生物质好氧发酵热生产与回收利用研究进展

好氧发酵是目前有机固体废弃物处理的一种有效手段。人们对于好氧发酵的研究主要集中在高效有机肥的获取上,但发酵过程产生的热能不容忽视。发酵热作为一种“零碳”能源,可代替传统化石能源应用于加温供暖、生物干化等领域,助力实现“碳达峰、碳中和”。为将生物质能高效转化为热能利用,人们对发酵热回收利用进行了研究,但是没有将热生产、热回收和热利用三个阶段进行系统联系,导致热回收工艺效率不高。该文主要阐述了好氧发酵产热原理,并从菌剂、原料理化性质和发酵工艺三个方面对发酵热生产的影响进行了探讨,总结了现有热回收利用系统,最后对生物质好氧发酵热生产与回收利用系统的发展方向进行展望,以期为生物质发酵热能利用提供支持。

降低发酵热高峰值的高产谷氨酸发酵工艺研究

在夏季高温气候时,谷氨酸发酵温度容易失控,发酵产率低,针对这一现象,研究了降低发酵热高峰值的高产谷氨酸工艺。通过采用了二次接种异步发酵方法,降低发酵过程中发酵热高峰值,使发酵温度容易控制,并提高了谷氨酸发酵产率,试验中的单罐谷氨酸产量和糖酸转化率比一次接种同步发酵分别提高了22.26%和2.70%。

发酵基质含水率对牛粪好氧堆肥发酵产热的影响

以牛粪和玉米秸秆为原料进行好氧堆肥试验,采用氧弹量热法测定发酵产热量,研究堆肥原料不同初始含水率(物料初始含水率w分别为41%、50%、55%、65%和75%)对发酵产热的影响,以及堆肥过程中有机质损失与产热的关系。结果表明,在堆肥第3天各处理(除初始含水率75%处理)温度均达55℃以上,堆肥各处理均表现为前3 d有机质降解最快,热值损失最多。物料初始含水率为41%～65%时,发酵产热量与物料初始含水率呈显著正相关。初始含水率65%对堆肥最有利,有机质损失和总热值变化最大,有机质损失29.18%,总产热量为2 236 kJ.kg-1,若所产热量全部用于去除水分,可以使堆肥物料水分完全去除。

氮源NH_4Cl浓度对粪产碱杆菌发酵生产热凝胶的影响

研究了利用粪产碱杆菌 (Alcaligenesfaecalis)发酵生产热凝胶的发酵条件 ,氮源是菌体生长的限制性底物 ,单纯地提高初始底物 (氮源 )浓度并不一定能促进细菌的生长和产物的合成。在分批发酵过程中 ,底物消耗导致培养环境pH的改变也是影响细菌进一步生长和产物合成的重要因素。通过增加培养基中初始氯化铵的浓度并同时控制发酵过程的pH条件 ,得到了较高的菌体浓度 ,热凝胶的合成水平也得到了显著提高。当培养基中NH4 Cl浓度提高到 3 6g L时 ,菌体浓度达到 7 2g L ,热凝胶合成的产量可达 30 5g L ,比原来NH4 Cl浓度为 1 1g L时提高了 5 1 7%。提高菌体浓度意味着需要提高溶氧水平来满足细菌的生长和代谢。初始氮源NH4 Cl浓度的增加虽然能使菌体浓度得到提高 ,但发酵过程对溶氧的需求也相应增加 ,需要提高搅拌转速和通风以增加供氧水平。但高搅拌速率产生的高剪切力对热凝胶的凝胶性能将产生破坏作用 ,因此在发酵过程中需要综合考虑细菌培养密度对合成热凝胶产量和质量的影响。

