城市有机垃圾发酵工艺研究

用先好氧后厌氧发酵，两步发酵和高固体浓度发酵三种方法对城市有机垃圾厌氧产甲烷进行了研究。结果表明：前者具有启动快，产气量高，处理周期短等优点。而直接采用厌氧发酵，由于挥发酸大量积累，启动困难，产气量少。采用两步法发酵可显著提高挥发酸和甲烷产量，还能提高城市固体废物的生物降解率。Ｔｓ在２０％－５０％以下时高固体浓度发酵能正常产甲烷，最终ＰＨ和挥发酸均正常。在此范围内随着Ｔｓ的增大甲烷产量逐渐减少。Ｔ     

温度条件对猪粪厌氧发酵沼气产气特性的影响

以猪粪为发酵原料、以中温厌氧发酵瓶的底物为接种物，在自制的小型厌氧发酵装置上，研究了温度条件对猪粪厌氧发酵产气特性的影响。结果表明，在发酵初、中期，中温（37℃）试验组显现了明显的优势，日产气量和累积产气量都高于高温（52℃）和室温试验组。高温和室温试验组的微生物活性因受到环境温度改变的影响，甲烷化反应受到明显抑制。当发酵进行到后期时，高温试验组日产气量高于室温和中温试验组。中温、高温和室温3个试验组在发酵15d时，沼气中甲烷含量分别为59．8％，70％，62.3％。     

户用太阳能恒温沼气生产系统批式半连续发酵产气性能试验

在甘肃省民勤县测试户用太阳能恒温沼气生产系统以半连续工艺发酵的产气性能。在当地冬季气象条件下,产气系统半连续补料厌氧发酵试验结果发现:该系统采用半连续补料发酵可在冬季最低环境温度为-18.2℃时连续稳定运行。在116 d试验期内,平均日产沼气0.95 m~3,累计产气110.71 m~3;当达到最低环境温度时,系统可实现在(27±2)℃的范围内的稳定产气;批式厌氧发酵过程半连续补料可维持较稳定的甲烷含量,平均甲烷含量为54.74%;另外,该产气系统在基质浓不变的度条件下可通过调节发酵温度,满足不同时期4～5口人家庭的生活燃气用量的需求。     

梨渣与猪粪混合厌氧消化产气试验研究

试验研究了梨渣和猪粪在分批厌氧发酵和连续厌氧发酵工艺中的产气性能.分批厌氧发酵考察不同接种量、渣粪比以及发酵温度对梨渣产气量和甲烷含量的影响,结果表明,接种量为30％和40％时发酵可以正常启动;梨渣中加入猪粪后产气性能提高,渣粪比为1:∶1时,甲烷含量在60％以上;高温条件下的总产气量比中温条件下高32％,但所产沼气中甲烷含量偏低.连续厌氧发酵试验表明,梨渣的添加比例从15％提高到50％时,干物质产气率从207 L/kg降低到109 L/kg,甲烷含量从81.2％降低到57.0％.     

沸石对鸡粪沼气发酵特性的影响

针对鸡粪厌氧发酵产甲烷过程中的氨抑制问题,采用生化产甲烷潜力(BMP)装置在中温(35±1)℃条件下进行以鸡粪为底物,沸石为添加物的厌氧消化试验,探究不同沸石添加量(添加沸石体积占发酵液体积的百分比2.5%、5.0%、10.0%和0%)对鸡粪厌氧发酵产沼气特性的影响。结果表明:当沸石添加量为10.0%时,总产气量最大,达到3340 mL。沸石添加量5.0%的试验组在发酵第21天时甲烷含量达到最大值73.06%,比对照组提高4.86%。采用一级动力学模型、Transfer模型和Cone模型进行累积产气率的动力学分析,其中Cone模型与实际累积产气率拟合度最高(R2为0.9837～0.9964)。     

