磷酸预处理对芦苇秸秆与牛粪混合厌氧发酵的影响

为研究酸预处理对芦苇秸秆-牛粪混合厌氧发酵的影响,采用6%磷酸对芦苇秸秆进行预处理,并与牛粪混合进行厌氧发酵制沼气实验,同时对酸预处理组和对照组在厌氧发酵过程中产气量、p H、COD以及发酵前后混合原料木质纤维素变化情况进行分析。结果表明,酸预处理提高混合原料发酵的产气量,其总产气量为97.24 m L/g,比对照组的产气量13.69 m L/g高出610.3%;酸预处理组p H更接近中性,表明该系统具有更好的抵御酸化能力和稳定性;酸预处理提高了发酵体系COD的含量,促进发酵原料的降解。研究表明,芦苇秸秆可以作为发酵原料进行再利用,且磷酸预处理可以提高发酵系统缓冲能力和原料利用效率。     

稻草秸秆干发酵产沼气工艺条件的优化

通过单因素实验和正交实验,研究了以稻草秸秆为主要原料的干发酵产气工艺。确定稻草秸秆干发酵产沼气的最佳工艺条件如下:pH值7.5、温度33℃、污泥接种量35%、含水率80%,在此条件下,100 g稻草秸秆粉干发酵20d的累积产气量达到了1250 mL。     

水稻秸秆厌氧发酵产沼气工艺的响应面法优化

在单因素实验的基础上,采用Box-Benhnken设计,选取接种物与原料质量比、发酵起始pH值和活性炭添加量为工艺考察参数,对水稻秸秆发酵产沼气工艺进行了响应面法优化.确定水稻秸秆厌氧发酵产沼气的最佳工艺条件为:接种物与原料质量比1.28:1、起始pH值7.35、活性炭添加量11.48 g·L-1,此条件下每50 g水稻秸秆的沼气平均产气量为5833.2 mL,与优化前相比提高了34.4%.     

原核微生物菌群的空间分异增强秸秆-猪粪混合发酵效率

秸秆与禽畜粪便混合发酵既可增强反应器稳定性又能提高发酵产气效率。然而关于秸秆附着菌群、发酵液菌群的时空动态变化,以及它们与产气效率、环境变量的关系仍然未被全部揭示。采用16S rRNA基因扩增子高通量测序技术,对这一问题进行了研究。结果显示,秸秆猪粪混合发酵能够改善沼气发酵的效率。原核微生物群落在空间上的差异分布可能有助于提升系统的效率。在产气高效的系统中,秸秆吸附菌群如Treponema、ClostridiumⅢ、Alkaliflexus和Fibrobacter是主要的纤维素降解菌,提供底物给产酸菌。丙酸是发酵液中含量最丰富的挥发性脂肪酸(VFAs),Pelotomaculum可能是该系统主要的丙酸氧化菌,它们与Methanoculleus、Methanosarcina和Methanosaeta协同作用通过二氧化碳/氢营养型和乙酸营养型产甲烷途径,将包括丙酸在内的VFAs最终转化成甲烷。参与氨基酸代谢的Aminobacterium和Cloacibacillus广泛分布于发酵液中,表明蛋白质是一种重要的发酵底物,说明VFAs尤其是丙酸和氨基酸的互营代谢可能是秸秆猪粪混合发酵系统的重要过程。这些结果表明,功能菌群的空间分化、稳定的秸秆降解菌群和发酵液菌群的弹性变化有助于维持秸秆猪粪混合发酵系统的稳定性和提高发酵效率。     

