酒糟沼气化利用的基础研发

酒糟是酒精工业和酿酒工业的废弃物,通过厌氧发酵不仅可以解决酒糟废弃物污染的问题,还可以提供能源,并且经厌氧发酵后的沼液、沼渣还可以用作生物肥。开展了中温(37℃)条件下的酒糟厌氧发酵产生沼气研究,并分析了厌氧发酵前后物料组成变化及酒糟沼液作为生物液态肥的可行性。结果表明:四种酒糟的沼气产量从高到低依次为玉米燃料乙醇酒糟、酱香型白酒酒糟、浓香型白酒酒糟、木薯燃料乙醇酒糟,对应的产气量分别为607.4、578.7、434.2、122.3 ml·g?1(以VS计);各酒糟厌氧发酵产沼气的甲烷体积分数均在60%~70%之间;酒糟的沼气产量与其VS降解率呈正比;酒糟发酵液各元素及离子含量符合生物液态肥标准,是一种很好的生物液态肥原料。     

酒糟沼气化利用的基础研发

酒糟是酒精工业和酿酒工业的废弃物,通过厌氧发酵不仅可以解决酒糟废弃物污染的问题,还可以提供能源,并且经厌氧发酵后的沼液、沼渣还可以用作生物肥。开展了中温（37℃）条件下的酒糟厌氧发酵产生沼气研究,并分析了厌氧发酵前后物料组成变化及酒糟沼液作为生物液态肥的可行性。结果表明：四种酒糟的沼气产量从高到低依次为玉米燃料乙醇酒糟、酱香型白酒酒糟、浓香型白酒酒糟、木薯燃料乙醇酒糟,对应的产气量分别为607.4、578.7、434.2、122.3 ml·g^-1（以VS计）;各酒糟厌氧发酵产沼气的甲烷体积分数均在60%～70%之间;酒糟的沼气产量与其VS降解率呈正比;酒糟发酵液各元素及离子含量符合生物液态肥标准,是一种很好的生物液态肥原料。     

酒精废水的甲烷化应用

采用自制的celrobic高效厌氧反应器进行酒精废水的甲烷化研究,通过在不同控制条件下的厌氧启动和运行,从而达到反应器的高转化效率.结果表明,在启动初期采用间歇进料方式,在后期采用直接连续进料方式,可以顺利地完成反应器的快速启动.当运行稳定后,COD为3万mg/L的酒精废水,经过在反应器内的厌氧甲烷化过程,废水出水COD约为1500mg/L,COD的去除率高达95%,并且沼气产率约为0.50L/g,沼气中甲烷含量为70%～75%,二氧化碳含量为20%～30%.     

厌氧发酵甘蔗糖蜜生产沼气中试

糖蜜是甘蔗制糖过程中的一种副产品,主要用作动物饲料添加剂与生物制品的发酵原料。利用糖蜜生产沼气不仅拓宽了糖蜜的利用范围,还可以延长蔗糖生产链,发展生物质能源。本研究利用内循环(IC)反应器,并在试验后期加入外循环泵,探究糖蜜厌氧发酵产沼气的可行性。研究结果表明,在常温条件下,水力停留时间为5 d,进水COD_(cr)为5 000～10 000 mg/L,单日COD去除率最高达到了88.00%,沼气日产量最高可达2.4 m~3,沼气中的甲烷含量最高达49.8%。结果表明,厌氧发酵糖蜜生产沼气可行,并具有产业化的潜力。     

