生物炭复合载体对稻秸-猪粪混合厌氧发酵产甲烷的影响

文章利用生物炭负载不同浓度的碳酸氢钠、腐植酸、吐温20等催化调节剂构建了生物炭复合载体,并将各复合载体加入到稻秸-猪粪混合厌氧发酵系统中进行厌氧发酵。通过测定各处理的产气量、产甲烷量和秸秆木质纤维素的降解率,揭示了生物炭复合载体对混合厌氧发酵产甲烷和秸秆降解的作用。研究结果表明:生物炭复合载体能提高甲烷产气峰值并缩短甲烷产气峰值出现的时间;生物炭复合载体可以显著提高厌氧发酵系统的累积产气量和累积甲烷产量,其中以生物炭负载吐温20的效果最好,其次为生物炭负载腐植酸和生物炭负载碳酸氢钠;与对照组相比,生物炭负载吐温20处理的产气量和甲烷产量分别提高了23.18%和62.20%;在各处理中,秸秆的降解程度以生物炭负载吐温20处理最高,其次为生物炭负载腐植酸、生物炭负载碳酸氢钠和对照组;吐温20、腐植酸和碳酸氢钠的最适负载浓度分别为2.25,0.75,2.10 g/L。

不同沼液回流比对鸡粪和玉米秸秆混合厌氧发酵性能的影响分析

为明确沼液回流对厌氧发酵特性的影响,以鸡粪和玉米秸秆为混合发酵原料,设置0(对照)、25%、50%、75%、100%5个不同回流比,在中温(35℃)条件下进行半连续式厌氧发酵试验,通过测定和分析产气指标、发酵料液的理化性质及化学需氧量(COD)去除率,确立鸡粪和玉米秸秆混合厌氧发酵适宜的回流比。结果表明,回流比为25%时,系统产气效果最好,甲烷总产量为96.87 L,较对照(90.90 L)提高6.56%;COD平均去除率最高,为62.40%,较对照(60.22%)提高2.18个百分点;此时,发酵系统的pH值及挥发性脂肪酸(VFA)、氨氮、COD质量浓度等均较稳定,发酵系统处于稳定状态(VFA/TA<0.3)。当回流比>25%时,VFA、氨氮、COD质量浓度等开始随回流比的提升而增加,甲烷总产量和COD去除率则随回流比的提升而逐渐降低。回流比提升至75%、100%时,VFA、氨氮质量浓度在其发酵周期内随发酵时间的延长而快速增长,出现明显累积,此时游离氨(FAN)平均质量浓度分别为303.14、522.15 mg/L,大大超过了FAN的抑制限值(200 mg/L)。回流比为50%、75%、100%时,甲烷总产量分别为87.08、79.31、69.66 L,较对照分别降低4.20%、12.76%、23.37%;COD平均去除率分别为48.46%、37.85%、29.56%,较对照分别降低11.76、22.37、30.66个百分点。回流比为50%时,VFA/TA<0.3,发酵系统处于稳定状态;回流比为75%、100%时,VFA/TA>0.3,发酵系统不稳定。综上,鸡粪和玉米秸秆混合厌氧发酵适宜的回流比为25%,回流比过高时会引发厌氧发酵系统VFA和氨氮的累积,抑制产气。

农业废弃物混合厌氧发酵研究进展

将农业废弃物和其他有机物混合厌氧发酵可以有效改善农业废弃物单一原料发酵带来的营养结构失衡、纤维素含量高及发酵效率低等问题。总结了农业废弃物单一原料发酵的现状。综述了农业废弃物与果蔬废弃物、餐厨垃圾、牲畜粪便及多组分底物混合厌氧发酵的研究进展,分析了混合厌氧发酵的主要影响因素,包括混合比例、温度及微生物群落,最后介绍了该技术在新型能源工业等领域的应用。

