农村秸秆与粪便发酵产氢的研究

选取10种常见的农业有机废弃物:稻草、玉米秆、小麦秆、大麦秆、蚕豆秆、黄豆秆等秸秆以及猪粪、牛粪、鸡粪、马粪等粪便作为原料,采用批量发酵工艺,控制发酵料液的pH值在适宜范围内,进行厌氧发酵产氢的研究.试验结果表明,在厌氧条件下,采用批量发酵工艺,控制发酵温度为25℃左右,以农作物秸秆、畜禽粪便为原料,以沼气发酵后的厌氧活性污泥为天然产氢菌种的来源,以乳酸调控发酵料液pH值为4.5～5.5,可以获得洁净能源--氢气.     

预处理温度对活性污泥发酵产氢特性的影响

为寻求适宜的种泥热处理方法,利用摇瓶发酵实验,考察了城市污水处理厂好氧活性污泥分别经65、80、95、110℃热处理30min后,其利用葡萄糖发酵产氢的特性。结果表明:在初始pH=7.0、葡萄糖浓度10g/L、接种量2gMLVSS/L条件下,35℃培养72h,经65℃和95℃处理的种泥表现出较好的发酵产氢性能,其葡萄糖的氢气转化率分别达到1.08和1.11mol/mol,污泥的比产氢率分别为8.36和9.05mmol/gMLVSS;经65℃预处理的种泥发酵体系,表现为丁酸型发酵,其葡萄糖降解率和最大产氢速率分别高达82%和11.29mL/h,而经95℃预处理的种泥发酵体系则呈现混合酸发酵特征,其葡萄糖转化率和最大产氢速率分别仅为76%和4.45mL/h。     

预处理对秸秆废弃物沼气发酵的影响研究

研究了预处理对典型秸秆废弃物沼气发酵的影响。与豆秆和棉秆相比,木质素含量相对较低的玉米秆产气速率和沼气产率更高。碱处理缩短了产气高峰出现的时间,峰值也得到提高,这可能与预处理增加的可溶性组分的快速降解有关。经过几天的低产气期,又出现第二个小产气高峰。组分分析表明,碱处理去除大量木质素,纤维可及度得到提高,这是第二阶段产气得到加强的原因。最终,玉米秆、豆秆和棉秆的最高沼气产率分别达415,343 ml/g TS和298 ml/g TS,比未处理秸秆提高34%,54%和86%。结果表明,预处理豆秆和棉秆产气性能较好,可与玉米秆一样,作为沼气发酵的优良原料。     

超声波预处理对秸秆发酵的影响

以秸秆为研究对象,在37℃条件下对不同的超声波强度和工作时间预处理的秸秆进行为期50 d的厌氧发酵试验,分析发酵过程中产气效率、累计产气量、pH值、CH4浓度等参数变化,并对秸秆微观结构进行电镜扫描,研究超声波预处理对秸秆微观结构的破坏以及厌氧发酵产气特性影响。试验结果表明:超声波预处理能提高秸秆发酵累计产气量和产气效率,平均单位日产气量由未经预处理的4.54 ml/(g.d)提高到经超声波处理后的6.86 ml/(g.d),提高了51.10%;超声波预处理对秸秆发酵pH无显著影响;沼气中平均甲烷浓度由未经预处理的43.83%提高到处理后的47.86%;最佳超声波预处理功率为225 W,处理时间为30 min。     

稀酸处理对秸秆厌氧发酵产氢的影响

以稻草秸秆为纤维素原料,先利用稀硫酸对其进行预处理,再利用活性污泥进行厌氧发酵产氢。试验研究了压力、温度、硫酸浓度、加压时间、固液比以及原料粒度对预处理结果的影响,并根据产氢量优化了预处理条件。试验结果表明:在硫酸浓度为0.7%、处理压力为0.1MPa、加压时间为60min、固液比为1∶12,秸秆原料过60目筛的情况下预处理效果最好,此时每克秸秆产氢量为113ml,秸秆中半纤维素、纤维素的利用率为87.47%,秸秆的有效利用率为52.38%。     

碱剂预处理秸秆与活性污泥混合厌氧消化试验研究

秸秆经碱预处理后进行中温混合厌氧消化表现出典型的水解酸化和甲烷化过程,碱预处理秸秆的厌氧消化周期在27 d左右,未预处理的秸秆在试验的33 d内未有明显的厌氧消化反应发生,碱预处理秸秆缩短了其厌氧消化周期。从产气率、产气量分析,NaOH预处理试验组好于氨水预处理试验组。     

玉米秸秆与白菜厌氧共发酵产甲烷潜力研究

文章对比研究了玉米秸秆单独发酵以及玉米秸秆和白菜混合发酵的产甲烷潜力。研究结果表明:在反应器连续运行的78 d内,与玉米秸秆单独发酵相比,玉米秸秆和白菜混合发酵的平均日产气量提高了28.6%以上,平均甲烷含量提高了24.5%以上,发酵体系的pH值维持在6.91～7.43,处于产甲烷的最优pH值范围内,发酵体系的氨氮浓度有较大幅度的升高,但未抑制发酵体系的甲烷生成;通过水力停留时间验证了该研究所设定参数的合理性。     