木薯酒糟两相和单相厌氧发酵性能比较

为了降低木薯酒精厂工程运行成本,提高副产品木薯酒糟的应用价值,以木薯酒糟为原料,采用全混式半连续发酵和沼液回流方式,研究不同有机负荷[2.3、2.8、3.4、4.0 kg/(m~3·d)]条件下中温酸化(37℃)、高温甲烷化(50℃)木薯酒糟两相和高温单相厌氧发酵产沼气特性。结果表明,木薯酒糟中温酸化-高温甲烷化两相厌氧消化性能高于高温单相厌氧消化性能,中温酸化-高温甲烷化木薯酒糟两相厌氧发酵的最佳投料负荷为3.4 kg/(m~3·d),甲烷体积分数在64%~68%,TS产气量为435.42 m~3/t,容积产气率为1.49 m~3/(m~3·d)。高温单相厌氧发酵的最佳投料负荷为2.8 kg/(m~3·d),甲烷体积分数基本在54%~62%,TS产气量为367.5 m~3/t,容积产气率为1.05 m~3/(m~3·d)。实际沼气工程运行中,当有机负荷低于2.8 kg/(m~3·d)时,可采用高温单相厌氧发酵工艺;当有机负荷高于2.8 kg/(m~3·d)时,可采用中温酸化-高温甲烷化两相厌氧发酵工艺,以达到节省成本的目的。     

玉米芯与鸡粪混合发酵提高甲烷发酵性能

为提高玉米芯和鸡粪厌氧发酵甲烷产率,研究了玉米芯和鸡粪混合发酵性能。实验结果表明,玉米芯与鸡粪最佳混合比为5∶1,沼气和甲烷产率最高,分别是200mg/g和121.2mL/g（玉米芯/鸡粪,VS,下同),与单一鸡粪厌氧发酵相比,沼气产量提高了700%,玉米芯与鸡粪混合发酵有助于更多的生物质向甲烷转化。玉米芯与鸡粪在最佳比例下混合发酵时挥发性脂肪酸（VFAs）最高达2.56g/L,乙酸在VFAs中起主导作用。适当的鸡粪添加有助于体系氨氮含量增大和甲烷菌活性提高,过多鸡粪添加不利于甲烷总产量的提高。氨氮与VFAs的中和作用促进了体系的pH稳定。底物进料量对沼气产率有明显的影响,混合底物进料量为50g/L时总产气量最高,为7800mL,对应的甲烷体积分数为68.7%,而进料量为20g/L时沼气产率和甲烷产率最高,分别为325mg/g和184.3mL/g。玉米芯与鸡粪混合发酵能够改善碳氮底物（C/N）的发酵比、提高微量金属元素含量,是甲烷产率提高的主要原因。     

高温厌氧EGSB反应器处理木薯酒精废水的启动与运行

试验在高温(55℃)条件下用EGSB厌氧反应器处理木薯酒精废水.以中温厌氧颗粒污泥为接种污泥,通过改变进水COD浓度调节进水容积负荷,出水COD去除率可稳定在80%以上,pH在7.4左右,出水碱度范围为2800～4000 mg·L-1;沼气成分中CH4含量约为55%～61%,平均每kg COD的沼气产生量为0.256m3;对干燥木薯酒糟基质进行元素组成分析,推导出模拟分子式为C3.75H9O2.625N0.15S0.025,估算出沼气中理CH4含量为58.09%.出水pH随着系统COD去除率的变化而波动,可以通过系统pH的变化来判断厌氧EGSB反应器的运行效果.     

糖蜜厌氧发酵制备生物燃气的快速启动

糖蜜是一种制糖的副产物,富含各类有机物,常被用作发酵底物制备各类化工品,但鲜有用于制备生物燃气的报道。本研究采用糖蜜为底物以液态连续进料的方式实现了厌氧发酵的快速启动,COD去除率达70%以上,沼气产率达0.65 m~3/kg以上,沼气甲烷含量达80%以上。该工艺可克服传统固体/半固体沼气发酵启动周期长,产气效率低等缺点,因此具有一定的产业化潜力。     