碱预处理稻秆与猪粪混合厌氧发酵特性研究

采用不同浓度的Na OH对稻秆进行预处理,对碱处理的糖化效果、作用机制以及对混合厌氧发酵产甲烷的影响进行了研究。结果表明:当NaOH溶液浓度为1.5%(W/V)时产还原糖质量分数最高,达到71.6 mg·g^(-1)稻秆,远高于对照组(P<0.01);扫描电镜(SEM)分析发现预处理后稻秆结构松散,细胞壁松弛,外壁比表面积增大,生物可利用性增加;傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和同步热分析仪(TG)分析均发现,NaOH预处理改变了稻秆的结构特征,木质素和半纤维素含量发生了变化;采用全自动甲烷潜力测试系统(AMPTS)对预处理稻秆及其与猪粪混合发酵产甲烷特性进行了分析,发现经1.5%NaOH预处理的稻秆中温厌氧发酵累积产甲烷量为327.10 m L·g^(-1)VS,远高于对照组稻秆的产甲烷量(P<0.01);将经1.5%Na OH处理后的稻草秸秆与猪粪进行混合厌氧发酵,累积甲烷产量达到了340.95 mL·g^(-1)VS,比未处理稻秆猪粪混合组的272.23 mL·g^(-1)VS提高了25.24%(P<0.01),比单一碱处理稻秆组提高了4.23%(P<0.05)。研究结果表明1.5%Na OH预处理能够有效改善稻秆纤维结构,提高其与猪粪混合厌氧发酵的产甲烷效率。

玉米秸秆与土豆混合厌氧发酵试验研究

为了解土豆作为玉米秸秆混合厌氧发酵底物对秸秆厌氧发酵转化效率的影响,在35℃条件下,采用批量发酵方式对玉米秸秆、土豆以及二者混合原料的厌氧发酵效果进行了对比试验。试验结果表明:在TS浓度为6%,玉米秸秆和土豆TS比为4:1条件下,混合原料的累积产气量为439mL/gTS,而玉米秸秆的累积产气量为309mL/gTS,混合厌氧发酵使玉米秸秆的产气量比其单一原料厌氧发酵提高了31.4%。因此,将易生物降解的原料作为秸秆混合厌氧发酵的底物可以提高秸秆厌氧发酵转化效率。

餐厨垃圾和牛粪混合厌氧发酵工艺优化

在前期单因素试验的基础上,采用二次回归正交旋转组合设计,以总产气量为响应值,研究餐厨垃圾与牛粪质量比、温度、pH值、接种物与原料质量比4个因素对餐厨垃圾和牛粪混合厌氧发酵的影响,建立了产气数学模型,并对模型进行了优化及降维分析。通过上述试验研究,得到最佳工艺条件为:餐厨垃圾与牛粪质量比为2.5,温度37.5℃,pH值7.0,接种物与原料质量比为4;4因素影响主次顺序依次为接种物与原料质量比、温度、餐厨垃圾与牛粪质量比、pH值;通过验证分析,模型预测值与试验值之间误差较小,方差分析不显著,模型拟合较好。

猪粪与马铃薯皮渣混合厌氧发酵产氢特性

为了提高厌氧产氢菌利用复杂物料的产氢能力和稳定性,该文研究了猪粪与马铃薯皮渣混合质量比对厌氧发酵产氢的比产氢率、挥发性固体去除率、液相末端产物组成等发酵特性的影响。试验结果表明,底物组成显著影响产氢发酵的发酵类型。以单纯马铃薯皮渣为底物时,体系的比产氢率最高达31.55mL/g,挥发性固体去除率为29.43%,发酵类型为丁酸型;当猪粪在发酵底物中的质量比从10:70提高至40:40后,体系的发酵类型由丁酸型转变为乙酸型,同时维持了较高的比产氢率(22.48～24.18mL/g)和挥发性固体去除率(28.31%～32.93%)。但是当猪粪逐渐变为主要发酵底物(猪粪与马铃薯皮渣质量比为50:30、60:20、70:10、80:0)时,发酵逐渐受到抑制,系统的比产氢率和挥发性固体去除率都明显下降。采用Modified Gompertz模型可以很好地拟合累积产氢量随时间的变化,其动力学参数最大产氢量、最大产氢速率和停滞时间可以作为混合物料产氢发酵代谢过程的重要评价指标。该研究为优化混合物料厌氧产氢发酵过程提供参考和依据。