生物质发酵产热-小型温室棚联用对春冬季烟苗生长温度调控的数值研究

小型温室棚作为农业生产的重要设施,可为农作物创造一个温度适宜的、受保护的生长空间,保证作物正常生长、促进作物早熟。以确保重庆地区春冬季烟苗正常发育、维持温室内适宜的土壤温度为导向,对温室棚内温度进行了试验和数值模拟,探究了温室棚内温度分布规律,并在此基础上分析生物质发酵产热对温室棚内土壤温度场的影响。结果表明:试验中埋设稻壳的温室棚内土壤温度平均提高3.5℃且温室棚中平均温度低于10℃的天数明显减少。埋设稻壳的温室棚中烟苗茎高和叶片数增长值最大,平均茎高从移栽时的7.8 cm增长到了12 cm,叶片数从平均5片增长到了11片,均大于未埋设稻壳试验组,这表明土壤中埋设稻壳有助于烟草的生长发育。数值研究表明温室棚内不同深度的土壤层温度变化状况一致,均呈现先降低后升高再降低的趋势。地温随土壤深度的增加而降低,地表下10 cm、20 cm的土壤层区域温度高于10.6℃、8℃,有利于烟苗在低温环境下正常生长。且土壤温度存在一定的昼夜温差,更利于烟苗发育。埋设稻壳的温室土壤层温度变化趋势与未埋设稻壳的温室一致,但其土壤层平均温度、最低温度至最高温度以及昼夜温差分别升高了2.3℃、1.1—5.5℃、4.8℃。试验和数值研究结果表明稻壳发酵产生的热量可以提高和维持温室内土壤温度,对土壤具有保温和热量补给的作用。

病死猪辅热快速好氧发酵工艺参数优化与装备研制

将病死猪、辅料拌合后加入发酵菌种,在50～70℃条件下进行辅热快速好氧发酵处理,可在短时间内将病死猪转化为干颗粒物料。为了优化发酵工艺参数,提高发酵处理质量,该文采用辅热快速好氧发酵试验装置,以猪死胎为原料、麸皮为辅料,选取通风量和温度为试验因素,以产物的总游离氨基酸(free amino acid,FAA)质量分数、含水率、粒度分布和pH值作为试验指标,开展了病死猪辅热快速好氧发酵处理试验。发酵温度选取50、60和70℃3个水平,通风量选取8、9和10 L/(L·min) 3个水平。结果表明,发酵温度60℃、通风量10 L/(L·min)时处理效果最佳。在此基础上,设计并试制了一台处理能力为150kg/批的病死猪辅热快速好氧发酵处理设备,并进行了初步试验。设定通风量为10 L/(L·min),发酵温度为60℃,发酵3d后物料中的FAA质量分数为20.74g/kg,含水率为14%左右,pH值为5.4,88.89%能通过4.75 mm编织筛,未检出大肠杆菌,平均每处理1 kg病死猪的能耗为2.37 kW?h。试验结果表明,试制的装备能在3 d内将冰冻状态的病死猪无害化处理转变为干颗粒物料,处理产物能满足后续有机肥生产的要求。

病死猪辅热好氧发酵尾气中的恶臭物质分析

为了明确病死猪辅热好氧发酵过程中产生的恶臭气体种类及其排放规律,为控制恶臭气体排放浓度、降低病死猪无害化处理过程对环境的污染提供基础依据,该研究以病死猪为发酵原料,以玉米秸秆为辅料,开展病死猪辅热好氧发酵试验,发酵过程中,采集处理槽排放的尾气,分析尾气中的有机恶臭物质组分并测定其排放浓度,同时测定其中的氨气浓度,并对不同发酵阶段尾气中气味活度值大于1的恶臭物质进行相关性分析和主成分分析。结果表明:在病死猪辅热好氧发酵过程中共检出36种恶臭物质,其中能准确定性与定量检测的有3种含硫化合物,1种烷烃化合物,12种芳香烃化合物,1种酚类化合物,1种胺类化合物和1种无机气体;发酵全程或部分时间点超过其嗅阈值的有3-乙基甲苯、4-乙基甲苯、二甲基二硫醚、二甲基硫醚、氨气、对甲酚、甲硫醇、三甲胺8种,达到的最高浓度依次为0.241、0.350、0.247、0.280、69.06、0.041、0.314、0.033 mg/m^(3),与其嗅阈值的比值依次为2.746、8.635、29.326、36.982、66.669、173.315、374.770、432.471;各发酵阶段的主要致臭物质成分存在差异:在0~12 h的发酵阶段,三甲胺、甲硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫醚、氨气、对甲酚、3-乙基甲苯、4-乙基甲苯为主要致臭物质,在12~36h的发酵阶段,三甲胺、甲硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫醚、氨气、对甲酚为主要致臭物质,在36~72 h的发酵阶段,三甲胺、甲硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫醚、氨气为主要致臭物质;不同发酵阶段的臭气强度存在较大波动:在0~72 h内的发酵过程中,0~3 h内臭气强度缓慢增强,但第6小时臭气强度有明显下降,在6~18 h时再次增强,第18小时臭气强度达到峰值,18~72 h内持续下降直至平稳。该研究可为病死猪辅热好氧发酵过程中恶臭物质的减控策略提供理论参考。