不同温度下氢氧化钠预处理对玉米秸秆甲烷产量的影响

利用农作物秸秆进行厌氧发酵生产沼气是解决我国农村能源紧张的重要途径,然而秸秆中难以降解的木质纤维结构导致在发酵过程中甲烷转化率较低。利用自行设计的可控性恒温发酵装置,以玉米秸秆为发酵原料,分析了在不同温度条件下氢氧化钠（NaOH）预处理对秸秆木质纤维结构以及厌氧发酵产气效率的影响。结果表明,NaOH预处理能够显著降低玉米秸秆的木质纤维素含量,与未预处理的秸秆相比,经NaOH处理后的秸秆纤维素含量降低了24.4%～33.2%,半纤维素含量降低了14.2%～52.4%,木质素含量降低了9.3%～29.3%。在6%、8%和10%浓度中,经8%NaOH处理的秸秆在55℃下的甲烷产量最高,达到188.7 ml CH₄·（g VS）^-1,较未处理的增加了84.2%,因此可作为提高秸秆厌氧发酵产气效率的预处理方法。     

玉米秸秆高浓度厌氧发酵的启动过程特性

高浓度厌氧发酵具有单位体积产气率高、原料处理量大、需水量小、能耗低等优点,同时存在启动难和易酸化的问题。以玉米秸秆为原料,研究秸秆高浓度发酵过程接种物、分批进料结合渗滤液回流对启动的影响。结果表明,分批进料结合渗滤液回流工艺可有效实现高浓度厌氧发酵系统的稳定启动,反应器启动运行22 d,以污泥为接种物的秸秆累积产沼气量为43.54 ml·(g TS)?1,以湿法发酵的沼液为接种物的秸秆累积产沼气量为115.15ml·(g TS)?1。与以厌氧污泥为接种物的发酵系统相比,以湿式发酵沼液为接种物的高浓度厌氧发酵系统秸秆微观结构变化更明显,主要表现为半纤维的溶解;荧光原位杂交技术(FISH)结果也表明两种接种物系统的甲烷菌形态存在明显差异。     

农村有机生活垃圾与不同原料厌氧共发酵工艺优化

有效处理农村有机生活垃圾（rural organic household waste, ROW）对美化农村环境具有重要意义,在对其进行高浓度厌氧发酵时容易出现酸化和氨氮抑制现象,导致系统稳定性差。目前尚缺乏ROW不同共发酵底物和进料总固体（total solids,TS）浓度对厌氧发酵的影响研究。为提高厌氧发酵性能,减少环境保护压力,本文对ROW不同共发酵底物配比和不同进料浓度下厌氧共发酵特性进行研究,从而优化农村有机生活垃圾厌氧发酵工艺。文中对取自江苏徐州沛县的农村有机生活垃圾和江苏省农业科学院六合动物实验基地的猪粪（PM）、水稻秸秆（RC）进行厌氧共发酵。当发酵底物为ROW和PM时,甲烷产量随着进料总固体含量TS的升高而增加,最高为257.38mL/g VS;当发酵底物为ROW和RC,或者发酵底物为ROW、PM和RC时,进料TS质量分数从8%增加到12%时,甲烷产量随之增加,最高分别为339.59mL/g VS、322.16mL/g VS,当进料TS质量分数继续升高到15% 时,二者产量均出现降低且均低于其他实验组,分别为231.17mL/g VS、194.67mL/g VS。在本文所设置实验条件下,最优共发酵进料为：发酵底物为ROW和RC,生活垃圾与挥发性固体（VS）质量比为1∶1,进料TS质量分数为12%,甲烷产量为339.59mL/g VS。     

磷酸预处理对芦苇秸秆与牛粪混合厌氧发酵的影响

为研究酸预处理对芦苇秸秆-牛粪混合厌氧发酵的影响,采用6%磷酸对芦苇秸秆进行预处理,并与牛粪混合进行厌氧发酵制沼气实验,同时对酸预处理组和对照组在厌氧发酵过程中产气量、p H、COD以及发酵前后混合原料木质纤维素变化情况进行分析。结果表明,酸预处理提高混合原料发酵的产气量,其总产气量为97.24 m L/g,比对照组的产气量13.69 m L/g高出610.3%;酸预处理组p H更接近中性,表明该系统具有更好的抵御酸化能力和稳定性;酸预处理提高了发酵体系COD的含量,促进发酵原料的降解。研究表明,芦苇秸秆可以作为发酵原料进行再利用,且磷酸预处理可以提高发酵系统缓冲能力和原料利用效率。     