牛粪与玉米秸秆配比对混合厌氧发酵速率的影响

为了研究牛粪与玉米秸秆的不同配比(以下简称粪秆配比,以挥发性固体(VS)计算)对厌氧发酵速率的影响,初步确定影响发酵产气限速的因素,在中温(38±1)℃条件下,以厌氧颗粒污泥为接种物,以不同配比的牛粪与玉米秸秆为底物进行混合厌氧发酵,测定日产气量、沼气中CH_4与CO_2的浓度、沼液中的总碳(TC)、挥发性脂肪酸(VFAs)浓度和pH值。结果表明,粪秆配比为2∶1时,水解速率常数、单位基质产甲烷量和生物转化产甲烷效率最大,其值分别为0.043 7d^(-1),271.93mL/g,71.59%。发酵初始(第1日)VFAs中乙酸浓度与牛粪比例成正比,发酵中期(第5日)丙酸积累浓度与秸秆比例成正比。发酵周期内粪秆配比与限速阶段的关系:第1日,秸秆比例越大,产气限制阶段越倾向于水解酸化阶段,第2-15日,秸秆比例越大,产气限速阶段越倾向于产氢产乙酸阶段;第16-30日,各组发酵产气限制阶段均为水解酸化阶段。该试验重点对粪秆配比与产气限速因素的关系进行研究,为进一步提高混合厌氧发酵产气效率提供了理论和试验依据。

酱油渣、牛粪与秸秆混合厌氧发酵产沼气的试验研究

由于酱油渣碳氮比较低,本研究利用牛粪和秸秆调节碳氮比,与酱油渣混合厌氧发酵以制取沼气。选取m(酱油渣)∶m(牛粪)∶m(秸秆)=3∶3∶4,考察了不同总固体(TS)条件下混合料液的发酵特性,测取了日产气量、p H值、甲烷含量等参数。结果表明,当总固体为10.65%时,产气效果最好,单位可挥发固体(VS)产气量为122.6 m L·g-1,平均甲烷含量达到61.07%,产气周期为36 d,p H值在发酵周期中先降低后升高,为甲烷正常发酵所需的p H值范围。

餐厨垃圾与牛粪混合厌氧发酵最佳配比筛选

在中温37℃条件下,通过序批式厌氧发酵,研究餐厨垃圾与牛粪质量比、污泥体积与发酵原料质量比对餐厨垃圾和牛粪混合厌氧发酵的影响。试验结果表明:餐厨垃圾与牛粪质量比为2.5∶1时,厌氧发酵效果最佳,其单位产气量为588.02mL.g-1VS,甲烷体积分数最高达62.8%,有机物去除率为65.5%;污泥体积与发酵原料质量比为4.5∶1时,厌氧发酵效果最佳,其单位产气量为721.36mL.g-1VS,甲烷体积分数最高达62.1%,有机物去除率为67.5%。

秸秆、牛粪与啤酒糟混合厌氧发酵特性的研究

以啤酒糟作为秸秆厌氧发酵的补充氮源,研究了玉米秸秆、牛粪与啤酒糟的混合厌氧发酵特性。选取m(啤酒糟):m(牛粪):m(玉米秸秆)=3∶3∶4,分别考察了总固体含量(TS)为9.3%,14%和27%时混合料液的发酵特性,测取了日产气量、p H值、甲烷含量等参数随发酵时间的变化情况。结果表明,当TS为27%时产气效果最好,产气量达到334 m L·g-1,平均甲烷含量达到51.3%,产气周期为36 d,p H值在发酵周期中先降低后升高,为甲烷正常发酵所需的p H值范围。

pH值和原料配比对猪粪和玉米秸秆混合厌氧发酵后沼渣沼液中重金属含量的影响

随着配合饲料养殖法的应用,畜禽粪便中重金属含量增加。畜禽粪便经沼气发酵重金属含量如何变化,国内外少有研究。因此,该试验研究不同pH值和原料配比条件下,猪粪和玉米秸秆混合厌氧发酵后沼渣沼液中重金属的含量变化,旨在评估其作为肥料的安全性。试验结果表明,在不同pH值及原料配比的条件下,沼渣中除各Zn外,其它重金属Cr,Cu,As,Cd,Pb含量均高于其在沼液中的含量;发酵后沼肥(沼渣+沼液)中重金属除Pb外,Cr,Cu,Zn,As,Cd含量均低于发酵前发酵原料中各重金属含量;通过与NY/T798-2004复合微生物肥料产品无害化指标的比较,沼肥中重金属Cr,Cu,Zn,As,Cd,Pb含量均低于有机肥料中重金属的限量值,因此将发酵后的沼肥作为有机肥施用是安全的。