膨化技术用于玉米秸秆厌氧干发酵的试验研究

研究了膨化技术对玉米秸秆成分和结构的影响,并对膨化后原料进行厌氧干发酵试验研究。研究表明,玉米秸秆经膨化处理后,其还原糖量明显增加,纤维素的结晶度降低了12.68%,秸秆内部结构也发生了明显变化。膨化后玉米秸秆发酵启动快,产气效率和甲烷含量都比未膨化秸秆有所提高,最高产气率为0.916 m3/(m3.d),甲烷含量最高可达80.2%。     

乙醇型发酵与丁酸型发酵产氢机理及能力分析

氢气是一种新型清洁能源，方便快捷的制氢方法正日益受到重视，产氢－产酸发酵过程中氢气产生的主要途径为乙醇型发酵过程和丁酸型发酵过程，在对这两种发酵类型产氢机理及能力的理论研究及对比试验中，发现乙醇型发酵途径发酵产氢能力要优于丁酸型发酵过程（平均为25％－40％），并且该文将pH值和氧化还原电位（ORP）作为综合环境因子考察，通过与发酵过程产氢量指标相配合分析，认为乙醇型发酵过程是一种较佳的有机物生物发酵制氢途径。     

水稻脆性秸秆发酵产纤维乙醇的研究

以水稻脆性秸秆为原料进行了发酵产乙醇的研究。用水稻脆性秸秆比用作对照的普通秸秆的半纤维素和木质素含量分别高17%和5%,纤维素含量低15%。采用浓度为2%(w/v)的硫酸进行秸秆预处理后,脆性秸秆稀酸水解液中葡萄糖含量为普通秸秆的1.38倍;每克脆性秸秆产生的木糖和阿拉伯糖比普通秸秆分别高出12.0 mg和3.9 mg;两种秸秆酸水解液中副产物乙酸、糠醛和5-羟甲基糠醛的浓度差异不显著。经过纤维素酶进一步处理后,每克脆性秸秆得到的总还原糖量为(541.2±8.0)mg,比普通秸秆高出41.9 mg。Escherichia coli SZ470利用酸预处理且酶促糖化的两种秸秆发酵72 h后,脆性秸秆发酵的乙醇产量可达(10.9±0.4)g/L,为普通秸秆的1.1倍。     

厨余和污泥不同混合比例碱处理产氢特性研究

以厨余垃圾和污泥为反应底物,加热预处理的污泥为发酵接种物,考察了碱处理下厨余与污泥不同混合比例的发酵产氢特性。结果表明:不同pH碱液对厨余垃圾进行预处理后,其效果以pH=13时最佳,预处理3h后SCOD和还原糖含量分别为31316.8mg/L和5.54mg/mL;碱预处理后的污泥与厨余联合发酵能够改善物料的营养平衡,缩短反应延迟时间到1h内;当厨余与污泥混和比例为5:1时为本试验最佳的试验条件,其氢气含量、比产氢速率峰值和氢产率分别为52.69%,1.73mL H_2/(h·gVS)和50.27mL H_2/gVS。     

S-TE预处理污泥厌氧发酵产氢

应用嗜热酶污泥溶解(S-TE)技术预处理剩余污泥,研究接种外在产氢菌(Enterococcus sp.LG1)和未接种外在产氢菌两种状况下,污泥发酵的产氢效果,并与相应温度(65℃)热预处理污泥的发酵产氢效果进行对比,分析探讨了污泥发酵产氢过程中底物和pH值的变化。结果表明:经S-TE预处理的污泥在未接种外在产氢菌时,产氢效果良好,最大产氢率(H_2/VS)高达16.3mL H_2/g,高出65℃热预处理污泥接种产氢菌15.6%,高出65℃热预处理污泥未接种产氢菌26.4%,发酵气体中只含有H_2和CO_2,不含CH_4,氢延迟时间短(3～4h),产氢率达最大值后能较稳定维持10h以上;S-TE预处理污泥接种产氢菌后,产氢效果不佳,最大产氢率仅为10.7mL/g。S-TE预处理污泥发酵过程中,可溶性蛋白质和可溶性糖是产氢发酵的主要营养物质。     

有机废水发酵法生物制氢中试研究

利用厌氧细菌的产酸发酵作用进行生物制氢的生物制氢技术 ,在世界范围内受到普遍重视。然而 ,多数研究都集中在纯菌种的产氢机理上 ,而对混合菌种的研究较少。该文在小试研究成果的基础上 ,利用驯化的厌氧活性污泥进行了中试规模的生物制氢试验研究 ,获得了 30mol/kgVSS .d的持续产氢能力。试验结果表明 ,将运行参数控制在温度 35℃、pH4 0～ 4 5、HRT4～ 6h、ORP - 10 0～ - 12 5mV、进水碱度 30 0～ 5 0 0mg/L (以CaCO3 计 )、容积负荷 35～ 5 5kgCOD/m3 ·d等范围时 ,发酵法生物制氢反应器的最大持续产氢能力可达 5 7m3 /m3 ·d。中试制氢反应器具有良好的抗负荷冲击能力和运行稳定性 ,对制糖废水中的COD去除率可达到 2 0 %以上 ,去除单位COD可获得 2 6mol/kgCOD的产氢率。     

