多原料混合发酵产甲烷动力学特性研究

以牛粪、猪粪和玉米秸秆为发酵原料,研究多原料混合发酵产甲烷的最佳配比,并利用冈珀茨模型(Gompertz model)分析不同原料配比混合发酵产甲烷的动力学特性。结果显示牛粪、猪粪和玉米秸秆三者混合的产甲烷效果优于牛粪或猪粪与玉米秸秆两者混合的发酵效果,且在牛粪、猪粪、玉米秸秆干物质的质量配比为1.5∶1.5∶1时,混合发酵的产甲烷量和产甲烷速率最高,分别为10114.71 m L和536.14 m L/d。     

分散原料沼气集中供气运行分析

我国规模化沼气工程存在原料单一、产气率低、装备落后等技术瓶颈,西南地区沼气原料来源分散、成分复杂,因此需要开发新的多种原料混合发酵的新模式来提高沼气工程厌氧消化效率。本工程通过全混式厌氧发酵两级工艺共同厌氧消化如秸秆和畜禽粪便等分散原料,形成新的沼气和发酵剩余物利用模式。结果表明,在30 d稳定运行期间,600 m³厌氧发酵罐每天可消纳猪粪7.9 t、浓污水8.2 t及农作物秸秆0.2 t,日产气量为900 m³,混合原料发酵的容积产气率达1.5 m³/(m³∙d)。     

基于中温两相厌氧发酵技术的不同配比牛猪粪对寒地户用沼气的影响

设计一种位于日光温室内并采用中温两相厌氧发酵装置,在前期单一牛粪为发酵原料的基础上,在其中加入一定量的猪粪,探讨所设计的新型农村户用沼气发酵装置产气量与维持发酵罐体内料液温度所消耗沼气量之间的关系。结果表明:当牛粪与猪粪混合液总固体含量为1∶1时,该沼气发酵装置最高池容产气率为1.5L/(L.d),比单一牛粪为原料的池容产气率(1.35L/(L.d))高,是传统沼气池产气率(0.35L/(L.d))的4倍多。日均结余沼气量为7.85m3,足以满足三口之家照明、炊事所需能源,实现高寒地区户用沼气全年正能输出,而且装置结构设计合理,设备完善,可取代传统沼气池。     

温度对蔬菜垃圾与猪粪混合消化产沼气特性的影响

采用批式厌氧消化实验,在10 L反应系统中将蔬菜垃圾与猪粪以1∶2质量比进行混合发酵,探究温度(20、32、37、52℃)对二者混合消化产气特性的影响。结果表明,中、高温(32、37、52℃)条件下混合发酵系统稳定,室温(20℃)发酵后期有轻微酸抑制。32℃时产沼气性能最佳,总产气量分别是20、37和52℃时的4.65、2.08和1.42倍,发酵过程中p H值、挥发性脂肪酸和氨氮浓度均在正常范围。3 m~3户用沼气池试验表明,蔬菜与猪粪32℃混合发酵的池容产气率为0.56 m~3/(m~3·d),平均甲烷体积分数为54.83%,日平均产气量为1.68 m~3。蔬菜与猪粪32℃混合发酵既可维持发酵系统稳定性,又能改善产沼气性能,为蔬菜废弃物的沼气化处理提供参考。     

温度和pH值对猪粪与玉米秸秆混合厌氧发酵影响的试验研究

以玉米秸秆和猪粪混合为发酵原料,研究不同温度和不同初始pH值对厌氧发酵的影响。结果表明,在30℃发酵温度条件下,累积产气量达到最大值,为8 316 mL,且在发酵36 d时,累积产气量达到总累积产气量的91.8%。当初始pH值为7.3时,累积产气量达到最大值,为10 458 mL,且在发酵36 d时,累积产气量达到总累积产气量的90.44%。     

