CaO预处理青稞秆厌氧暗发酵实验设计与暗发酵性能分析

厌氧消化技术是《固体废物处理与资源化》课程中处理有机废物最有效的处理技术之一。为了让学生更好地掌握厌氧消化方面的基础知识,以青稞秆为原料开展了厌氧暗发酵实验。通过暗发酵实验设计和对暗发酵性能进行分析,使学生掌握用实验数据进行做图和对实验数据进行简单分析的方法,在巩固基础知识的同时,培养学生对科学研究的兴趣。

零价铁强化水解酸化对厨余与餐厨垃圾混合厌氧消化性能的影响

基于厨余垃圾成分复杂而难以水解酸化的特点,提出通过投加零价铁强化厨余与餐厨垃圾水解酸化进而提高厌氧消化性能的策略。将厨余垃圾和餐厨垃圾按照不同配比混合,设置零价铁投加量为5、10、15和20 g/L,考察不同投加量条件下厌氧体系的消化性能。结果表明:酸化阶段厨余垃圾质量分数50%的试验组水解酸化效率最高,产生的乙醇和总挥发性脂肪酸(TVFA)总量比单独厨余垃圾试验组提高了206.78%;适量投加零价铁可以提高乙醇和TVFA的总产量,且投加量与油脂降解率、溶解性化学需氧量(SCOD)、乙醇和TVFA产量呈正相关;当投加量超过10 g/L后,零价铁对水解酸化的促进效果不明显。利用酸化出料进行甲烷化试验,投加零价铁组的累积产甲烷量有所增加,且产气速率提高,其中厨余垃圾占比100%、零价铁投加量10 g/L试验组的累积产甲烷量为(2664±130)mL,比对照组提高了15.61%。综合以上结果,在酸化相投加零价铁能够提高混合垃圾产气效率。

沼气水洗提纯吸收塔的体积吸收系数研究

文章以设计处理量为25 m^3/h的沼气压力水洗提纯装置为实验对象,研究了温度、压力、液气比、进气量和浓度等参数对提纯气CO_2浓度和吸收塔平均体积吸收系数KYa的影响,并提出了优化的操作参数条件。沼气提纯过程具有高浓度和高液气比的特点,文章分析了高CO_2浓度下的KYa理论计算公式,建立了以液、气相速度比UL/UG为基础的KYa数学模型,该模型和实验数据的偏差为-22%～17%。该模型既强调了沼气提纯过程具有高液气比的特点,又为沼气水洗提纯技术提供了合理的吸收性能分析经验公式,具有重要的工程价值。

纤维素与稻草厌氧消化产气性能对比实验研究

以纤维素和稻草为原料,猪粪消化液为接种物,进行厌氧消化对比实验。研究结果表明:纤维素单位TS产甲烷量分别比预处理后稻草和未预处理稻草高出18.4%和46.0%,纤维素厌氧消化VS去除率分别比预处理后的稻草和未预处理的稻草高出22.7个百分点和27.0个百分点。说明纤维素的厌氧消化较稻草的厌氧消化进行得更充分,而用NH_3·H_2O预处理稻草,能够提高稻草的厌氧消化效率;纤维素对微生物的可接触程度直接影响了厌氧消化产气性能。

KOH/NH3·H2O复合预处理秸秆过程中化学组分及木质纤维素形态结构的变化

为进一步了解KOH/NH3·H2O复合预处理对秸秆产气性能影响的内在原因,分别采用1%KOH+1%NH3·H2O(1K+1N)复合试剂以及2%KOH(2K),2%NH3·H2O(2N)单试剂预处理稻草48 h,对预处理过程中化学组分的变化进行分析比对,并利用傅立叶变换红外光谱(FTIR)、X-射线衍射(XRD)等测试技术,对KOH/NH3·H2O复合预处理过程中稻草木质纤维素形态结构的变化进行了研究。组分分析表明,1K+1N复合预处理液中可溶性物质增多,木质纤维素的脱除率比单试剂预处理提高了7.2%~34.8%。结构分析表明,1K+1N复合预处理明显促使木质素中部分官能团、纤维素的氢键和糖苷键以及木质素与纤维素、半纤维之间的连接键断裂,使包裹在木素中的纤维素更好地释放出来被溶胀降解,并破坏其晶体结构。稻草的这些内部结构变化是提高稻草厌氧消化产气性能的重要原因。