构树与不同生物质废弃物混合厌氧发酵产气性能研究

在温度(55±1℃)和总挥发性固体浓度(2%)为固定参数,碳氮比(C/N)为可变参数的条件下,研究了构树和牛粪、餐厨垃圾、水稻秸秆分别进行混合发酵的产气性能。研究结果表明:与单一发酵相比,混合发酵均能提高甲烷产量,当构树与餐厨垃圾混合物的C/N为20时,可获得最高的累积产甲烷量(411.71 mL/g),比构树和餐厨垃圾单独发酵时的累积产甲烷量分别提高了45.45%和12.61%;构树与餐厨垃圾、牛粪、水稻秸秆进行混合发酵时,原料之间均存在协同作用,其中,构树与水稻秸秆在C/N为15的条件下进行混合发酵时,协同指数最高,为18.69%;构树与不同废弃物的混合厌氧发酵过程符合修正Gompertz方程(R~20.97),可用该拟合方程模拟混合厌氧发酵过程。     

超声波预处理对秸秆发酵的影响

以秸秆为研究对象,在37℃条件下对不同的超声波强度和工作时间预处理的秸秆进行为期50 d的厌氧发酵试验,分析发酵过程中产气效率、累计产气量、pH值、CH4浓度等参数变化,并对秸秆微观结构进行电镜扫描,研究超声波预处理对秸秆微观结构的破坏以及厌氧发酵产气特性影响。试验结果表明:超声波预处理能提高秸秆发酵累计产气量和产气效率,平均单位日产气量由未经预处理的4.54 ml/(g.d)提高到经超声波处理后的6.86 ml/(g.d),提高了51.10%;超声波预处理对秸秆发酵pH无显著影响;沼气中平均甲烷浓度由未经预处理的43.83%提高到处理后的47.86%;最佳超声波预处理功率为225 W,处理时间为30 min。     

基于火用效率的玉米秸秆厌氧发酵单产和联产氢烷性能分析

玉米秸秆厌氧发酵产氢、产甲烷,联产氢烷是秸秆能源化利用的3种重要的生化转化模式。为了筛选出玉米秸秆高效的生化转化模式,在玉米秸秆基质浓度分别为20,30,40,50,60 g/L的条件下进行了光发酵产氢、厌氧发酵产甲烷和光发酵产氢-厌氧发酵产甲烷两阶段联产氢烷的试验,从热力学火用效率和生态火用效率的角度对玉米秸秆单产或联产氢气和甲烷的性能进行了分析和评价。研究结果表明,光发酵产氢时,底物浓度为40 g/L的累积产氢量和累积收益火用最大,分别为323.67 mL和3.41 kJ,最大热力学火用效率为1.58%。厌氧发酵产甲烷时,底物浓度为60 g/L的累积产甲烷量和累积收益火用最大,分别为1 546.46 mL和57.38 kJ,最大热力学火用效率为31.01%。氢烷联产时,底物浓度为60 g/L的氢气和甲烷联产的累积产甲烷量和累积收益火用最大,分别为1 554..83 mL和60.83 kJ,最大热力学火用效率为22.20%。3种模式相比,玉米秸秆厌氧发酵单产甲烷转化具有最高的火用效率,且热力学火用效率和生态火用效率的评价结果是一致的。     

温度对低温选育复合菌系产甲烷活性的影响

通过低温驯化,以甲烷含量及产气量为研究指标,选育出一组稳定的低温、高效产甲烷复合菌系.14.0±0.5℃培养,15天时甲烷纯度达到63.3％、产气量为139mL,分别较样品提高386.0％和18.7％.SPSS分析表明,温度对产气量及甲烷含量的影响达到显著水平,根据回归方程计算得到复合菌系的最适产气温度为1 3.0～22.0℃.通过对产甲烷活性抑制与恢复性研究,结果表明30C对复合菌系中的关键微生物的抑制作用具有不可恢复性,推测复合菌系中的微生物多为专性嗜冷产甲烷古菌.10％为该复合菌系最适接种量,8％为沼气发酵过程复合菌系的最佳底物浓度,且增加底物浓度接近干法水平复合菌系仍然可以完成发酵正常产气.     