进料配比对牛粪和玉米秸秆半连续厌氧发酵的影响

为了提高牛粪和玉米秸秆混合厌氧发酵时的产气性能,采用全混合式反应器对总固体混合比(Total Solid Mixing Ratios,TSMR)不同的原料进行半连续厌氧发酵,并研究各发酵系统的产气性能、稳定性和物质转化能力。研究结果表明:系统稳定运行后,当牛粪和玉米秸秆的TSMR为1∶3时,发酵系统的产气性能最佳,甲烷产量为3.94 L/d,分别比纯牛粪和纯玉米秸秆发酵提高了23.67%和20.44%,且该混合比下的木质纤维素降解率最高,可达56.55%;TSMR不同的发酵系统均能稳定运行,且稳定运行期间的总碱度为5 000～8 000 mg/L,总挥发性脂肪酸的浓度小于100 mg/L,pH值为7.0～7.4,氨氮浓度未达抑制值并随着混合原料中玉米秸秆占比的增大而减小。     

复合微生物预处理玉米秸秆产沼气的试验研究

利用白腐菌、木霉菌以及白腐菌和木霉菌复合菌在相同的条件下对玉米秸秆进行预处理,对预处理后的秸秆进行厌氧发酵制取沼气。结果表明,利用微生物进行秸秆预处理能促进秸秆厌氧发酵产沼气的进程,提高产气量和产气效率,其中以混合菌预处理效果最好,产气量比未经预处理秸秆的产气量提高11.95%、产气时间提前6 d、产气高峰期提前16 d,容积产气率达到1.196 mL/(mL.d),原料产气率达到518.33 mL/g。仅利用白腐菌进行秸秆预处理也具有良好的效果,而利用木霉进行秸秆预处理对厌氧发酵的促进作用效果较差。说明利用木质素降解菌株进行秸秆预处理对提高秸秆的厌氧发酵效率具有重要的作用。     

荷叶发酵产沼气的研究

以荷叶为原料对其发酵产沼气进行了研究。以稻草秸秆为对照,活性污泥为接种物,对荷叶厌氧发酵产沼气的能力进行了评估,并研究了荷叶对稻草秸秆发酵产沼气的影响。荷叶在37℃条件下发酵35 d,沼气产气量为167.0 mL/g,沼气中甲烷含量为65.72%,分别高出稻草秸秆15.57%,12.25%。荷叶与稻草秸秆按1∶1进行混合发酵时沼气产气率为184.5 mL/g,沼气中甲烷含量为70.68%,分别高出稻草秸秆27.68%,20.72%。荷叶发酵前后TS,VS含量变化分别为3.77%,15.17%,发酵前后pH维持在7左右。结果表明,荷叶在沼气生产上有很大潜力。     

巨菌草与猪粪不同配比常温混合厌氧发酵特性

为了研究植物秸秆和动物粪便的混合厌氧发酵效果,以巨菌草为植物秸秆发酵原料,以猪粪为动物发酵原料,以常温中厌氧发酵池的沼液为接种物,将植物秸秆和猪粪按照质量比1∶0、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3、0∶1进行配比,在总固体质量分数为8%,37℃的恒温条件下进行厌氧发酵,分析厌氧发酵过程中的日产气量,累计产气量及pH值的变化。结果显示:猪粪和巨菌草质量比为1∶2时,混合厌氧发酵的效果最佳,累计甲烷产气量为1 735 m L。     

组合碱预处理对玉米秸秆厌氧消化的影响

为提高玉米秸秆厌氧消化的产气量及产气效率,采用不同质量分数的组合碱(质量比为2∶1的NaOH和Ca(OH)2)对其进行预处理,经过3 d的预处理后,考察组合碱对玉米秸秆成分及厌氧消化产沼气的影响。结果表明,组合碱预处理能有效缩短消化启动时间,并不同程度提高秸秆的产沼气能力。其中质量分数为3%的组合碱处理组产气状况最好,消化60 d后的总产气量可达24035 m L,日均产气率为400.58 m L/d,总固体产气率、挥发性固体产气率分别为358.73 m L/g和369.77 m L/g,在相应的厌氧消化时间内有效提高了玉米秸秆的厌氧消化效率。     