稻秸蓝藻混合厌氧发酵沼液及其化学物质对尖孢镰刀菌西瓜专化型生长的影响

研究稻秸与蓝藻(1∶1)混合厌氧发酵的沼液及其微量化学成分对尖孢镰刀菌西瓜专化型(Fusaruim oxysporum f.sp.niveum,FON)的孢子萌发、孢子数量、菌丝生长的影响。结果表明:40%浓度的发酵沼液即可100%抑制孢子萌发,20%浓度的沼液即可达到98.74%的抑制菌体产生孢子,100%浓度的沼液显著抑制气生菌丝的生长;进一步GC-MS分析发现沼液有机物成分中烷类较多,存在微量的四氯化碳(CCl4)、六氯乙烷(C2Cl6)、1,1-二乙氧基乙烷(CH3CH(OCH2CH3)2)3种化学物质;三者都具有显著的抑菌效果,且随浓度的增加而增大,尤其CH3CH(OCH2CH3)2的抑菌效果最好;0.75%浓度的3种化学物质对孢子萌发的抑制率即可达到100%;在培养基中分别加入CCl4、C2Cl6、CH3CH(OCH2CH3)2的浓度为1.00%时,镰刀菌的产孢数量分别降低了5.67%、18.05%、8.72%;培养4d,三者对尖孢镰刀菌西瓜专化型气生菌丝生长的抑制效果均达到90.40%,效果显著。研究表明沼液中确实存在对病原微生物具有明显抑制作用的多种有效的化学成分,可作为防治病原菌的首选药剂。

温度和pH值对餐厨垃圾和牛粪混合厌氧发酵的影响

通过序批式厌氧发酵,以产气量、产甲烷量、厌氧发酵过程中pH值以及有机物降解程度为指标,研究了不同温度、不同初始pH值对餐厨垃圾和牛粪混合厌氧发酵的影响。试验结果表明,温度为50℃时,厌氧发酵效果最佳,其单位产气量(以VS计)为722.98 mL/g,甲烷体积分数最高达62.73%.,有机物去除率为67.5%;初始pH值为7时,厌氧发酵效果最佳,其单位产气量(以VS计)为618.23 mL/g,甲烷体积分数最高达62.4%,有机物去除率为66%。

北方农户多元有机垃圾混合厌氧发酵研究

为从源头上解决农村有机垃圾排放污染和实现资源化利用,以北方典型农户为研究对象,开展问卷评估和沼气化利用混配试验研究。结果表明,农村家庭有机垃圾主要由厨余垃圾和人类粪便组成,日平均总产量3.71~4.96 kg(以每户3~4人计);将厨余垃圾、粪便和玉米秸秆按照干物质23􀏑44􀏑9比例混合可获得最大TS产气率330 mL·g^(-1)。经测算,若将每户产出有机垃圾全部用以厌氧转化,每天产沼气1.5 m3以上,可满足3~4人普通家庭日常饮食。研究对改善农村环境和调整生活用能结构提出新思路。

基于TG-FTIR技术的猪粪与稻草混合厌氧发酵产甲烷特性研究

采用全自动甲烷潜力测试系统(AMPTS)和热重红外联用技术(TG-FTIR),对中温(37℃)下猪粪和稻草按不同挥发性固体(VS)比例(1:0、0:1、2:1、1:1、1:2、1:3)混合发酵产甲烷特性进行分析。AMPTS测试结果表明:稻草和猪粪混合比例为1:1时,发酵协同作用最好,实际甲烷产量比理论值提高了9.78%。TG-FTIR分析表明:1:1发酵时,残渣TG总失重率为47.84%,明显低于其它实验组; DSC曲线在250—350℃和400—550℃有2个明显放热峰,且1:1时放热量最少,说明该比例下有机物消耗最多,底物利用性更好,发酵稳定性更高;FTIR分析表明发酵残渣燃烧释放气体主要为水汽、CO_2、NH_3和少量挥发酸; 200—350℃和400—550℃温区下CO_2的峰值差异说明发酵中易消化有机物大量降解,残渣中较难氧化的芳香族结构和木质纤维素比例增加,发酵稳定性提高。研究结果阐明了混合厌氧发酵技术在农业废弃物甲烷化利用中的应用潜力及TG-FTIR技术在发酵产气特性及底物稳定性分析中的作用。