原核微生物菌群的空间分异增强秸秆-猪粪混合发酵效率

秸秆与禽畜粪便混合发酵既可增强反应器稳定性又能提高发酵产气效率。然而关于秸秆附着菌群、发酵液菌群的时空动态变化,以及它们与产气效率、环境变量的关系仍然未被全部揭示。采用16S rRNA基因扩增子高通量测序技术,对这一问题进行了研究。结果显示,秸秆猪粪混合发酵能够改善沼气发酵的效率。原核微生物群落在空间上的差异分布可能有助于提升系统的效率。在产气高效的系统中,秸秆吸附菌群如Treponema、Clostridium Ⅲ、Alkaliflexus 和 Fibrobacter是主要的纤维素降解菌,提供底物给产酸菌。丙酸是发酵液中含量最丰富的挥发性脂肪酸（VFAs）,Pelotomaculum可能是该系统主要的丙酸氧化菌,它们与Methanoculleus、Methanosarcina和Methanosaeta协同作用通过二氧化碳/氢营养型和乙酸营养型产甲烷途径,将包括丙酸在内的VFAs最终转化成甲烷。参与氨基酸代谢的Aminobacterium和Cloacibacillus广泛分布于发酵液中,表明蛋白质是一种重要的发酵底物,说明VFAs尤其是丙酸和氨基酸的互营代谢可能是秸秆猪粪混合发酵系统的重要过程。这些结果表明,功能菌群的空间分化、稳定的秸秆降解菌群和发酵液菌群的弹性变化有助于维持秸秆猪粪混合发酵系统的稳定性和提高发酵效率。     

酸碱预处理对芦蒿秸秆厌氧发酵的影响

通过对芦蒿秸秆进行酸、碱预处理和厌氧发酵制沼气实验,比较不同的预处理方法对芦蒿秸秆产气性能的影响。结果表明,与对照组相比,碱处理能较好地改善秸秆的产气性能,其中2%NaOH处理效果最好,发酵初期VFA含量高达4882.34 mg·L?1,比对照组提高了705.21%,单位TS固体产气量为288.42 ml·g?1,较对照组提高了17.08%,甲烷含量最高可达61.14%。     

酸碱预处理对芦蒿秸秆厌氧发酵的影响

通过对芦蒿秸秆进行酸、碱预处理和厌氧发酵制沼气实验,比较不同的预处理方法对芦蒿秸秆产气性能的影响。结果表明,与对照组相比,碱处理能较好地改善秸秆的产气性能,其中2%NaOH处理效果最好,发酵初期VFA含量高达4882.34 mg·L^-1,比对照组提高了705.21%,单位TS固体产气量为288.42 ml·g^-1,较对照组提高了17.08%,甲烷含量最高可达61.14%。     

氨化预处理对水稻秸秆厌氧消化产气特性的影响

为了探索水稻秸秆厌氧消化产沼气的特性,本文通过使用不同质量浓度的尿素对水稻秸秆进行氨化预处理并测其产气量,来探究和发现氨化预处理对水稻秸秆厌氧发酵产气特性的影响规律。采用不同质量浓度的尿素对水稻秸秆进行氨化预处理,并进一步进行了厌氧消化试验。实验条件为:中温即(35±1)℃温度、水稻秸秆和牛粪的配比条件为1∶1。结果表明,不同百分比的尿素预处理不同程度地对水稻秸秆的组分造成了破坏,使秸秆厌氧消化产沼气潜力得到提高,并且相对缩短了厌氧消化时间。比较总固体与挥发性固体的转化率、甲烷含量、产气量等各项因素,可看出以6%尿素预处理试验组的效果最好;与其他实验组相比,TS和VS的转化率分别提高了54.9%和36.1%,累积产气量最高。综上所述,6%尿素预处理是较优的工艺条件。     

干玉米秸秆与废弃物混合微贮及半连续发酵产沼气能力分析

为提高干玉米秸秆(dry corn stover,DCS)和猪粪(pig manure,PM)或剩余污泥(excess sludge,ES)可生化性以利于沼气发酵,文章利用强化微生物微贮原理,探讨接种复合乳酸菌对混合微贮的影响。复配DCS和PM、DCS和ES为原料,接种复合微生物干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)、发酵乳杆菌(Lactobacillus fermentum)和粪链球菌(Enterococcus durans)混合微贮30 d,考察微贮料中微生物多样性和组成及产沼气潜力。设置新鲜玉米秸秆(fresh corn stover,FCS)青贮、DCS单独微贮为对照。结果表明:DCS单独微贮易发生长霉现象,散发臭味,微贮失败;青贮FCS和混合微贮料均呈现酸味,pH值下降至4.10以下,样品中乳酸含量提高,微贮成功,其中DCS+PM,DCS+ES和青贮DCS微贮组乳酸含量分别为3.24%,2.28%和3.75%。微贮DCS+PM和青贮FCS中乳杆菌属Lactobacillus为优势菌群。沼气发酵试验结果表明:DCS+ES和DCS+PM混合微贮料的原料TS产气率和平均容积产气率分别达到了501 mL×g~(-1),0.56 L×(L×d)~(-1)和599 mL×g~(-1),0.86 L×(L×d)~(-1),都较未处理DCS和青贮FCS有了很大提高。     