NaOH预处理提高甘蔗叶产甲烷性能及其机理分析

为提高甘蔗叶厌氧消化的产甲烷性能,采用NaOH对粉碎后的甘蔗叶进行了预处理,得到了不同NaOH浓度、不同预处理时间条件下甘蔗叶厌氧消化的甲烷产率,并研究比较了预处理前后甘蔗叶微观物理形态、化学分子结构和化学组分的变化。结果表明:与未预处理甘蔗叶相比,NaOH预处理甘蔗叶的累计产甲烷量提高了22.02%~89.94%,厌氧消化时间T80缩短了2~4 d,其中6%NaOH-5d预处理甘蔗叶的产甲烷性能最好;NaOH破坏了甘蔗叶表面蜡质层和细胞壁结构,促进了甘蔗叶表面二氧化硅、木质素等分解,打破了对纤维素的束缚;预处理后甘蔗叶的木质纤维素结构发生明显变化,其中木质素的羟基、甲氧基和羰基等部分官能团发生不同程度断裂,紧致的大分子结构发生分解,纤维素的结晶度降低,部分氢键遭到破坏,半纤维素发生了分子间和分子内的降解;预处理甘蔗叶的木质纤维素含量均有不同程度的降低,可被微生物分解利用的有机物质增多,其中6%NaOH-5d预处理甘蔗叶厌氧消化的木质素、纤维素、半纤维素降解率分别提高了9.27%、25.14%和21.52%。因此NaOH预处理是一种提高甘蔗叶厌氧消化产甲烷性能的有效方法。

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。

NaOH预处理甘蔗叶与猪粪-牛粪混合厌氧消化工艺参数优化

为探究Na OH预处理甘蔗叶与猪粪、牛粪混合厌氧消化性能,该文在研究甘蔗叶分别与猪粪、牛粪不同配比厌氧消化性能及动力学特性的基础上,采用Box-Behnken试验设计方法开展3种物料混合厌氧消化试验,并运用响应曲面法模拟和优化温度、混配比、C/N 3个工艺参数。结果表明,甘蔗叶与动物粪便混合厌氧消化时产生了协同作用,累积沼气产量比假设未产生协同作用的理论计算值提高了8.13%～15.01%;修正的Gompertz模型可以较好地模拟2种物料混合厌氧消化的动力学过程,相关度系数大于0.998;甘蔗叶与猪粪/牛粪(1:1)混合(甘蔗叶与粪比为1)厌氧消化的最优工艺条件为:温度36.5℃,C/N比27∶1,该条件下混合物料的单位干物质产沼气量实测值为337.5m L/g,与预测值(331.92 mL/g)非常接近。

沼液回流对牛粪和玉米秸中高温联合厌氧消化性能影响研究

文章研究了中高温(42±2℃)条件下沼液回流对牛粪和玉米秸联合厌氧消化性能的影响,并对不同进料浓度条件下反应器内pH、氨氮等系统稳定性指标进行了分析。结果表明:在不同进料浓度和不同沼液回流比条件下,100 g/L进料浓度和100%沼液回流比时系统产气效果最好,比对照组提高了20%;TS和VS去除率比对照组分别提高了10.9个百分点和10.2个百分点。说明沼液回流可以有效提高牛粪和玉米秸的产甲烷率和TS,VS去除率,从而为减少沼液排放和提高牛粪、玉米秸厌氧消化效率提供了新的途径。