中药药渣预处理厌氧发酵产沼气初步研究

试验研究了沼液和NaOH用于药渣堆沤预处理对发酵过程的影响,以及接种量、pH值对于产气量的影响。结果表明:药渣经过沼液堆沤预处理后即可在较短的时间内高效发酵产沼气,发酵高峰为第2¹0天,此阶段产气为总产气量的95%以上;以秸秆沼液预处理后的药渣产气量最高,为11 940 mL,原料产气率为54.4L/kg干药渣。药渣发酵过程中无需添加畜禽粪便调节碳氮比,秸秆沼液中驯化富集的利于秸秆类物质分解的微生物可大大提高药渣的降解率。NaOH预处理可显著提高药渣的产气潜力,发酵持久且总产气量高。以质量分数5%的NaOH预处理10 d,原料(干药渣)产气率达196.8 L/kg。     

玉米秸秆与土豆混合厌氧发酵试验研究

为了解土豆作为玉米秸秆混合厌氧发酵底物对秸秆厌氧发酵转化效率的影响,在35℃条件下,采用批量发酵方式对玉米秸秆、土豆以及二者混合原料的厌氧发酵效果进行了对比试验.试验结果表明:在TS浓度为6%,玉米秸秆和土豆TS比为4:1条件下,混合原料的累积产气量为439mL/gTS,而玉米秸秆的累积产气量为309mL/gTS,混合厌氧发酵使玉米秸秆的产气量比其单一原料厌氧发酵提高了31.4%.因此,将易生物降解的原料作为秸秆混合厌氧发酵的底物可以提高秸秆厌氧发酵转化效率.     

利用厌氧消化技术处理病死猪的工程应用

病死猪的无害化处理是大型养猪场面临的一大难题,该文以天津某生猪养殖场沼气工程为例,通过监测发酵原料中加入病死猪前后的沼气工程运行情况,探讨了利用厌氧消化技术处理病死猪的可行性问题。该工程日处理TS为3%的粪污约500 m3,处理猪场病死猪20~30头,鲜重为1.0~1.5 t。通过监测发现,病死猪作为发酵原料与猪粪污水混合后,系统运行稳定。与纯猪粪污水发酵相比:沼气日均产气量没有明显变化;沼气中甲烷含量提高约9%,达到67%左右;而沼气中硫化氢含量高出近一倍,达到0.67%左右,通过生物脱硫技术可降至0.01%左右。混合原料的发酵残渣经固液分离,沼渣中有机质含量为67.4%、总养分含量为12.6%,均高于国家有机肥标准。     

低温纤维素降解菌系对沼气发酵过程中产酸、产气的影响

将本实验室一组稳定的低温兼性厌氧纤维素降解菌系X1接种到水稻秸秆和牛粪混合沼气发酵底物中,研究其在20℃低温沼气发酵过程中对产酸、产气的影响。结果表明,底物降解时主要产生乙酸、丙酸和丁酸,使pH值下降,处理组处理12 d时乙酸、总挥发性脂肪酸及甲烷含量分别为1.22,2.23 g/L和37.50%,对照组分别为0.47,0.81 g/L和28.50%。处理12 d后随着乙酸含量的逐渐下降,甲烷含量明显提高,15 d为50.20%,24 d达到67.60%,而对照仅为35%和43.30%;总产气量处理较对照提高76.81%。由此可见,菌系X1降解纤维素类物质时为甲烷合成提供了较多的前体物质,有效地提高了甲烷含量和产气量,使产气启动期提前。     

糖浆废水与牛粪厌氧共发酵产甲烷特性研究

以糖浆废水和牛粪为底物,采取半连续发酵工艺运行CSTR厌氧发酵系统,考察混合底物中温(35℃)厌氧共发酵产甲烷特性。结果表明:厌氧发酵系统启动后产沼气速率较快,第8 d的沼气产量为350 m L/(L·d),进入稳定期后达到620 m L/(L·d);液相发酵短链挥发性脂肪酸(VFAs)的乙酸含量高于68%。调节进料有机负荷和水力停留时间分别为3.5 g/(L·d)和40 d时,系统运行稳定性与效能最佳,沼气产量为1180 m L/(L·d),甲烷含量高于57%。运用454焦磷酸高通量测序技术分析厌氧发酵系统启动稳定期(40 d)的细菌群落结构和多样性,在细菌属分类水平存在846个OTU,ACE和Chao1分别为2 224.8和1 498.8;Firmicutes门、Proteobacteria门和Bacteroidetes门属优势细菌类群,分别占细菌总数的64.9%,18.2%和9.1%;在属分类水平上,Syntrophomonas sp.为最优势细菌类群,占总丰度的14.5%,其次是Clostridium XI sp.,占总丰度的6.9%。     