不同物料厌氧共发酵产甲烷特性研究

针对我国农业废弃物种类多、产量大、利用率低及单一物料厌氧发酵产气效率不高且不稳定等问题,本研究选取了典型农业废弃物牛粪、玉米秸秆和城市污水处理厂脱水污泥作为底物,两两混合进行批式厌氧共发酵实验。实验结果表明,不同底物厌氧共发酵较单物料发酵甲烷产量显著提高,底物的混合比例能够明显影响厌氧发酵的产甲烷特性,当脱水污泥与玉米秸秆以3∶1比例(以挥发性固体质量计)混合,脱水污泥与牛粪以1∶2比例混合,牛粪与秸秆以1∶1比例混合时,30天的累计甲烷产量最高,厌氧共发酵产生了协同效应,协同效应指数大于1。厌氧共发酵体系处于稳定状态,缓冲能力增强,溶解性化学需氧量、氨氮处在正常范围,没有发生氨抑制和挥发性脂肪酸的积累。     

纤维素水热炭化液相与玉米秸秆混合发酵有机物转化与产气特性

为实现生物质资源的无害化处理与多级利用，本研究旨在探究纤维素水热炭化液相和玉米秸秆混合发酵过程中有机物转化及产气特性。为探究水热反应条件对混合发酵过程的影响，开展了不同条件水热炭化液相与玉米秸秆混合发酵实验。结果表明，与秸秆单发酵相比，在200℃(保温30min、60min、120min)和230℃(保温60min)条件下制备的水热液相和秸秆混合发酵的产气分别提升了7.32%、4.42%、22.08%、21.76%，其中甲烷最大累积量为1387mL。水热时间的延长和水热温度升高对最终产甲烷量都具有正向的促进作用；液相中的呋喃及其衍生物等抑制物并未对混合厌氧发酵产生明显的负面效果，反而被微生物分解为糠基醇等有机物，促进产气。水热炭化液相的加入促进了氢还原二氧化碳途径产甲烷菌的生长，协同乙酸产甲烷途径，促进了甲烷的生产。本研究结果可为优化水热炭化有机废液与秸秆混合发酵工艺提供理论基础。     

玉米秸秆产生物燃气及其微生物群落解析

为研究玉米秸秆产沼气及其发酵过程中微生物群落变化,以预处理后的玉米秸秆为原料,采用10 L厌氧反应器进行批式中温发酵产沼气。同时取样利用454焦磷酸测序法测定发酵过程中微生物群落的变化。结果表明:该系统启动迅速,在第3 d就达到产气高峰7.78 L,料容产气率为0.97 L·L?1·d?1,46 d原料沼气产率和甲烷产率分别为236.84 ml·(g VS)?1和132.23 ml·(g VS)?1。454焦磷酸测序及分析表明系统中古菌主要为甲烷微菌纲(Methanomicrobia,占总OTU的89.63%),其次为热原体纲(Thermoplasmata,8.51%)古菌。发酵系统中共有22~29个细菌门,其中优势菌群为拟杆菌门(Bacteroidetes,平均含量46.07%)、变形菌门(Proteobacteria,平均含量20.51%)和厚壁菌门(Firmicutes,平均含量13.09%)。玉米秸秆沼气系统微生物群落结构的阐明可为秸秆沼气工程调控提供科学数据。     