高有机负荷下的稻草两级/单级CSTR厌氧消化工艺性能研究

文章以稻草为原料,采用两级和单级厌氧消化工艺,在较高有机负荷(100,120,140 g/L)下对稻草的消化性能进行了研究。研究结果表明:当有机负荷分别为100,120,140 g/L时,两级厌氧消化系统的产甲烷效率分别比单级厌氧消化系统提高了8.8%,11.5%,11.8%;两级厌氧消化系统的产甲烷量主要集中在第一级,随着有机负荷的提高,第二级的产甲烷量占比逐渐增加;两级厌氧消化系统的物质转化率比单级厌氧消化系统更高,并且两级厌氧消化系统中的大部分物质在第一级去除,与产气效率的结果相一致;两级和单级厌氧消化系统在3个高有机负荷条件下均可以稳定运行。

220t/h循环流化床锅炉运行12年的安全可靠性与经济性分析

对一台220 t/h循环流化床锅炉运行12年的安全可靠性与运行经济性指标进行了分析总结,也是对循环流化床锅炉发展十多年历程的一个总结。结果显示锅炉投运之初存在的问题和故障较多,安全可靠性和运行经济性指标均较低,随着循环流化床锅炉技术的不断创新和运行的不断优化,安全可靠性和运行经济性指标不断提高,目前各项指标趋于稳定。为大容量高参数循环流化床锅炉技术创新和运行优化提供参考数据。

KOH预处理玉米秸秆与猪粪混合厌氧消化过程中性能参数变化规律研究

为了探究KOH预处理玉米秸秆与猪粪厌氧消化过程中性能参数的变化规律,采用间隔卸料的方式在中温条件下进行厌氧共发酵,结果表明:预处理玉米秸秆与猪粪混合后可以改善产气性能,提高厌氧消化效率。经KOH预处理后的玉米秸秆与猪粪混合原料的产气高峰比未预处理的玉米秸秆与猪粪混合原料的产气高峰提前了3~6 d,产气速率和累积甲烷产量分别比未预处理组提高了9.6%~65.6%和13.8%;预处理可使原料消化更彻底,有机物去除率达到71.1%;修正后的Gompertz方程能较好地反映厌氧消化产甲烷过程,其中预处理组的产甲烷率速率(基于挥发性固体含量)比未处理组提高了8.8%。因此,采用KOH预处理玉米秸秆可以提高混合厌氧消化的产甲烷性能。

进料浓度和水力停留时间对分类有机垃圾厌氧消化性能的影响

针对分类有机垃圾在高含固率条件下厌氧消化时存在的负荷高、易酸化等问题,文章提出了通过延长水力停留时间(HRT)来调节有机负荷率的方法,研究了不同进料浓度和HRT组合条件下分类有机垃圾的厌氧消化性能。研究结果表明:在不同进料浓度和HRT组合下,分类有机垃圾厌氧消化的产气性能无显著差异,单位挥发性固体(VS)产甲烷率为300-330 mL(g·d),甲烷含量可达到56%;VS降解率均能达到70%以上,实现了有机物的高效降解;厌氧消化系统稳定性良好,各项指标均在合理范围内。

玉米秸秆两级CSTR厌氧消化工艺动力学性能研究

文章采用物料衡算模型、微生物衡算模型和一级动力学模型对两级CSTR厌氧消化系统的运行性能进行了研究。研究结果表明:两级厌氧消化系统HRT(20+20)d和HRT(30+10)d的产甲烷系数分别比单级厌氧消化系统HRT40d增加了5.38%和5.99%;HRT(20+20)d和HRT(30+10)d的第一级反应器的一级动力学常数高于HRT40d以及HRT(20+20)d和HRT(30+10)d的第二级反应器的一级动力学常数;HRT40d,HRT(20+20)d和HRT(30+10)d的微生物产率系数分别为0.003 8,0.016 6和0.020 4;在不同有机负荷率下,HRT(20+20)d,HRT30+10d和HRT40d的平均微生物浓度分别为0.221~0.350,0.275~0.447,0.047~0.076 g/L。