基于玉米秸秆与牛粪混合物原料的高氢沼气制备工艺研究

对以玉米秸秆和牛粪混合物为发酵原料制备高氢沼气的工艺技术进行研究。提出温度、初始p H值等因素与产气量及其氢含量之间的关系。结果表明:发酵周期内的H2浓度在初始4 d内呈先升后降的趋势。当实验系统发酵温度为35℃时,累积产气量为10.6 L,其中H2浓度最高可达4.1%;当实验系统初始p H值为7.5时,累积产气量为14.1 L,其中H2浓度最高可达4.4%。     

热化学预处理玉米秸秆厌氧消化产气特性研究

以玉米秸秆为原料,对经热化学处理后的秸秆进行发酵试验,设置堆腐预处理和碱预处理玉米秸秆发酵作为对比试验。所得试验结果为:热化学预处理玉米秸秆单位容积最大日产气量为1.122 L/d,发酵30 d的单位容积累计产气量为15.995 L,平均甲烷含量为45.85%;发酵完成后,热化学预处理玉米秸秆总固体与挥发性去除率分别为35.50%与39.32%,比未处理玉米秸秆分别提高14.15%与10.64%。在对比发酵试验中,热化学预处理的处理效果与堆腐预处理相似,但低于碱预处理。     

黑曲霉AS0006预处理玉米秸秆产沼气研究

为了提高玉米秸秆与牛粪混合发酵的产气效率,文章对黑曲霉AS0006预处理后的玉米秸秆进行了研究,考察了不同预处理时间的玉米秸秆在混合厌氧发酵过程中的日产气量、累积产气量、TS和VS去除率以及木质纤维素去除率等发酵特性的变化情况。研究结果表明:黑曲霉AS0006对木质纤维素有较强的降解能力,玉米秸秆经黑曲霉AS0006预处理28 d后,纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别为26.86%,11.93%和25.09%;经过黑曲霉AS0006预处理的玉米秸秆与牛粪混合发酵可以提高日产气量并缩短厌氧发酵周期,其中,预处理21 d后的玉米秸秆的产气高峰最大,为523.4 mL/d;经过黑曲霉AS0006预处理的玉米秸秆与牛粪混合发酵后, TS和VS去除率以及木质纤维素去除率均比未经预处理的玉米秸秆高。     

华南地区稻草的厌氧干发酵制取沼气研究

研究了经过C/N调节和白腐菌预处理后的稻草在不同温度条件下的干发酵瓶试实验,并根据瓶试实验结果以及华南地区的气候条件,进行了常温1m3罐试实验.瓶试实验结果表明在35℃条件下秸秆干发酵较为稳定,具有较高的产气率、产甲烷率及沼气质量.1m3罐试实验在常温条件下运行89d,累积产气量22.6m3,且前45d的累积产气量约占总产气量的80.4%.发酵原料产气率为570L/kgVS,产甲烷率为240L/kgVS,甲烷百分含量最高可达62%.从pH值、产气量和甲烷百分含量来看,整个发酵过程均为正常发酵.通过循环发酵液的罐试实验表明,发酵液的循环能有效避免酸中毒并提高产气率和产甲烷率,对稻草干发酵而言,循环发酵液是一种较好的搅拌方式.该工艺可为华南地区稻草秸秆的资源化利用提供依据.     

一株纤维素降解菌的筛选及其在沼气应用中的研究

利用实验室保存的细菌、真菌和从牛粪、猪粪中分离出来的多株菌株,对秸秆纤维素进行降解试验,从而筛选出了能够降解秸秆纤维素(降解率为43.75%)的优势菌株.用几株降解效果较理想的菌株处理秸秆,对处理后的秸秆进行沼气发酵,通过高效气相色谱仪对沼气成分进行分析,发现从牛粪中筛选出的N2菌株效果较好,发酵2周后,其产气中甲烷含量为62.48%(体积分数,下同),二氧化碳含量为31.83%,氮气含量为2.11%.通过生理生化鉴定,初步鉴定N2菌株为枯草杆菌(Bacillus subtilis).