复合微生物预处理玉米秸秆产沼气的试验研究

利用白腐菌、木霉菌以及白腐菌和木霉菌复合菌在相同的条件下对玉米秸秆进行预处理,对预处理后的秸秆进行厌氧发酵制取沼气。结果表明,利用微生物进行秸秆预处理能促进秸秆厌氧发酵产沼气的进程,提高产气量和产气效率,其中以混合菌预处理效果最好,产气量比未经预处理秸秆的产气量提高11.95%、产气时间提前6 d、产气高峰期提前16 d,容积产气率达到1.196 mL/(mL.d),原料产气率达到518.33 mL/g。仅利用白腐菌进行秸秆预处理也具有良好的效果,而利用木霉进行秸秆预处理对厌氧发酵的促进作用效果较差。说明利用木质素降解菌株进行秸秆预处理对提高秸秆的厌氧发酵效率具有重要的作用。     

微波辅助MgO/SBA-15预处理对玉米秸秆厌氧消化的影响

为探索微波辅助MgO/SBA-15预处理玉米秸秆对其厌氧消化产气的影响,采用Mg O/SBA-15对玉米秸秆进行预处理,并在中温条件下进行厌氧消化产气试验。试验结果表明:微波辅助Mg O/SBA-15预处理玉米秸秆能有效破坏其原始构态,提高纤维素回收率和底物的可生物降解性,为厌氧发酵产沼气奠定良好的基础。在MgO/SBA-15与干基质的质量比分别为0%、10%、20%的条件下,预处理后的玉米秸秆厌氧消化产气能力较未预处理组有较大提高,厌氧消化启动时间有所提前。与对照组相比,经10%和20%MgO/SBA-15预处理的玉米秸秆单位挥发性固体(volatile solid,VS)产气量分别可提高55.28%和41.00%;90%最大产气量厌氧消化时间分别缩短1d和0 d;VS减少率分别提高7.3%和4.1%。综合考察预处理效果、日产气量、累积产气量和厌氧消化启动时间,相比于质量比20%的MgO/SBA-15组,质量比为10%的Mg O/SBA-15预处理效果更好。     

黑曲霉AS0006预处理玉米秸秆产沼气研究

为了提高玉米秸秆与牛粪混合发酵的产气效率,文章对黑曲霉AS0006预处理后的玉米秸秆进行了研究,考察了不同预处理时间的玉米秸秆在混合厌氧发酵过程中的日产气量、累积产气量、TS和VS去除率以及木质纤维素去除率等发酵特性的变化情况。研究结果表明:黑曲霉AS0006对木质纤维素有较强的降解能力,玉米秸秆经黑曲霉AS0006预处理28 d后,纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别为26.86%,11.93%和25.09%;经过黑曲霉AS0006预处理的玉米秸秆与牛粪混合发酵可以提高日产气量并缩短厌氧发酵周期,其中,预处理21 d后的玉米秸秆的产气高峰最大,为523.4 mL/d;经过黑曲霉AS0006预处理的玉米秸秆与牛粪混合发酵后, TS和VS去除率以及木质纤维素去除率均比未经预处理的玉米秸秆高。     

组合碱预处理对玉米秸秆厌氧消化的影响

为提高玉米秸秆厌氧消化的产气量及产气效率,采用不同质量分数的组合碱(质量比为2∶1的NaOH和Ca(OH)2)对其进行预处理,经过3 d的预处理后,考察组合碱对玉米秸秆成分及厌氧消化产沼气的影响。结果表明,组合碱预处理能有效缩短消化启动时间,并不同程度提高秸秆的产沼气能力。其中质量分数为3%的组合碱处理组产气状况最好,消化60 d后的总产气量可达24035 m L,日均产气率为400.58 m L/d,总固体产气率、挥发性固体产气率分别为358.73 m L/g和369.77 m L/g,在相应的厌氧消化时间内有效提高了玉米秸秆的厌氧消化效率。     

荷叶发酵产沼气的研究

以荷叶为原料对其发酵产沼气进行了研究。以稻草秸秆为对照,活性污泥为接种物,对荷叶厌氧发酵产沼气的能力进行了评估,并研究了荷叶对稻草秸秆发酵产沼气的影响。荷叶在37℃条件下发酵35 d,沼气产气量为167.0 mL/g,沼气中甲烷含量为65.72%,分别高出稻草秸秆15.57%,12.25%。荷叶与稻草秸秆按1∶1进行混合发酵时沼气产气率为184.5 mL/g,沼气中甲烷含量为70.68%,分别高出稻草秸秆27.68%,20.72%。荷叶发酵前后TS,VS含量变化分别为3.77%,15.17%,发酵前后pH维持在7左右。结果表明,荷叶在沼气生产上有很大潜力。     

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.     

