沼渣制备生物炭添加对小麦秸秆厌氧消化产气性能及微生物群落的影响

厌氧消化技术是利用有机废弃物制备可再生绿色能源重要手段,更是解决环境污染问题的重要途径之一,生物炭利用也是有效处理有机固体废弃物,解决环境污染的重要手段。文章结合了这两种方式协同处理小麦秸秆,采用批式厌氧消化实验装置,将不同温度下(400℃,500℃和600℃)制备的沼渣生物炭按照不同剂量(0%,5%,10%和15%)添加到反应装置中,探究其对小麦秸秆厌氧消化产气性能的影响。实验结果表明:所有添加了生物炭的实验组中小麦秸秆的产甲烷量均高于未添加生物炭的实验组。其中,在400℃制备条件下,添加5%的生物炭,时,小麦秸秆的单位VS产甲烷量和VS去除率最高,分别为297 mL·g-1VS和57.4%,比未添加组分别提高了40.1%和36.7%;与此同时,小麦秸秆厌氧消化系统中的细菌和古菌群落在水平上的优势菌种分别为Clostridium_sensu_stricto_1(18.5%)和Methanosaeta(69.2%)。因此,在小麦秸秆厌氧消化过程中添加沼渣生物炭,可作为提高小麦秸秆生物降解性和产甲烷性能的一种重要方式。

接种比对玉米秸秆水解产酸过程VFA浓度和产气量的影响

文章以厌氧污泥为接种物研究接种比对玉米秸秆水解酸化的影响。在有机负荷为50gTS·L-1的情况下,对底物与接种物比值(S/I)分别为2,4,6,8,10和无接种的情况下进行批式厌氧消化对比试验。结果表明:随着S/I的增加,出料VFA浓度呈先升高后降低的趋势,产气量逐渐减少;最佳S/I值为4,其出料中的pH值,VFA浓度,TS和VS去除率分别为4.9,10799.3mg·L-1,14.9%和15.1%。适量的添加接种物对秸秆水解酸化反应具有积极影响,同时确定了秸秆水解酸化反应的最佳时间为8d。水解酸化过程中,S/I=2和4时累积产气量最高,分别为2800和1940mL;S/I=4时,H2产量较高,为722mL。一级动力学模型可以很好地表征酸化阶段的VFA产量,S/I分别为2,4,6,8,10和无接种的条件下酸化产物生成的速率k1分别为0.34,0.27,0.29,0.34,0.39和0.52d-1。

不同粒径稻草的漂浮特性和厌氧发酵产气性能研究

为提高稻草厌氧发酵产甲烷效益,试验采用批式厌氧消化,研究了不同粒径稻草(40目,20目,10目和5目)的漂浮特性和厌氧发酵性能,对其在厌氧消化过程中的产甲烷性能、粉碎能耗、经济效益以及失水漂浮层变化规律进行分析。结果表明:5目稻草的产甲烷性能和经济效益最好,50 gTS负荷下消化50 d后单位VS产气量为238.47 mL,分别比40目,20目和10目的稻草高出了11.40%,20.09%和9.96%。5目稻草的挥发性固体VS的去除率和纤维素降解率分别为68.65%和59.77%,均优于其他粒径的稻草。稻草粉碎能耗与粒径负相关,5目稻草的耗电量为42 kWh·t^-1,分别比40目,20目和10目稻草的耗电量降低了81.74%,61.82%和40.00%。每吨5目稻草产甲烷净收益为259.1元,比40目,20目和10目稻草的净收益分别高出了228.93%,66.36%和23.26%。在产气高峰期时各试验组失水漂浮层在12 h内达到峰值,随后逐渐下降,而在发酵末期漂浮层厚度增加速率变得十分缓慢。40目稻草形成的失水漂浮层厚度最小且不稳定。本研究提供了一种经济性较优的稻草粒径,对于合理安排搅拌频率、降低能耗成本提供了一定的数据支撑。

氨水与冻融复合改性玉米秸秆对其高温厌氧消化过程的影响

文章采用CSTR高温反应器进行改性玉米秸秆厌氧消化实验,观察3个有机负荷(1.6,1.8和2.0 g·L^-1d-1)阶段下高温厌氧消化产甲烷性能变化和过程指标变化。实验结果表明,氨-冻融组玉米秸秆高温厌氧消化产甲烷性能最好,其单位VS产甲烷量在3个有机负荷条件下分别为314,309和306 mL·g-1vs,比未处理组分别提高了16.1%,19.3%和22.6%,比水-冻融提高了8.9%,10.6%和13.8%。且随着有机负荷的提高,3个高温系统厌氧消化过程指标(挥发性脂肪酸、pH值、氨氮、碱度和溶解性COD)值呈现出了一定的规律,且稳定性均良好,其中,氨-冻融组厌氧消化系统过程中氨氮值为658~1148 mg·L^-1,未达到抑制值。因此,对于工程应用来说,氨-冻融复合改性可作为提高玉米秸秆厌氧消化产甲烷量和生物降解性的一种重要方式。

酸化处理提高玉米秸秆厌氧消化性能及其优化研究

为了提高木质纤维素的水解效率,酸化相的出料被用来提高玉米秸秆的厌氧产甲烷性能,文章利用单因素方法考察了原料负荷、酸化时间和接种量对挥发酸浓度(VFAs)的影响,采用响应面方法对玉米秸秆酸化相水解产酸构建二次回归模型进行优化,然后将酸化相出料接种厌氧污泥后进行产甲烷试验,比较酸化后玉米秸秆的甲烷产率,得出挥发性脂肪酸产率和甲烷产率关系的数学模型。结果表明,酸化时间为5 d,接种比为6,有机负荷为50 gTS·L^-1时产酸效果最优,VFAs产率为270.50 mg·g^-1 TS。3个因素对VFAs产率的影响依次为接种比>有机负荷>酸化时间。在最优酸化条件下甲烷相出料的系统稳定性好,甲烷产率为285.97 mL·g^-1 TS,比未处理组提高了81.52%,回归性分析结果表明甲烷产率与VFAs产率有较高的相关性。因此,水解酸化可以明显提高木质纤维素的降解效率和甲烷产率。