外源添加物对抗结壳沼气反应器产气特性影响

针对沼气反应器发酵原料利用率低、发酵周期长、产气率低等问题,实验研究尿素、复合磷酸盐及复合维生素等外源添加物对以马铃薯皮为发酵原料的新型抗结壳沼气反应器产气性能的影响。结果表明:一定浓度的外源添加物能缩短抗结壳沼气反应器的发酵启动时间,促进甲烷合成,显著提高反应器的日产气量。在最佳尿素添加量为1.0g/L时,总产气量提高52.9%,池容产气率为0.869m3/(m3.d),发酵后期甲烷浓度稳定在约65%;复合磷酸盐最佳添加量为1.200g/L时,此时总产气量提高28.9%,池容产气率为0.659m3/(m3.d),发酵后期甲烷浓度稳定在约68%;复合维生素最佳添加量为0.015g/L时,其总产气量提高48.4%,池容产气率为0.843m3/(m3.d),发酵后期甲烷浓度稳定在约70%。     

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。     

狼尾草高底物同步糖化乙醇发酵全残留物产甲烷特性研究

以汽爆狼尾草的高底物浓度乙醇发酵全残留物为底物,进行甲烷潜力测试(BMP)以及单相全混式连续搅拌反应器(CSTR)厌氧消化实验,以验证乙醇发酵全残留物的产甲烷特性及残留物中各组分在生产清洁能源甲烷时的底物贡献率。经过50 d的BMP实验,甲烷产量最终达到884 mL,相应的甲烷产率为390.6 mL/g VS,其中纤维素和半纤维素在第10天达到产气高峰,累计产气量占全残留物累计产气量的48.2%,小分子酸和酶与酵母在第2天达到产气高峰,其产气量分别占全残留物累计产气量的22.4%和26.4%。随后使用CSTR反应器进行单相厌氧消化,有机负荷从1.5 g VS/(L·d)逐渐提升至3.5 g VS/(L·d),最终获得457.1 L/kg VS的甲烷产率和47.3%的挥发性固体(VS)去除率。结果表明:狼尾草作为一种木质纤维素原料,在获得满足工业蒸馏需求的乙醇浓度后,其发酵全残留物仍可作为良好的底物通过厌氧消化制取甲烷,不仅减少工艺的环境排放负荷,而且可提高原料的利用率。     

接种量对易腐垃圾发酵产氢和产甲烷的影响研究

试验研究了不同接种量对易腐垃圾厌氧消化的影响.在垃圾投加量为发酵容积的25%,接种量为发酵容积的12.5%～75%时,垃圾发酵的产氢量与接种量无明显的相关性;当接种量由发酵容积的12.5%提高到37.5%,垃圾的TS降解量、VS降解量、产沼气总量、产甲烷量分别提高了4.2倍、1.6倍、7.9倍、1 972.3倍;当接种量由发酵容积的37.5%提高到75%时,垃圾的TS降解量与VS降解量、产沼气总量及产甲烷量无较大变化,但反应的抑制期从25 d缩短至15 d.试验结果表明,为稳定易腐垃圾厌氧发酵产气,接种量不宜低于发酵容积的37.5%.     

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。     

生物强化菌系添加量对不同食微比餐厨垃圾厌氧发酵性能影响

为考察生物强化菌系添加剂量对餐厨垃圾厌氧发酵性能影响,确定不同食微比（F/M）下最佳菌剂添加量,进行了批式厌氧发酵实验。以实验室已获得的丙酸产甲烷菌系为生物强化菌系,对不同F/M（0.5、1.0、2.0）进行生物强化,菌剂添加量设置为5%、10%、15%、25%、35%比,通过产气性能及中间代谢产物的对比,结合产甲烷动力学评价生物强化效果。结果表明：各剂量的生物强化均可促进餐厨垃圾产气,提高累积产甲烷率1 ~ 3倍;各F/M下,累积产甲烷率均随生物强化剂量增加而增大,35%的添加量产气效果最佳。就生物强化效率而言,3组F/M发酵中,F/M为1.0且菌系添加量为15%时,单位质量菌剂获得最大甲烷提升效率（1 706 mL/gVS_菌剂）;中间代谢产物分析显示,生物强化可促进丙酸和乙酸的降解,避免酸抑制,从而提高产甲烷能力。修正Gompertz模型对产甲烷潜力动力学分析表明,生物强化可以缩短不同食微比下的发酵延滞期,加快反应进程。     