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。     

勿忘我花杆发酵产沼气潜力的实验研究

为研究勿忘我花杆的产沼气潜力和特性,实验设计对照组（120 mL接种物）和实验组（120 mL接种物 + 27 g勿忘我花杆）,在30℃恒温条件下,采用全混合批量式发酵工艺,进行厌氧发酵产沼气的实验。结果表明,实验组沼气发酵历时36 d,净产气量为1 650 mL,计算得出勿忘我花杆的产气潜力为359 mL/(g•TS),393 mL/(g•VS)。     

柠檬酸对牛粪厌氧发酵产沼气的影响研究

文章研究了柠檬酸添加量对牛粪中温(35±1℃)厌氧发酵产沼气的日产气量、累积产气量、p H值以及COD降解率等的影响。结果表明:添加适量的柠檬酸对牛粪厌氧发酵产沼气具有显著的促进作用,0.6%的柠檬酸添加量取得了最高日产气量38.46 m L/g(VS);0.7%的柠檬酸添加量取得了最高累积产气量545.48 m L/g(VS);0.3%的柠檬酸添加量可以大幅提高COD去除率,达到了34.5%;随着柠檬酸添加量的增加,第二次产气高峰依次推迟,p H值从6.76逐渐降低到5.41,当柠檬酸添加量为0.9%时,p H值达到5.57。该研究结果为牛粪厌氧发酵规模化沼气工程的高效运行提供了技术参考。     

玉米秸秆酶解与厌氧发酵产氢实验研究

以粒度小于0.088 mm秸秆粉的酶解液为底物与热预处理活性污泥(其中TS%为6.77%,VS%为47.90%,COD为36.665 g/L)进行厌氧发酵产氢实验,以累积产氢量和产氢速率为考察指标,研究不同热预处理(100℃水浴)时间、初始p H值、酶解液浓度、发酵温度对厌氧发酵产氢的影响,并利用修正的Gompertz方程对产氢过程进行回归分析,优化出最佳玉米秸秆酶解液厌氧发酵产氢的工艺参数。结果表明:活性污泥利用玉米秸秆酶解液进行厌氧发酵产氢时,当活性污泥热预处理时间为15 min、初始p H值为5.0、玉米秸秆粉酶解液浓度为22.34 mg/m L、发酵温度为40℃时,产氢效果最佳,此时最大累积产氢量达到653.98 m L,最大产氢速率为15.89 m L/h。     

狼尾草高底物同步糖化乙醇发酵全残留物产甲烷特性研究

以汽爆狼尾草的高底物浓度乙醇发酵全残留物为底物,进行甲烷潜力测试(BMP)以及单相全混式连续搅拌反应器(CSTR)厌氧消化实验,以验证乙醇发酵全残留物的产甲烷特性及残留物中各组分在生产清洁能源甲烷时的底物贡献率。经过50 d的BMP实验,甲烷产量最终达到884 mL,相应的甲烷产率为390.6 mL/g VS,其中纤维素和半纤维素在第10天达到产气高峰,累计产气量占全残留物累计产气量的48.2%,小分子酸和酶与酵母在第2天达到产气高峰,其产气量分别占全残留物累计产气量的22.4%和26.4%。随后使用CSTR反应器进行单相厌氧消化,有机负荷从1.5 g VS/(L·d)逐渐提升至3.5 g VS/(L·d),最终获得457.1 L/kg VS的甲烷产率和47.3%的挥发性固体(VS)去除率。结果表明:狼尾草作为一种木质纤维素原料,在获得满足工业蒸馏需求的乙醇浓度后,其发酵全残留物仍可作为良好的底物通过厌氧消化制取甲烷,不仅减少工艺的环境排放负荷,而且可提高原料的利用率。     