氨水-氢氧化钾复合预处理提高菌糠厌氧消化性能的研究

针对菌糠酶水解性能和厌氧消化性能低的问题,文章开展了氨水-氢氧化钾(氨-钾)复合预处理提高菌糠厌氧消化产气性能的研究。结果表明:预处理试剂添加浓度为2%NH 3+4%KOH,35℃预处理3天条件下,稻草、玉米秸和麦秸3种菌糠甲烷产率分别提高20.0%,22.4%和16.7%,甲烷转化速率分别提高67.5%,145%和126.9%,生物降解性分别提高34.0%,39.1%和38.4%。预处理过程中3种菌糠半纤维素溶解,纤维素结晶结构被破坏,结晶度指数分别降低10%,13.6%和15.3%,预处理浸出物中SCOD含量分别提升50.4%,33.9%和36.7%;还原糖和VFAs含量分别提高至未处理的2.2,1.9,2.6倍和5.3,5.5,5.7倍。氨-钾复合预处理能够通过预水解作用提高菌糠厌氧消化性能,且对玉米秸菌糠提升效果最明显。

猪粪厌氧消化产气性能与物质流研究

为了探究畜禽粪便在厌氧消化过程中的物质转化效率,文章以猪粪为发酵原料,以沼气站沼液为接种物,通过测定日产气量、总产气量、甲烷含量、TS和VS去除率等数据,借助物质流分析方法,分析了厌氧消化过程在不同时期的气相、液相和固相中的物质转化规律。实验结果表明猪粪厌氧消化累积产气量为18280 mL,其TS和VS去除率分别为40.17%和56.30%,整个厌氧消化过程中的平均甲烷含量和二氧化碳含量分别为62.34%和28.35%。物质流和生命周期评价结果表明碳元素的流向为:生物气35.52%,沼渣56.22%,沼液8.26%;氮元素在的物质流向为:沼液为50.57%,沼渣为49.43%。该研究为猪粪的资源化管理和利用提供了理论依据。

KOH/NH_3·H_2O复合预处理稻草厌氧消化优化研究

文章提出一种KOH/NH_3·H_2O复合预处理稻草进行厌氧消化的绿色环保高效预处理方法,既能使稻草木质纤维素更好地进行生物降解产生物甲烷,同时能调节厌氧消化过程中的C/N,节省营养元素调配成本,且厌氧消化后产生的沼渣含K可直接用作沼肥,不会产生环境污染。运用正交实验法对预处理剂浓度(1%KOH+1%NH_3·H_2O,2%KOH+2%NH_3·H_2O,2%KOH+4%NH_3·H_2O,4%KOH+2%NH_3·H_2O)、预处理温度(20℃,30℃,40℃,50℃)、水添加量(稻草干重的3倍,6倍,9倍,12倍)、预处理时间(1 d,2 d,3 d,4 d)进行了优化筛选,试验结果表明,复合预处理稻草厌氧消化甲烷总产量为8738～10492 mL,比未预处理稻草(7343 mL)提高了19.0%～42.9%,效果明显(p<0.05)。对1%KOH+1%NH_3·H_2O复合预处理与2%KOH,2%NH_3·H_2O单试剂预处理稻草厌氧消化性能进行了比较。试验表明,复合预处理组累积产甲烷量及单位VS产甲烷量分别为10404 mL,244 mL·g^(-1)VS,比未处理稻草提高41.7%,比2%KOH预处理组提高19.4%,比2%NH_3·H_2O预处理组提高16.4%;1%KOH+1%NH_3·H_2O复合预处理组T_(80)为34 d,比未预处理,2%KOH,2%NH_3·H_2O单试剂预处理组分别提前9 d,7 d,2 d。KOH/NH_3·H_2O复合预处理能够促进稻草厌氧消化产甲烷,缩短厌氧消化周期,增加沼渣沼液肥效。

废铁屑和废硫酸厌氧腐蚀析氢反应影响因素研究

为提高废铁屑厌氧腐蚀析氢的效率以及为废铁屑和废硫酸的处置提供新思路,以废铁屑和废硫酸为原料,考察了废铁屑添加量、废铁屑粒径、废硫酸pH、搅拌转速以及温度等条件对废铁屑厌氧腐蚀析氢反应的影响。结果表明,所有实验组均在2h时析氢速率达到最大。在废硫酸pH为0的条件下,温度和转速对废铁屑的厌氧析氢反应影响基本无差别。考虑到成本及能耗,建议将废硫酸的pH设定为0,然后将废铁屑和废硫酸在室温下静置反应即可达到最大的析氢效果。

Surface Acoustic Wave Velocity and Electromechanical Coupling Coefficient of GaN Grown on (0001) Sapphire by Metal-Organic Vapour Phase Epitaxy

High-quality and high-resistivity GaN films were grown on (0001) sapphire face by metal-organic vapour phase epitaxy. To measure the surface acoustic wave properties accurately, we deposited metallized interdigital trans ducers on the GaN surface. The acoustic surface wave velocity and electromechanical coupling coefficient were measured, respectively, to be 5667m/s and 1.9% by the pulse method.