不同温度下氢氧化钠预处理对玉米秸秆甲烷产量的影响(英文)

利用农作物秸秆进行厌氧发酵生产沼气是解决我国农村能源紧张的重要途径,然而秸秆中难以降解的木质纤维结构导致在发酵过程中甲烷转化率较低。利用自行设计的可控性恒温发酵装置,以玉米秸秆为发酵原料,分析了在不同温度条件下氢氧化钠(NaOH)预处理对秸秆木质纤维结构以及厌氧发酵产气效率的影响。结果表明,NaOH预处理能够显著降低玉米秸秆的木质纤维素含量,与未预处理的秸秆相比,经NaOH处理后的秸秆纤维素含量降低了24.4%~33.2%,半纤维素含量降低了14.2%~52.4%,木质素含量降低了9.3%~29.3%。在6%、8%和10%浓度中,经8%NaOH处理的秸秆在55℃下的甲烷产量最高,达到188.7 ml CH4·(g VS)?1,较未处理的增加了84.2%,因此可作为提高秸秆厌氧发酵产气效率的预处理方法。     

玉米秸秆产生物燃气及其微生物群落解析

为研究玉米秸秆产沼气及其发酵过程中微生物群落变化,以预处理后的玉米秸秆为原料,采用10 L厌氧反应器进行批式中温发酵产沼气。同时取样利用454焦磷酸测序法测定发酵过程中微生物群落的变化。结果表明:该系统启动迅速,在第3 d就达到产气高峰7.78 L,料容产气率为0.97 L·L?1·d?1,46 d原料沼气产率和甲烷产率分别为236.84 ml·(g VS)?1和132.23 ml·(g VS)?1。454焦磷酸测序及分析表明系统中古菌主要为甲烷微菌纲(Methanomicrobia,占总OTU的89.63%),其次为热原体纲(Thermoplasmata,8.51%)古菌。发酵系统中共有22~29个细菌门,其中优势菌群为拟杆菌门(Bacteroidetes,平均含量46.07%)、变形菌门(Proteobacteria,平均含量20.51%)和厚壁菌门(Firmicutes,平均含量13.09%)。玉米秸秆沼气系统微生物群落结构的阐明可为秸秆沼气工程调控提供科学数据。     

利用外源氢气纯化升级沼气的研究进展

沼气发酵过程存在产气速率低和甲烷浓度低两个普遍问题。从甲烷生成的反应机理来看,如果提供充足的氢气,能够把沼气中的CO2成分转化为CH4,既提高了甲烷的产量,又提高了甲烷的浓度。介绍了最近国内外在这个方向上的探索性研究成果。实验表明,利用外源氢气确实可以纯化升级沼气,在一定条件下还可以达到生物甲烷的品质(即CH4浓度高于95%)。分析了这项技术实用化需要解决的两个关键问题:强化H2气液传质及获取廉价氢源。最后,对这个方向进行了展望,并提出了一个光电催化产氢与厌氧发酵产甲烷耦合的设想方案。     

农村有机生活垃圾干发酵氨胁迫下中试工艺

我国农村生活垃圾年产量达到2.94亿吨,占比约40%的有机部分需妥善处理。处理效率较高的干式厌氧发酵由于高有机负荷,容易出现酸化和氨氮抑制问题,在中试及以上规模的发酵中更加明显。农村有机生活垃圾与牛粪进行1m³规模的干式厌氧共发酵,卧式厌氧发酵罐内总固体含量为19.94%,对其沼气产量、甲烷含量、甲烷产量、挥发性脂肪酸浓度、氨氮浓度和微生物群落结构进行分析。结果表明发酵过程中未出现酸化和氨氮抑制,单位挥发性固体含量沼气产量达到1.253m³/kg,甲烷含量稳定在70%,甲烷产量达到了0.815m³/kg,远高于已有报道。微生物群落结构分析表明此次干式厌氧发酵中试系统的微生物生长环境良好,Methanosarcina相对丰度发酵全程大于80%,Firmicutes全程高于77%,分别为古菌和细菌的绝对优势菌群,发酵系统具有良好的微生物环境。     