氨化水饱和预处理麦秸厌氧消化产气性能的研究

试验以氨水为预处理试剂,研究在水饱和状态下,氨水添加量及负荷率对麦秸厌氧消化产气性能的影响。对氨化预处理前后麦秸的主要组分进行测定,采用傅立叶变换红外光谱(FTIR)对氨化水饱和预处理秸秆及秸秆中木素、纤维素和半纤维素的结构变化进行研究。结果表明,在3种负荷率下,氨化水饱和预处理后麦秸单位质量VS产气量分别提高了14%~23%,26%~36%和31%~45%。4%氨化预处理后的麦秸在65 g/L负荷率下获得最大377 mL/g的生物气产量。组分分析表明,氨化水饱和预处理可有效脱除39%~42%的半纤维素及11%~20%的纤维素,对木素含量影响较小。结构分析表明,氨化水饱和预处理可脱除细胞壁中的蜡质成分,使木素中部分官能团、纤维素中的氢键和糖苷键、半纤维素的部分氢键和糖单元之间的连接键发生断裂;从而使纤维素从木素的包裹中释放出来并发生溶胀,破坏其晶体结构;使半纤维素亲水性增强且更易于降解。这些秸秆内部结构的变化是提高麦秸厌氧消化产气性能的根本原因。     

华南地区稻草的厌氧干发酵制取沼气研究

研究了经过C/N调节和白腐菌预处理后的稻草在不同温度条件下的干发酵瓶试实验,并根据瓶试实验结果以及华南地区的气候条件,进行了常温1m3罐试实验.瓶试实验结果表明在35℃条件下秸秆干发酵较为稳定,具有较高的产气率、产甲烷率及沼气质量.1m3罐试实验在常温条件下运行89d,累积产气量22.6m3,且前45d的累积产气量约占总产气量的80.4%.发酵原料产气率为570L/kgVS,产甲烷率为240L/kgVS,甲烷百分含量最高可达62%.从pH值、产气量和甲烷百分含量来看,整个发酵过程均为正常发酵.通过循环发酵液的罐试实验表明,发酵液的循环能有效避免酸中毒并提高产气率和产甲烷率,对稻草干发酵而言,循环发酵液是一种较好的搅拌方式.该工艺可为华南地区稻草秸秆的资源化利用提供依据.     

酸、碱、氧化试剂与低温冻融联合预处理对高粱秸秆厌氧发酵产甲烷的影响

以高粱秸秆为原料,分别研究酸、碱、氧化试剂与低温冻融联合预处理对高粱秸秆与沼泥混合厌氧发酵产甲烷的影响。试验结果表明：经过预处理后各试验组高粱秸秆组分含量比CK对照组均有显著变化(p＜0.05),木质素去除率在29.85%~41.71%之间,纤维素相对含量提高率在10.08%~17.27%之间,半纤维素去除率在1.30%~9.62%之间。预处理可有效改变高粱秸秆宏观和微观结构,改变高粱秸秆的组织结构特性,纤维素、半纤维素与木质素的连接被打断,木质素被脱除。各试验组累积甲烷产量比CK对照组显著提高30.69%~90.28%,经5%冰乙酸和低温冻融联合预处理后的试验组在试验周期内有最大累积甲烷产量351.85 mL/（g·VS）。Logistic增长曲线方程对于高粱秸秆与沼泥混合厌氧发酵产甲烷规律具有较好的拟合效果,可对累积甲烷产量做出合理解释和准确预测,经济性和能量分析可为规模化生产提供参考。     

鸡粪与NaOH预处理麦秸联合厌氧发酵产气性能与协同效果研究

试验研究了不同负荷下不同混合比例的鸡粪与NaOH预处理麦秸的厌氧发酵产气性能和协同作用效果。以鸡粪和2%NaOH预处理后的麦秸作为发酵原料,研究了混合物料在3种负荷和9种混合比例条件下的厌氧发酵产气情况。结果表明:在3种负荷(50,65,80 g/L)中,均是鸡粪和麦秸比例为1∶2时产气效果最佳,其累计产气量分别达到32 000,43 030 mL和50 370 mL;其TS产气率分别达到328.2,356.9,352.8 mL/g,比纯鸡粪相应负荷分别提高了27%,29%,23%。不同比例下,3种负荷中,均是65 g/L时产气效果最好,鸡粪与麦秸的协同作用使累计产气量提高了7%～17.7%。     

