民更好地、最大限度地用好沼气,充分发挥出沼液、沼渣综合利用的经济效益,就必须掌握沼液、沼渣的综合利用关键技术,下面就其主要技术介绍如下。     

链霉素菌渣中温厌氧发酵产沼气性能研究

为实现链霉素菌渣的无害化、资源化利用,文章以链霉素菌渣为原料,在菌渣含固率为2%,温度为30±2℃的条件下进行60 d的厌氧发酵试验。试验结果表明:链霉素菌渣的累积产气量为18.20 L,中温产气能力为364.07 mL/g;在稳定产气阶段,发酵液的氨氮、VFAs含量均维持在较低水平,pH值大于7.0;厌氧发酵结束后,发酵液的VS去除率达64.32%;以金黄色葡萄球菌作为指示菌,在厌氧发酵后的沼液中未检测到链霉素残留。     

Comparison of different mixing phenomena in anaerobic digestion using food waste and sewage treatment plant for green biofuel through simulations of velocity contours

Three-dimensional computational fluid dynamics models have been developed for the comparison of diffuser-based biogas recirculation and impeller mixed anaerobic reactors with unmixed reactors for food waste co-digested with sewage treatment plant sludge for enriched with 60–73% of biogas. Enhanced biogas yield was observed in diffuser mixing, intensity of 2 L/min (0.28–1.180 L/g VSr), compared to impeller mixing of 200 rpm. pH of 5.94 from the feed slurry pH range of 7.0–8.4 shows sheathe-broken microbial SEM structure.     

SBR处理猪场沼液添加原水后处理效果研究

针对猪场废水厌氧发酵后的沼液具有较高浓度的腐殖酸等难降解有机物的问题提出了通过添加一定比例的猪场废水（简称“原水”）,以期将部分易降解有机物引入猪场沼液强化系统的碱度平衡与脱氮性能,改进处理效果,可为规模化猪场沼液达标处理提供参考。     

施用沼肥对生菜生长特性及品质影响的研究

通过沼肥与化肥的混合施用,试验研究了沼肥对生菜生长特性及其品质的影响,目的是为沼气的综合利用提供理论依据和技术支持.试验结果表明：施用沼肥能有效提高生菜产量,改善生菜的植物学性状和营养品质,特别是在喷施沼液的情况下,当沼渣与化肥配比为8：2时,生菜产量最高,品质最优.     

Application of rice rhizosphere microflora for hydrogen production from apple pomace

The combination of substrate materials and bacteria is an important factor affecting conversion technology for biological hydrogen production. We performed anaerobic hydrogen fermentation of apple pomace wastes using rhizosphere bacterial microflora of rice as the parent inoculum. In the vial test, the optimal condition for hydrogen fermentation was initial pH 6.0, 35 °C, and 73.4 g pomace per liter of medium (equivalent to 10 g-hexose/L). In the batch experiment (pH 6.0, temperature 35 °C) the hydrogen yield reached 2.3 mol-H₂/mol-hexose. The time course of biogas production and PCR-DGGE analysis suggest that Clostridium spp. decomposed degradable carbohydrates rapidly and a part of the refractory carbohydrate (e.g. pectin) gradually in the apple pomace slurry. In addition to hydrogen, volatile fatty acids (VFAs) were produced in the anaerobic fermentation of apple pomace, which can be a substrate for methane fermentation. The rice rhizosphere can be a promising source of inoculum bacteria for hydrogen fermentation in combination with plant material waste like apple pomace.     

餐厨垃圾与农业秸秆的厌氧发酵区别

从能源的可持续发展和资源化利用的角度,介绍了餐厨垃圾和农业秸秆厌氧发酵的处理方法,重点分析了餐厨垃圾和农业秸秆在成分、预处理、厌氧发酵工艺、沼气成分含量、沼液用途方面的区别。     

Hydrogen sulfide removal from biogas by biotrickling filter inoculated with Halothiobacillus neapolitanus

Hydrogen sulfide (H₂S), a highly corrosive gas, is found in biogas due to the biodegradation of proteins and other sulfur containing organic compounds present in feed stock during anaerobic digestion. The presence of H₂S is one of the biggest factors limiting the use of biogas. It should be removed prior to application of biogas in an electric generator or industrial boiler. The present research evaluated the performance of biotrickling filter inoculated with Halothiobacillus neapolitanus NTV01 (HTN) on the H₂S removal from synthetic biogas. HTN, isolated and purified from activated sludge, is a sulfur oxidizing bacteria able to degrade H₂S and thiosulfate to elemental sulfur and sulfate, respectively. Operational parameters in a short term operation were varied as following; gas flow rate (0.5–0.75 LPM); EBRT (40–120 s); the inlet H₂S concentrations (0–1500 ppmv); liquid recirculation rate (3.6–4.8 L/h). EBRT showed a greater effect to the removal efficiency than increasing H₂S concentration. Longer EBRT resulted higher removal efficiency. The changes of liquid recirculation rates did not significantly affect the removal efficiency. In long term operation, the gas flow rate and liquid recirculation rate were fixed at 0.5 LPM (120 s EBRT) and 3.6 L/h; and H₂S concentrations were varied (0–2040 ppmv). The maximum elimination capacity was found as 78.57 g H₂S/m³ h, which had greater performance than the previous studies.     

Influence of organic load on biogas production and response of microbial community in anaerobic digestion of food waste

Organic load (OL) is one important parameter influencing performance of anaerobic digestion, yet it is unclear how it affects the biogas composition and microbial community. This work investigated the influence of OL on biogas production from food waste (FW) and the response of microbial community. Results showed that the main biogas component was methane at low OLs (<10 g VS/L) while it turned into hydrogen at high OLs (>10 g VS/L). The optimum methane and hydrogen yields were 184.4 and 61.3 mL/g VS, corresponding to the OLs of 4 and 20 g VS/L, respectively. Analysis of microbial community indicated that high OLs leaded to the decrease of hydrolysis bacteria and methanogen while it helped to increase the relative abundance of hydrogen-producing bacteria. This study cast an insight that it is essential to control the OL and reinforce the hydrogenogen to obtain high output of hydrogen energy.