煤制生物氢放大模拟实验研究

在5L厌氧发酵罐内,控制温度为30℃,pH值为6.5,进行为期10d的厌氧发酵产氢实验,对实验过程中液相的pH值、VFA(挥发性脂肪酸)摩尔浓度和COD值进行实时监控分析,并进行纤维素酶活性和氢化酶活性的检测.结果表明,氢气最大体积分数可达到52.3%,氢气最终产率为13.7mL/g.pH值一直下降,最低降至5.46;VFA摩尔浓度基本呈上升趋势,与pH值变化相对应,发酵类型属于丁酸型发酵.COD值呈现先上升后下降的趋势,最高值为4 368mg/L,且最终COD降解率为51.10%.纤维素酶活性在反应第4天出现最高值0.016 9mg/(mL·h),氢化酶活性最高值出现在反应第6天,为0.568mmol H_2/(min·mg).     

污泥厌氧发酵产沼气抑制物影响的研究进展

厌氧发酵产沼气作为污泥处置的重要技术,不仅能够解决生成量见长的污泥所造成的环境问题,而且能够缓解当前日益紧张的能源供需矛盾。氨、硫化物、金属离子、氢、短链及长链脂肪酸等物质可抑制厌氧发酵菌群的活性,从而显著降低污泥厌氧发酵产沼气效率。本文围绕影响污泥厌氧发酵产沼气过程的氨、硫化物、金属离子、氢、短链及长链脂肪酸等抑制物的研究进展进行了阐述及分析,以期为高效污泥厌氧发酵产沼气技术的研发提供参考。     

玉米秸秆高浓度厌氧发酵的启动过程特性

高浓度厌氧发酵具有单位体积产气率高、原料处理量大、需水量小、能耗低等优点,同时存在启动难和易酸化的问题。以玉米秸秆为原料,研究秸秆高浓度发酵过程接种物、分批进料结合渗滤液回流对启动的影响。结果表明,分批进料结合渗滤液回流工艺可有效实现高浓度厌氧发酵系统的稳定启动,反应器启动运行22 d,以污泥为接种物的秸秆累积产沼气量为43.54 ml·（g TS）^-1,以湿法发酵的沼液为接种物的秸秆累积产沼气量为115.15 ml·（g TS）^-1。与以厌氧污泥为接种物的发酵系统相比,以湿式发酵沼液为接种物的高浓度厌氧发酵系统秸秆微观结构变化更明显,主要表现为半纤维的溶解;荧光原位杂交技术（FISH）结果也表明两种接种物系统的甲烷菌形态存在明显差异。     

餐厨垃圾与固体废物共消化产气效果研究

为研究餐厨垃圾与不同固体废物厌氧共消化产气的效果,探究餐厨垃圾/污泥共消化最佳进料方式,采用自制的全混合厌氧反应器,通过产气量和甲烷含量综合评价餐厨垃圾与不同固废(鸡粪、猪粪、玉米秸秆、麦秆、稻杆和活性污泥)共消化系统在不同配比下产气的潜力;通过产气性能和消化液的pH值、VFAs质量浓度、氨氮质量浓度、碱度综合评价进料方式对餐厨垃圾/活性污泥共消化系统的影响。结果表明:餐厨垃圾与6种不同底物混合共消化系统的产气潜力分别是活性污泥(5∶5)>鸡粪(5∶5)>玉米杆(3∶7)>麦秆(3∶7)>猪粪(1∶9)>稻杆(5∶5);餐厨垃圾/活性污泥共消化系统连续式进料的各项指标均优于序批式进料,更适合厌氧发酵产沼气。