园林绿化废弃物好氧热发酵过程中的指标变化情况试验

为了研究昆山市园林废弃物热发酵过程中的腐熟程度及其各项指标在不同阶段的变化情况,对热发酵试验进行了全过程检测。检测结果表明,pH值由6.6上升至8.0左右,呈弱碱性,有利发酵过程中微生物的繁殖生长,并在10d后趋于稳定;发酵体温度经升温、高温、降温三个阶段;含水率保持在50%-70%之间;氮含量呈先升高再下降的趋势;有机质呈下降趋势。

绿化植物废弃物热发酵技术及应用

随着城市园林绿化的快速发展,绿化植物废弃物的产生量巨大并不断增加,绿化植物废弃物资源化利用高质量技术研究具有重大意义。其研究的绿化植物废弃物的热发酵技术包括粉碎、混合、热发酵;通过高温发酵技术能快速启动微生物发酵腐解过程,加快绿化植物废弃物的腐熟,进而大大缩短了发酵周期,机器化节省了场地,操作简单,发酵完全。其产物为有机覆盖物和有机基质,将绿化植物废弃物资源化利用,实现城市绿地的低成本维护和可持续发展,发挥生态效应。

辅料种类对病死猪辅热好氧发酵过程中恶臭排放的影响

为了筛选出能实现病死猪辅热好氧发酵过程中恶臭减排的最佳辅料,试验以病死猪为发酵原料,分别以玉米秸秆(T1)、油菜秸秆(T2)、木屑(T3)、米糠(T4)为辅料,开展病死猪辅热好氧发酵试验,并以纯病死猪(CK)发酵作为对照。发酵过程中,在0~6 h和6~72 h发酵阶段内分别以3 h和6 h为采样间隔,采集处理槽排放的尾气,分析尾气中的有机恶臭物质组分并测定其排放浓度,同时测定其中的氨气和二氧化碳浓度;并对不同处理的总臭气强度进行多重比较,以确定辅料种类对病死猪辅热好氧发酵过程中总臭气强度的影响。结果显示:(1)在5个处理的病死猪辅热好氧发酵尾气中能准确定性和定量检测的共18种恶臭物质,包括3种含硫化合物、1种烷烃化合物、12种芳香烃化合物、1种酚类化合物和1种无机气体,其中3-乙基甲苯、4-乙基甲苯、对甲酚、甲硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫醚和氨气为病死猪辅热好氧发酵过程中恶臭气味的主要来源;(2)玉米秸秆、油菜秸秆和木屑的添加加快了病死猪辅热好氧发酵的进程,添加玉米秸秆的处理二氧化碳排放量增加,添加油菜秸秆和木屑的处理减少了二氧化碳的排放;(3)不同辅料发酵过程中总臭气强度存在差异,从小到大依次为T3<T2<T1<T4<CK,添加辅料均能不同程度地抑制发酵过程中的臭气强度,其中添加木屑抑制效果最佳,总臭气强度为4241.08。以上结果表明,木屑为病死猪辅热好氧发酵的最佳辅料。

基于碳氮损失和恶臭排放的病死猪辅热好氧发酵工艺参数优化

为确定病死猪辅热好氧发酵的最佳工艺参数,以病死猪为发酵原料,木屑为辅料,选取辅料配比、发酵温度和通风速率为试验因素,以碳氮损失和总臭气强度为试验指标,开展病死猪辅热好氧发酵正交试验,分析尾气中的有机恶臭物质组分并测定其排放质量浓度,同时测定尾气中氨气和二氧化碳质量浓度;采用极差和贡献率分析方法分析辅料配比、发酵温度和通风速率3因素对碳氮损失和恶臭排放的影响。结果显示:以木屑为辅料的病死猪辅热好氧发酵尾气中能准确定性和定量检测的共有18种恶臭物质:芳香烃类12种、硫醇硫醚类3种、烷烃类1种、酚类1种、无机物1种,其中对甲酚、甲硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫醚和氨气被认定是好氧发酵过程中恶臭气味的主要来源;影响碳氮损失的因素依次为:辅料配比>通风速率>温度,影响总臭气强度的因素依次为:温度>辅料配比>通风速率。综合考虑碳氮损失和总臭气强度,病死猪辅热好氧发酵最佳工艺参数为:辅料配比1∶5.5,发酵温度55℃,通风速率14 L/(L·min)。