酸化温度对玉米秸秆厌氧水解酸化性能的影响

文章研究了不同酸化温度(35,40,45℃)对玉米秸秆厌氧水解酸化性能的影响。研究结果表明:酸化温度对玉米秸秆水解酸化的程度以及产酸代谢类型有显著影响;当酸化温度为40℃时,玉米秸秆水解酸化产生的可溶性化学需氧量(SCOD)和挥发性脂肪酸(VFAs)的浓度最高,产生的气体以H2和CO2为主;酸化相的pH值为5.14~5.51,VFAs中乙酸和丁酸含量之和占VFAs总量的85.2%~91.4%,此时酸化相进行的是有利于甲烷化的丁酸型发酵.

多角度分析P.ostreatus改性对玉米秸厌氧消化产气性能的影响

为提高玉米秸厌氧消化产气性能,采用Pleurotus ostreatus对其进行45 d改性试验。通过研究和分析不同改性时间的玉米秸对纤维素酶和木聚糖酶的吸附性、水解性及甲烷转化性的影响发现,经P. ostreatus改性25 d的玉米秸对纤维素酶和木聚糖酶吸附率分别提高了42.5%和21.0%,纤维素酶和木聚糖酶水解率分别提高12.9%和75.3%,甲烷产率为272 mL/g,较对照组提高了16.7%,甲烷转化速率提高了19.0%,生物降解性提高了19.7%。研究结果表明,P. ostreatus改性能够提高玉米秸厌氧消化性能,最佳改性时间为25 d。

猪粪在管道抽吸过程中的非牛顿流体流动阻力特性

为解决高浓度猪粪收集转运等过程涉及的基础性技术问题,以不同浓度猪粪为研究对象,探讨了含固率、真空度、管径及自然放置时间等参数对管道抽吸流量和非牛顿流体流动阻力特性的影响。结果表明:猪粪含固率由2%增加到20%,其流变指数由0.9523降至0.3004,抽吸流量随猪粪含固率增加而减少;抽吸流量与管径呈幂指增长关系,当猪粪的非牛顿流体特性增强时,管径是影响管道黏性阻力的重要因素;抽吸流量的平均降低率随自然放置时间不断增加,15 d后降低率为8.3%,25 d后达到26.2%;对于管道抽吸猪粪而言,高含固率(>16%)条件下实验范宁摩擦因子快速变大,说明此时不再适合抽吸;管道流动特征表现为高范宁摩擦因子(0.0066~3.0200)和低雷诺数(10~2435)的层流特征。以上研究结果可为畜禽粪污环保处理等相关领域提供参考。

Comparative investigations on pilot-scale anaerobic digestion of food waste at 30℃and 35℃

Parallel pilot-scale anaerobic digestion systems were conducted to evaluate the influence of system temperatures(30℃and 35℃)on digestion performance,greenhouse gas control and economic efficiency.Biogas productions(6.64-12.96 m3/d)and methane yields(0.46-0.61 m3/kg VS)of 35℃digestion system were significantly higher than those of 30℃digestion system with the organic loading rate(OLR)of 2.0-4.5 kg VS/m3·d.Two regression equations of methane yields with increasing OLRs were fitted at 30℃and 35℃to predict the methane production of practical food waste(FW)digestion plants.By analyzing process stability,the optimal operating OLRs of 35℃digestion system(4.0 kg VS/m3·d)was found to be higher than that of 30℃digestion system(3.0 kg VS/m3·d),indicating that the 35℃digestion system had better processing capacity.The greenhouse gas emission under corresponding optimal operating OLR of 35℃digestion system was also calculated to be better than that of 30℃digestion system.Even the system temperature of 30℃was found to be more suitable for the digestion where OLR was less than 3.0 kg VS/m3·d,a higher operational temperature of 35℃was still a better choice for conventional high-solid digestion.