含纤维素类生物质的生物制氢

首次报道了以消化污泥为天然产氢菌源,以含纤维素类生物质(脱油花生饼和棉籽饼)为底物,通过批式试验实现生物制氢的研究结果。系统考察了菌种来源、底物预处理、培养时间、发酵反应温度等因素对含纤维素类生物质(脱油棉籽饼和花生饼)产氢能力的影响,考察了液相发酵末端产物组成随培养时间的变化规律。实验结果表明,在脱油花生饼和棉籽饼初始浓度分别为80g/L和100g/L的条件下,经稀盐酸预处理后二者的产氢能力分别从27.37mL/g和9.24mL/g增加至42.4mL/g和15.4mL/g,与未经预处理的脱油花生饼和棉籽饼相比,二者的产氢能力分别提高了54.9%和66.7%。生物气的主要组成为氢气和二氧化碳,发酵液的主要组成为乙醇、乙酸和丁酸,整个发酵产氢过程没有检测到有意义的甲烷气体存在。     

发酵条件对发酵产氢细菌B49产氢的影响

采用间歇发酵实验，研究了葡萄糖浓度、接种量、温度、氮源、不同有机底物对发酵产氢产酸细菌新菌种IM9(AF481148 in EMBL)生物产氢的影响。结果表明，接种量影响IM9的产氢；IM9生长和产氢适宜温度均为35℃；IM9不能利用无机氮源，而有机氮是IM9生长、产氢的适宜氮源；葡萄糖是IM9发酵产氢的最适宜底物，当浓度为10g／L时，IM9的葡萄糖利用率为100％，氢气得率为1．69molH2／mol glucose；此外，IM9可利用小麦、大豆、玉米、土豆及糖蜜废水和啤酒废水产氢，其中利用糖蜜废水、啤酒废水产氢分别为137．9ml H2／g COD和49．9ml H2／g COD。     

柳枝稷鲜样及干样的稀酸预处理及乙醇发酵研究

为了比较柳枝稷的鲜样品与干样品生产乙醇的差异,首先对柳枝稷鲜样品和干样品进行稀酸水解研究,接着用本实验室酵母菌种Y7对两种原料的稀酸水解糖液进行未脱毒的乙醇发酵.研究结果表明:柳枝稷鲜样品稀酸水解的纤维素和半纤维素转化率、还原糖得率和水解液的乙醇产率都明显优于风干样品.该研究为柳枝稷的充分利用生产乙醇提供了新的有效途径.     

沼液中全氮含量的影响因素试验研究

利用BIOF-2010型生物发酵罐等试验仪器，测定了发酵温度、原料浓度、搅拌速度、接种量和pH值等不同发酵工艺条件参数对沼液中全氮含量的影响。实验结果表明：原料浓度对全氮的影响较为明显，增大接种量可加大沼液中全氮含量的变化幅度，pH7时，测定出的全氮含量变化幅度较大。     

氨氮对餐厨垃圾厌氧发酵产氢的影响

研究了以尿素作为氮源时对餐厨垃圾厌氧发酵产氢的影响.研究结果表明,随着尿素添加量的增大,体系中氨氮的浓度逐渐增大,当氨氮浓度在3.58～7.89g/L的范围内,对氢气的产生有促进作用;氨氮浓度超过7.89g/L时,体系的氢气产量开始下降,氨氮浓度为6.24g/L时得到最大氢气产率(126.8mL/g VS);然而,当氨氮浓度超过5.93g/L时,体系反应的延迟时间超过了13.64h,因此综合考虑氢气产量和产氢效率,应该控制反应过程中氨氮的浓度低于6g/L.反应后,液相中的主要产物是乙酸和丁酸,随着尿素投加量的增大,体系中丁酸的浓度逐渐减少,乙酸的浓度增大,但两者的浓度和所占总有机酸的比例都约为80%,没有明显变化;丙酸和戊酸含量较少,且变化不大.     

城市有机垃圾厌氧干发酵研究

在２０－５０％ ＴＳ浓度下，采用厌氧消化污泥作接种物，ＴＳ量与接种物量之比为１０：１，可保证有机垃圾厌氧消化过程正常进行。这时垃圾的生物降解量、产沼气量和产甲烷量均随ＴＳ浓度的增高而降低，ＴＳ浓度为５０％时降低幅度最大。产甲烷过程，挥发酸量和每克ＴＳ和ＶＳ的产气量均与ＴＳ浓度有关。