发酵风热节能系统研究

近年来我国社会经济飞速发展,其中工业生产做出了突出贡献,但部分企业在生产过程中耗费大量能源,成本支出巨大,部分生产对生态环境也造成一定的危害,这就导致我国经济增长与生态环境之间的矛盾凸显。为了有效解决这一矛盾,大部分企业都相继开展了节能环保项目建设,通过对生产工艺、相关设备的改良,减少了能源损耗,降低了成本支出,为保护生态环境奠定了坚实的基础。基于此,本文以某制酶有限公司的发酵风热回收项目为例,介绍了发酵风热节能系统的基本特征以及具体的改造方法,旨在为相关行业的良好发展提供理论上的支持。

翼型轴流桨的开发及其在发酵工业中的应用

发酵过程中通过搅拌使发酵液混合。促进罐内营养组分、温度、pH 等的均匀;使气体分散,增加氧传递速率;增加液体的循环,提高传热膜系数,从而有利于发酵热的排除;搅拌还保证固体颗粒处于悬浮状态。总之,搅拌在发酵过程中起着十分关键的作用。我国发酵工业中,使用的搅拌桨均为径向流式的涡轮桨。

六堡茶冷发酵工艺:起源、衍化与影响(三)

六堡茶冷发酵工艺问世后,迅速成为广西各地茶企六堡茶精制加工标准化技术,并在随后的60多年间经历了多次升级与改进,由此产生了一系列技术变种(或亚变种)。对生产工艺的主动完善、不同市场的需求、政治的影响以及国家经济环境的变动,是六堡茶冷发酵工艺不断发生演变的几个主要原因。六堡茶冷发酵工艺发展演变的过程,也是中国茶叶制作工艺持续交流互鉴和实现跨区域融合的过程。广西“陈茶”、销日六堡茶、茯砖茶、青砖茶,乃至云南普洱熟茶,都与六堡茶冷发酵工艺有着或多或少的关系。

木薯渣等有机固态废弃物快速资源化利用的研究

研究以提取酒精后的木薯渣为主料,分别与秸秆、稻壳、烟叶粉、蘑菇渣等农业有机废弃物以不同的配比,添加1‰的热酶发酵剂,在热酶反应器中快速发酵,通过研究发酵产物的水分、总氮、总磷、钾、碳、p H、总养分、有机质、粗蛋白含量的变化,系统评估了木薯渣等有机固态废弃物热酶快速发酵资源化利用的可行性。试验结果表明:木薯渣与蘑菇渣按8∶2发酵终产物粗蛋白质为14.69%,总养分(N-P2O5-K2O干基计)达7.2%;木薯渣酒糟与秸秆粉按9∶1发酵终产物粗蛋白质为13.56%,总养分达7.35%;木薯渣酒糟与烟叶粉按9∶1发酵终产物中粗蛋白质为17.69%,总养分达5.51%;木薯渣酒糟与稻壳粉按9∶1发酵总养分从4 h的6.88%增加到24 h的7.31%,终产物粗蛋白质为12.94%,总养分至7.05%,上述各项检测指标均符合农业部NY-525有机肥标准。因此,利用热酶快速发酵工艺,木薯渣等有机固态废弃物经发酵处理后,可用于有机肥、鱼肥,部分也可作为饲料原料。

夏季黑白花奶牛的防暑管理

黑白花奶牛对高温的耐受性差,在炎热的夏天,发病死亡增多,产奶减少。据美国资料报道,当奶牛处于30℃环境中时,体温可高至40℃,呼吸数增加两倍,食欲减少,产奶下降16％。日本九州地区曾对两年的6月末至9月初进行测试,在平均气温达28℃时,奶牛产奶量降低17—20％,平均每头每天减少3公斤,乳脂和乳蛋白含量呈持续下降趋势。因此,炎热夏季奶牛生产引起普遍关注。这里对夏季黑白花奶牛的防暑管理作些介绍。

春大棚增温措施

提早扣棚定植果类蔬菜,要在3月上中旬扣棚;冷浆地适当晚扣,避免"返浆",影响整地,耐低温的塑料薄膜可扣越冬棚。这样,可提早化冻,增加地温。开沟硒土,沟施马粪扣棚后,在准备定植的地方.用锹开25-30厘米宽的沟,化一层,挖一层,挖到深30厘米左右时,晒沟晒土。定植前沟施马粪,将土复原,用马粪的发酵热,加速化冻,提高地温。两侧开沟,多铲深耧幼苗定植后,在离苗坨4-7厘米处开沟晒土,当地温较高时,可用此沟施肥,而后将土复原。