温度和pH值对餐厨垃圾和牛粪混合厌氧发酵的影响

通过序批式厌氧发酵,以产气量、产甲烷量、厌氧发酵过程中pH值以及有机物降解程度为指标,研究了不同温度、不同初始pH值对餐厨垃圾和牛粪混合厌氧发酵的影响。试验结果表明,温度为50℃时,厌氧发酵效果最佳,其单位产气量(以VS计)为722.98 mL/g,甲烷体积分数最高达62.73%.,有机物去除率为67.5%;初始pH值为7时,厌氧发酵效果最佳,其单位产气量(以VS计)为618.23 mL/g,甲烷体积分数最高达62.4%,有机物去除率为66%。     

皇竹草厌氧发酵特性及稀土元素溶出研究

为探讨稀土尾矿区修复用皇竹草的厌氧发酵特性和发酵过程稀土元素溶出情况,开展不同发酵浓度（总固体浓度分别为2%、4%、6%、8%、10%）的中温（37±1℃）批式厌氧发酵实验。结果表明,总固体（TS）浓度为4%条件下皇竹草产甲烷性能最佳,日产甲烷率和累积产甲烷率分别为25.56 mL/g和197.33 mL/g。采用修正Gompertz方程能较好地模拟不同TS下皇竹草发酵累积产甲烷率的变化。分析发酵液中稀土元素浓度变化,结果表明,皇竹草内的稀土元素在厌氧发酵过程中只发生小部分溶出,主要包括La、Ce、Nd、Sc、Y等,各处理发酵液中稀土元素浓度并未超出文献报道的抑制浓度。相关性分析结果表明,稀土元素溶出率与发酵体系的TS浓度、化学需氧量（COD）呈负相关,与pH呈正相关。研究可为稀土矿区皇竹草沼气工程应用和发酵剩余物的肥料化利用提供指导。     

TS对城市有机垃圾和剩余污泥联合厌氧消化的影响

在中温(35℃)条件下,以城市有机垃圾和污水处理厂剩余污泥为发酵原料,其中生活垃圾∶污泥=4∶1(w/w,干重),研究了固形物含量分别为3%,4%,6%,8%,10%对厌氧发酵过程及发酵效率的影响。结果表明:当发酵液TS为4%时厌氧发酵效率最高,发酵过程中pH适宜产甲烷菌生长,产气时间长,累积产气量最大,为11 967 mL,且甲烷含量较高;同时发酵过程中氨氮浓度升高缓慢,不会对甲烷菌造成氨抑制,对原料中有机质的降解效果明显,COD去除率为61.7%,TS去除率为47.19%,VS去除率为55.93%。     

添加酒糟、草木灰对猪粪厌氧发酵的影响

以猪粪为发酵原料,研究在25℃条件下分别添加不同量的酒糟、草木灰对厌氧发酵产沼气的影响,分析了厌氧发酵过程中产气速率、累积产气量、pH值、氨态氮质量浓度及甲烷含量的变化。结果表明,在猪粪中添加草木灰1 g,累积产气量大且甲烷含量高;添加酒糟5 g,累积产气量大且甲烷含量高。添加1,3,5 g草木灰,pH值呈现降低—升高—稳定的趋势,氨态氮呈现升高—降低—稳定的趋势;添加1,3,5 g酒糟后,发酵过程中的pH值和氨态氮变化规律相似,均呈现升高—降低—升高—稳定的趋势。因此,合理的酒糟、草木灰添加量是提高猪粪厌氧发酵产气量及甲烷含量的前提。     

醋糟厌氧发酵特性的研究

以醋糟为厌氧发酵原料,分别进行了连续进料试验和全进全出料试验。连续进料试验结果表明,在每天进料量保持不变的情况下,日产气量稳定,平均产气率为0.918 m3/(m3.d),最高产气率可达1.111 m3/(m3.d)。经过计算可知,8.52 kg醋糟可产1 m3沼气。全进全出料发酵试验结果表明,醋糟厌氧发酵的体积上浮和膨胀非常明显。当进料浓度为4%时,料液最大膨胀体积为322.68 cm3,为发酵料液体积的28.8%。醋糟厌氧发酵具有降解速率快,滞留期短等特点。