稻壳与玉米秆高温厌氧发酵制备生物燃气潜力研究

研究了玉米秆和稻壳在固体浓度为6%时的高温（50℃）发酵性能,并分析了发酵过程中氨氮浓度、碱度及挥发性脂肪酸等参数的变化情况。结果表明,玉米秆和稻壳的挥发性物质产甲烷率接近,分别为（157.67 ± 3.00）mL/g VS和（155.83 ± 6.25）mL/g VS,挥发性物质去除率分别为（53.38 ± 0.81）% 和（42.67 ± 0.3）%。但稻壳相比于玉米秆无需粉碎,降低了输入能耗。发酵过程中氨氮浓度及挥发性脂肪酸数值低于抑制浓度,且碱度对发酵系统酸浓度变化具有很好的缓冲能力,可见玉米秆和稻壳适宜作为沼气工程的原料,并可在6%的固体浓度及高温条件下稳定发酵。     

机械搅拌转速对稻草厌氧消化性能的影响

以稻草为原料,采用批式厌氧消化,研究了4种搅拌转速(40,80,120,160 r/min)对稻草厌氧消化产气情况、组分变化和系统稳定性参数(pH值、碱度和氨氮)等的影响。结果表明,搅拌转速对稻草厌氧消化的产气性能有显著影响。80 r/min的厌氧消化效果最好,单位VS产气量为430.6 ml/g,分别比40,120和160 r/min提高了23.6%,11.4%和18.3%;80 r/min和160 r/min的消化时间T80均为46 d,分别比40 r/min和120 r/min缩短了20 d和3 d。搅拌转速为80 r/min时,厌氧消化反应器既能保证良好的物料混合效果,又能维持系统的稳定和较高的微生物活性,其TS,VS降解率均高于其他搅拌转速的反应器,产气性能最好。     

皇竹草厌氧发酵特性及稀土元素溶出研究

为探讨稀土尾矿区修复用皇竹草的厌氧发酵特性和发酵过程稀土元素溶出情况,开展不同发酵浓度（总固体浓度分别为2%、4%、6%、8%、10%）的中温（37±1℃）批式厌氧发酵实验。结果表明,总固体（TS）浓度为4%条件下皇竹草产甲烷性能最佳,日产甲烷率和累积产甲烷率分别为25.56 mL/g和197.33 mL/g。采用修正Gompertz方程能较好地模拟不同TS下皇竹草发酵累积产甲烷率的变化。分析发酵液中稀土元素浓度变化,结果表明,皇竹草内的稀土元素在厌氧发酵过程中只发生小部分溶出,主要包括La、Ce、Nd、Sc、Y等,各处理发酵液中稀土元素浓度并未超出文献报道的抑制浓度。相关性分析结果表明,稀土元素溶出率与发酵体系的TS浓度、化学需氧量（COD）呈负相关,与pH呈正相关。研究可为稀土矿区皇竹草沼气工程应用和发酵剩余物的肥料化利用提供指导。     

Characterization of Spartina alterniflora as feedstock for anaerobic digestion

Smooth cordgrass (Spartina alterniflora), a saltmarsh plant with high production, was characterized for its potential for use as feedstock for anaerobic digestion processes. The anaerobic digestibility and biogas yield of S. alterniflora were evaluated by anaerobic batch digestion experiments performed at 35 ± 1 °C at initial volatile solids (VS) of 6%. The nutrient content analysis indicated that S. alterniflora contained the required nutrition for anaerobic microorganisms, but its high C/N of 58.8, high K and Na contents of 8.1, 22.7 g kg^?1, respectively, may be disadvantageous to its anaerobic digestion. The cumulative biogas yield was determined to be 358 L kg^?1 VS and the biodegradation efficiency was 45% after 60 days of digestion. The methane content of biogas increased from 53% on day 3 to around 62% after 13 days of digestion. The changes of volatile fatty acids (VFAs) indicated that the acidification of S. alterniflora was propionate-type fermentation with proportion of acetate and propionate ranging from 54.8% to 98.4%, and the hydrolysis of lignocellulose was the rate-limiting step for its anaerobic digestion. The analysis of cations suggested that K⁺ and Mg²⁺, with the maximum concentration of 1.35 and 0.43 g L^?1 in fermentation liquor, respectively, could be inhibitory to the anaerobic digestion of S. alterniflora. It is concluded that S. alterniflora can be transformed into clean energy by anaerobic digestion and the high contents of K, Na, Ca and Mg may be the inhibitory factors when S. alterniflora is digested by continuous or semi-continuous anaerobic process.