沼液余热回收对高温发酵沼气工程净产气率的影响

以瑞典Alviksg?rden养猪场高温发酵沼气工程为分析对象,通过传热模型计算发酵罐加热负荷,通过与江苏金坛永康农牧养猪场同等规模的中温发酵沼气工程对比,讨论高温发酵的容积产气率和余热回收对沼气工程净产气率的影响。结果表明虽然瑞典Alviksg?rden养猪场高温发酵沼气工程的加热能耗是江苏金坛永康农牧养猪场中温发酵沼气工程的2.1倍,但由于产气速率达到2.3 m3·m-3·d-1,增产的沼气量远远大于增温的能耗;若进一步在瑞典Alviksg?rden养猪场沼气工程中增加余热回收,可将沼气净产气率从82%提高至90%。相对于提高容积产气率,采用余热回收技术对降低高温发酵沼气工程的增温能耗、提高净产气率效果更加显著。     

沼液余热回收对高温发酵沼气工程净产气率的影响

以瑞典Alviksgården养猪场高温发酵沼气工程为分析对象,通过传热模型计算发酵罐加热负荷,通过与江苏金坛永康农牧养猪场同等规模的中温发酵沼气工程对比,讨论高温发酵的容积产气率和余热回收对沼气工程净产气率的影响。结果表明虽然瑞典Alviksgården养猪场高温发酵沼气工程的加热能耗是江苏金坛永康农牧养猪场中温发酵沼气工程的2.1倍,但由于产气速率达到2.3 m³·m^-3·d^-1,增产的沼气量远远大于增温的能耗;若进一步在瑞典Alviksgården养猪场沼气工程中增加余热回收,可将沼气净产气率从82%提高至90%。相对于提高容积产气率,采用余热回收技术对降低高温发酵沼气工程的增温能耗、提高净产气率效果更加显著。     

玉米秸秆产生物燃气及其微生物群落解析

为研究玉米秸秆产沼气及其发酵过程中微生物群落变化,以预处理后的玉米秸秆为原料,采用10 L厌氧反应器进行批式中温发酵产沼气。同时取样利用454焦磷酸测序法测定发酵过程中微生物群落的变化。结果表明：该系统启动迅速,在第3 d就达到产气高峰7.78 L,料容产气率为0.97 L·L^-1·d^-1,46 d原料沼气产率和甲烷产率分别为236.84 ml·（g VS）^-1和132.23 ml·（g VS）^-1。454焦磷酸测序及分析表明系统中古菌主要为甲烷微菌纲（Methanomicrobia,占总OTU的89.63%）,其次为热原体纲（Thermoplasmata,8.51%）古菌。发酵系统中共有22～29个细菌门,其中优势菌群为拟杆菌门（Bacteroidetes,平均含量46.07%）、变形菌门（Proteobacteria,平均含量20.51%）和厚壁菌门（Firmicutes,平均含量13.09%）。玉米秸秆沼气系统微生物群落结构的阐明可为秸秆沼气工程调控提供科学数据。     

畜禽粪便高温发酵与秸秆热化学处理工艺的耦合

我国规模化养殖场沼气工程普遍采用常温和中温发酵技术, 产气速率低导致发酵罐体积大和投资高, 是制约其快速发展的关键因素。另一方面, 秸秆作为农村常见低劣生物质常常被随意焚烧而导致严重的空气污染。为此, 本文提出将畜禽粪便高温发酵与秸秆热化学燃烧耦合的新思路, 通过秸秆燃烧为高温发酵过程提供热量, 将常温和中温发酵转变为高温发酵过程, 提高畜禽粪便厌氧发酵的处理速率, 同时避免秸秆的浪费。对耦合新工艺的计算结果表明, 对于万头猪场沼气工程, 发酵温度从30℃提高到55℃, 容积产气率由1.43 m³·m^-3·d^-1提高至3.40 m³·m^-3·d^-1, 发酵罐体积从1200 m³减小到500 m³;为维持高温发酵(55℃)所需热量, 年利用秸秆339 t。     