含固率对污水厂剩余污泥和生活垃圾混合厌氧发酵的影响

以城市污水处理厂剩余污泥和生活垃圾的混合物为厌氧发酵底物,在中温(35℃)条件下,采用序批式厌氧发酵法进行试验。研究了不同含固率下的日产气量、累计产气量、TS和VS去除率、发酵液p H值等变化规律。研究结果表明,在适宜范围内提高进料含固率可提高系统累积产气量,但会推迟产气高峰,延长发酵周期。其中,物料含固率为3%的试验组产气效果最佳,日产气量高达537 m L,累计产气量为7 905 m L,过高或过低的含固率均不利于产气以及TS和VS的去除。混合物料含固率越高,发酵液p H值降低越多。控制合理的进料含固率能够增强系统缓冲能力,有效缓解城市生活垃圾易水解导致的p H值急剧下降情况。

蓝藻与稻草混合厌氧发酵产沼气研究

[目的]探讨蓝藻与稻草混合厌氧干发酵的可行性及产气特性。[方法]采用批量发酵的方式,比较蓝藻、稻草以及蓝藻与稻草混合发酵产沼气的能力。[结果]接种物与物料TS(干物质)1∶1时,在恒定温度为35℃的发酵环境中停留60 d,单独蓝藻厌氧发酵TS产气率为267 ml/g,单独稻草厌氧发酵TS产气率为320 ml/g,而蓝藻与稻草TS 1∶1混合发酵物料TS产气率为362 ml/g,比单独蓝藻、稻草厌氧发酵产气率都高。[结论]蓝藻与稻草混合发酵有利于厌氧发酵产气的进行,可以有效提高发酵物料的利用率。

混合厌氧发酵产沼气研究进展

混合厌氧发酵将难处理的秸秆、餐厨垃圾和动物粪便等充分利用起来产沼气,为废弃物的回收利用提供了一个变废为宝的重要途径。介绍了混合厌氧发酵的底物类别,介绍了国内外的研究进展,重点阐述了碳氮质量分数比、营养元素、微生物,以及其他因素对混合厌氧发酵的影响,并对混合厌氧发酵的研究和应用进行了展望。

酸碱预处理辣椒秸秆与羊粪混合厌氧发酵特性

为实现辣椒秸秆等农业废弃物的资源化利用,通过批式厌氧发酵试验,分别研究了经不同体积分数(2%、4%、6%、8%)的H_(2)SO_(4)和不同质量分数(2%、4%、6%、8%)的Ca(OH)_(2)预处理的辣椒秸秆与羊粪混合厌氧发酵的产甲烷特性。结果表明,随着预处理中Ca(OH)2质量分数的升高,辣椒秸秆与羊粪混合厌氧发酵的甲烷产率升高,经8%Ca(OH)_(2)预处理的甲烷产率最高(188.56 mL·g^(-1)),显著(P<0.05)高于其他处理,较对照提高了61.26%。但随着预处理中H2SO4体积分数的升高,辣椒秸秆与羊粪混合厌氧发酵的甲烷产率降低,且显著(P<0.05)低于对照。利用修正的冈珀茨(Gompertz)模型能较好地拟合各处理的产甲烷过程,其中,经Ca(OH)_(2)预处理的最大甲烷产率(Vm)值较大,说明Ca(OH)_(2)预处理辣椒秸秆能有效提高其与羊粪混合发酵的水解速率。酸、碱预处理均对辣椒秸秆木质纤维素有一定的降解作用,其中,Ca(OH)_(2)预处理的降解效果更好。