牛粪产氢产甲烷联合发酵产能效率的实验研究

为了克服产氢发酵和产甲烷发酵都存在的能源转换效率低这一瓶颈,实验将产氢发酵和产甲烷发酵进行联合,以牛粪为原料,进行产氢产甲烷联合发酵产能效率的研究,以期提升整体厌氧生物处理的产能效率;在产氢发酵阶段,通过调节pH值至5.0,抑制产甲烷菌、中断产甲烷过程的手段来实现产氢发酵,使其在产生氢气的同时生成小分子有机酸及醇类等有机物,当产氢发酵结束后,将产氢余液提供给产氢产乙酸菌和产甲烷菌进行产甲烷发酵,使小分子有机酸及醇类等物质继续代谢生成甲烷;结果显示牛粪产氢产甲烷联合发酵的能源转换效率为28.15%,明显高于牛粪产氢发酵的(9.76%)以及牛粪单独产甲烷发酵的(25.8%);结果表明本实验所建立的产氢产甲烷联合发酵模式能显著提升传统厌氧生物处理的能源转换效率。

木薯酒精废醪产氢潜力的试验以及对产氢产甲烷联合发酵的研究

以木薯酒精废醪为原料,通过调节pH值至5.0,在(35±1)℃的中温条件下进行批量式沼气发酵实验,发酵料液的TS浓度设为6%。实验结果表明,氢气发酵试验的运行时间为11 d,净产气量为1615 mL,产氢潜力为92.13 mL/g(TS)、97.58 mL/g(VS),能源转换效率为1.58%。针对产氢发酵和产甲烷发酵能源转换效率低这一问题,对产氢、产甲烷联合发酵进行了分析,讨论了原料种类、接种量、温度、pH值、发酵浓度、氢气分压等参数对联合厌氧发酵的影响以及对发酵过程中动力学和菌群的探讨,并对以厌氧产氢产甲烷联合发酵的方法处理木薯酒精废醪进行了讨论。研究结果可为以后木薯酒精废醪的能源高效利用提供参考。

猪粪厌氧发酵联产氢气和甲烷的能源转换效率研究

[目的]探讨猪粪厌氧发酵先产氢气后产甲烷的能源转换效率,以期提高传统厌氧发酵的能源转换效率。[方法]将发酵料液的p H调节至4.5~5.5,首先进行厌氧发酵产氢气,产氢结束后将产氢发酵液的p H调节至6.5~7.5进行厌氧发酵产甲烷。[结果]猪粪厌氧发酵联产氢气和甲烷的产能效率为44.06%,明显高于猪粪单独厌氧发酵产氢的产能效率（14.43%）以及猪粪单独厌氧发酵产甲烷的产能效率（32.80%）。[结论]厌氧发酵联产氢气和甲烷能有效提升传统厌氧发酵产能效率。

生物产酸对木薯酒精废水发酵联产氢气和甲烷的影响

在温度为36.0±0.5℃,初始pH值为4.5,5.5,6.5和7.5条件下进行生物产酸过程,当初始pH值为6.5,获得最大生物产酸率为53.13%,产酸过程进行168 h后再进行厌氧消化过程。用修改的Modified Gompertz模型处理两级厌氧消化与直接厌氧消化的实验数据,获得最大比产气量、最大比产气速率和滞留时间等厌氧消化动力学参数。拟合结果表明,初始pH值为7.5,6.5和5.5实验组的两级厌氧消化比直接厌氧消化的产气效果好,初始pH值为4.5的两级厌氧消化产气效果相对较差。初始pH值6.5的实验组产气效果最优,以单位质量MLVSS计的最大比产氢量和最大比产甲烷量分别为90.63 mL/g和199.33 mL/g。以单位质量MLVSS计的最大比产氢速率和产甲烷速率分别为13.00 mL/(g·h)和1.37 mL/(g·h)。两级厌氧消化比直接厌氧消化处理木薯酒精废水的能源转化率提高了19.01%。

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1546.46 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1554..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。

甲烷13C同位素比值表征温度对甲烷生成途径的影响

采用测试气相碳同位素比值的方法比较了中温厌氧降解和高温厌氧降解过程中甲烷(CH4)生成途径的差异,表征了生活垃圾厌氧消化过程CH4生成途径的演变,并结合气液相化学组分和产甲烷菌荧光原位杂交(FISH)分析对同位素表征结果进行了验证.中温(35℃)条件下,垃圾降解初期甲烷13C同位素比值(1δ3CH4)下降至-69.5‰,表明此阶段CH4主要产生自CO2还原途径;随着垃圾降解进入快速产CH4阶段,δ13CH4值相应迅速上升至-23.8‰,说明乙酸发酵逐渐成为CH4生成的主要途径,FISH实验结果也发现此阶段以乙酸发酵型产甲烷菌Methanosarcinaceae为主;当产CH4速率逐渐减小进入稳定期时,δ13CH4值迅速降低至-55‰后相对稳定,说明乙酸发酵途径的比例减小,并且维持在较稳定的水平.高温(55℃)条件下,δ13CH4值始终维持在约-70‰,表明甲烷主要由CO2还原作用生成,在快速产CH4阶段,乙酸氧化和CO2还原作用是CH4生成的重要途径.

紫茎泽兰产氢产甲烷联合发酵的研究

以脱毒预处理的紫茎泽兰为原料,调节发酵体系的pH,可实现紫茎泽兰产氢产甲烷联合发酵.pH为4.7~5.5的情况下先产氢后调至中性产甲烷,对比实验为pH6.5~7.5的情况下先产甲烷后调节至酸产氢.实验结果表明：先产氢后产甲烷实验的TS和VS原料利用率均高于先产甲烷后产氢实验,且纤维素、半纤维素和木质素利用率也高出32.60%,45.80%和50.26%;紫茎泽兰产氢阶段终点可根据实验组、对照组产气趋势是否趋于一致来进行判断;先产氢后产甲烷实验的产甲烷速率比先产甲烷后产氢实验高出18.85%,有效缩短了发酵周期;先产氢后产甲烷实验实现了能源利用效率的68.54%,而先产甲烷后产氢实验只实现了能源利用效率的15.35%.实验得出,与先产甲烷后产氢发酵、单独产甲烷发酵、单独产氢发酵相比,紫茎泽兰联合产氢产甲烷发酵是理想的紫茎泽兰利用途径之一.

厌氧消化技术在日本有机废水和废弃物处理中的应用

日本污泥厌氧消化始于1932年,目前污泥厌氧消化工程已超过300个,消化池总容积达210×104m3。目前,全日本共有300多座升流式厌氧污泥床反应器(upflow anaerobic sludgebed,UASB)和膨胀颗粒污泥床(expanded granular sludge bed,EGSB)处理厂,主要用于包括啤酒废水、软饮料废水、酿酒废水、食品加工废水和化工废水在内的高浓度有机工业废水的处理。总结了厌氧消化技术在日本有机废水和有机废弃物处理中的应用状况,以及运行参数。此外,对日本厌氧消化技术在厌氧膜生物反应器、产氢产甲烷两段发酵和沼气生物脱硫等方面的新进展也进行了介绍。