不同温度下氢氧化钠预处理对玉米秸秆甲烷产量的影响

利用农作物秸秆进行厌氧发酵生产沼气是解决我国农村能源紧张的重要途径,然而秸秆中难以降解的木质纤维结构导致在发酵过程中甲烷转化率较低。利用自行设计的可控性恒温发酵装置,以玉米秸秆为发酵原料,分析了在不同温度条件下氢氧化钠（NaOH）预处理对秸秆木质纤维结构以及厌氧发酵产气效率的影响。结果表明,NaOH预处理能够显著降低玉米秸秆的木质纤维素含量,与未预处理的秸秆相比,经NaOH处理后的秸秆纤维素含量降低了24.4%～33.2%,半纤维素含量降低了14.2%～52.4%,木质素含量降低了9.3%～29.3%。在6%、8%和10%浓度中,经8%NaOH处理的秸秆在55℃下的甲烷产量最高,达到188.7 ml CH₄·（g VS）^-1,较未处理的增加了84.2%,因此可作为提高秸秆厌氧发酵产气效率的预处理方法。     

不同温度下氢氧化钠预处理对玉米秸秆甲烷产量的影响(英文)

利用农作物秸秆进行厌氧发酵生产沼气是解决我国农村能源紧张的重要途径,然而秸秆中难以降解的木质纤维结构导致在发酵过程中甲烷转化率较低。利用自行设计的可控性恒温发酵装置,以玉米秸秆为发酵原料,分析了在不同温度条件下氢氧化钠(NaOH)预处理对秸秆木质纤维结构以及厌氧发酵产气效率的影响。结果表明,NaOH预处理能够显著降低玉米秸秆的木质纤维素含量,与未预处理的秸秆相比,经NaOH处理后的秸秆纤维素含量降低了24.4%~33.2%,半纤维素含量降低了14.2%~52.4%,木质素含量降低了9.3%~29.3%。在6%、8%和10%浓度中,经8%NaOH处理的秸秆在55℃下的甲烷产量最高,达到188.7 ml CH4·(g VS)?1,较未处理的增加了84.2%,因此可作为提高秸秆厌氧发酵产气效率的预处理方法。     

农业秸秆湿干两级厌氧发酵制沼气技术

干式发酵过程由于需水量少而成为目前国内外沼气行业的一个重要发展趋势,但是干式发酵存在启动慢和传质不均匀的局限性。采用湿式发酵作为干式发酵的接种启动阶段,将湿式和干式联合,从而力求解决干式发酵的局限性,发展出湿干结合的两级厌氧发酵产沼气工艺,以提高干式发酵技术的效率。采用秸秆为底物进行两级厌氧发酵,考察了第一级湿式发酵时间对后续干式发酵的影响。设置3、5、10、15和25 d五个不同湿式发酵周期进行实验,结果表明,湿式发酵周期为10、15和25 d实验组的累计两级甲烷产气能力相当,分别为218.63、219.44和218.85 ml·(g VS)-1,3 d[208.17 ml·(g VS)-1]和5 d[185.83 ml·(g VS)-1]实验组产气量均较低。从产气量、降解程度和实际工艺等角度综合分析得出,湿式发酵周期为10 d之后转入第二级干法发酵效果最佳。动力学拟合分析表明,RC(reaction curve)模型较GM(Modified Gompertz)和LM(Modified Logistic)模型更适用于本实验研究的厌氧发酵过程的数据模拟。     

餐厨垃圾与固体废物共消化产气效果研究

为研究餐厨垃圾与不同固体废物厌氧共消化产气的效果,探究餐厨垃圾/污泥共消化最佳进料方式,采用自制的全混合厌氧反应器,通过产气量和甲烷含量综合评价餐厨垃圾与不同固废(鸡粪、猪粪、玉米秸秆、麦秆、稻杆和活性污泥)共消化系统在不同配比下产气的潜力;通过产气性能和消化液的pH值、VFAs质量浓度、氨氮质量浓度、碱度综合评价进料方式对餐厨垃圾/活性污泥共消化系统的影响。结果表明:餐厨垃圾与6种不同底物混合共消化系统的产气潜力分别是活性污泥(5∶5)>鸡粪(5∶5)>玉米杆(3∶7)>麦秆(3∶7)>猪粪(1∶9)>稻杆(5∶5);餐厨垃圾/活性污泥共消化系统连续式进料的各项指标均优于序批式进料,更适合厌氧发酵产沼气。