鸡粪与玉米秸秆的干式厌氧发酵实验研究

文章以鸡粪和玉米秸秆为发酵底物,开展了鸡粪干发酵、玉米秸秆预处理后干发酵、鸡粪和玉米秸秆混合干发酵等实验。实验结果表明:玉米秸秆经过质量分数为2%的Na OH溶液预处理后,产气效果最好;与鸡粪或玉米秸秆单独干发酵相比,鸡粪与玉米秸秆混合干发酵的产甲烷效果并无明显优势,但增加沼液回流后甲烷产量提高了1倍以上,实现了99.9%的产甲烷潜力。     

多原料混合发酵产甲烷动力学特性研究

以牛粪、猪粪和玉米秸秆为发酵原料,研究多原料混合发酵产甲烷的最佳配比,并利用冈珀茨模型(Gompertz model)分析不同原料配比混合发酵产甲烷的动力学特性。结果显示牛粪、猪粪和玉米秸秆三者混合的产甲烷效果优于牛粪或猪粪与玉米秸秆两者混合的发酵效果,且在牛粪、猪粪、玉米秸秆干物质的质量配比为1.5∶1.5∶1时,混合发酵的产甲烷量和产甲烷速率最高,分别为10114.71 m L和536.14 m L/d。     

构树与不同生物质废弃物混合厌氧发酵产气性能研究

在温度(55±1℃)和总挥发性固体浓度(2%)为固定参数,碳氮比(C/N)为可变参数的条件下,研究了构树和牛粪、餐厨垃圾、水稻秸秆分别进行混合发酵的产气性能。研究结果表明:与单一发酵相比,混合发酵均能提高甲烷产量,当构树与餐厨垃圾混合物的C/N为20时,可获得最高的累积产甲烷量(411.71 mL/g),比构树和餐厨垃圾单独发酵时的累积产甲烷量分别提高了45.45%和12.61%;构树与餐厨垃圾、牛粪、水稻秸秆进行混合发酵时,原料之间均存在协同作用,其中,构树与水稻秸秆在C/N为15的条件下进行混合发酵时,协同指数最高,为18.69%;构树与不同废弃物的混合厌氧发酵过程符合修正Gompertz方程(R~20.97),可用该拟合方程模拟混合厌氧发酵过程。     

高效降解玉米秸秆产甲烷菌群的筛选

为了对秸秆类原料进行厌氧消化制取甲烷,提高底物利用率和甲烷产量,该研究以玉米秸秆为原料,以取自不同环境中的7个样品为接种物,35℃,对玉米秸秆进行厌氧消化,研究其甲烷产量、甲烷产率及发酵时间等。研究结果证明:筛选得到3个转化玉米秸秆并产甲烷的优势菌群,其最高容积甲烷产率分别为0.66、0.62、0.73m~3/m~3·d,底物产甲烷量分别为403、397、410L/kgvs,明显高于报道过的相应数据。该研究为玉米秸秆的高效制取甲烷提供了优势的微生物菌群基础。     

进料配比对牛粪和玉米秸秆半连续厌氧发酵的影响

为了提高牛粪和玉米秸秆混合厌氧发酵时的产气性能,采用全混合式反应器对总固体混合比(Total Solid Mixing Ratios,TSMR)不同的原料进行半连续厌氧发酵,并研究各发酵系统的产气性能、稳定性和物质转化能力。研究结果表明:系统稳定运行后,当牛粪和玉米秸秆的TSMR为1∶3时,发酵系统的产气性能最佳,甲烷产量为3.94 L/d,分别比纯牛粪和纯玉米秸秆发酵提高了23.67%和20.44%,且该混合比下的木质纤维素降解率最高,可达56.55%;TSMR不同的发酵系统均能稳定运行,且稳定运行期间的总碱度为5 000～8 000 mg/L,总挥发性脂肪酸的浓度小于100 mg/L,pH值为7.0～7.4,氨氮浓度未达抑制值并随着混合原料中玉米秸秆占比的增大而减小。     

汽爆柳枝稷乙醇发酵残留物两步厌氧消化研究

为探究木质纤维素乙醇发酵残留物厌氧消化产甲烷性能,以汽爆柳枝稷高底物乙醇发酵残留物为底物,通过甲烷相出水回流至酸化相的方式进行厌氧消化产甲烷研究。结果表明:乙醇发酵残留物可有效进行甲烷生产,通过回流方式,酸化相内过多的挥发酸注入到甲烷相中,甲烷相的出水回流至酸化相,平衡酸化相及甲烷相内的pH值和挥发酸的浓度,提高系统运行稳定性,进而提高厌氧消化效率和甲烷产量。随着甲烷相出水不断地循环至酸化相,甲烷相内的产甲烷菌群也被加入到酸化相内,产甲烷菌群的不断增加、pH值逐渐升高、甲烷含量逐渐上升,使酸化相内产酸菌与产甲烷菌群逐渐趋于平衡,酸化相逐渐向甲烷化发展,并最终转变为产甲烷相。500 mL发酵残留物经厌氧消化,共产生48 L沼气,其中甲烷28.8 L,甲烷产率277 mL/g COD,COD去除率达90%,甲烷含量约60%。     

厌氧消化菌群的筛选及其对高浓度玉米秸秆的厌氧消化

为了提高玉米秸秆类原料厌氧消化的产气率和底物利用率,从环境中筛选出了厌氧降解玉米秸秆产酸和产甲烷的优势菌群,该菌群的最高容积甲烷产率为0.73 m3/(m3.d),气体中的甲烷含量达到85%左右,底物产甲烷量为410 L/kg;以15%高浓度玉米秸秆为原料,该菌群的最大产酸能力为10 g/L,最高容积产气率为3.10m3/(m3.d),平均容积产气率为1.7 m3/(m3.d),平均甲烷含量为55%。研究结果明显高于报导过的相应数据。为高浓度玉米秸秆的高效厌氧消化利用提供了良好的微生物菌群应用基础。     

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.     

热化学预处理玉米秸秆厌氧消化产气特性研究

以玉米秸秆为原料,对经热化学处理后的秸秆进行发酵试验,设置堆腐预处理和碱预处理玉米秸秆发酵作为对比试验。所得试验结果为:热化学预处理玉米秸秆单位容积最大日产气量为1.122 L/d,发酵30 d的单位容积累计产气量为15.995 L,平均甲烷含量为45.85%;发酵完成后,热化学预处理玉米秸秆总固体与挥发性去除率分别为35.50%与39.32%,比未处理玉米秸秆分别提高14.15%与10.64%。在对比发酵试验中,热化学预处理的处理效果与堆腐预处理相似,但低于碱预处理。     

汽爆玉米秸秆乙醇发酵残留物产甲烷特性研究

为阐明木质纤维素原料乙醇发酵残留物产甲烷的能力,以汽爆玉米秸秆为原料进行高底物浓度同步糖化发酵(SSF)产乙醇,并将乙醇发酵残留物、发酵残留物上清及固体部分分别进行产甲烷潜力实验。研究结果表明,汽爆玉米秸秆同步糖化发酵底物浓度达到30%(w/w),乙醇浓度为48.9g/L。发酵残留物产甲烷潜力为46mL CH_4/g底物,上清部分产甲烷潜力为12mL CH_4/g底物,固体部分产甲烷潜力达到286mL CH_4/g底物,从而证明高底物浓度汽爆玉米秸秆乙醇发酵残留物具有较好的产甲烷潜力。     

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。     

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。     

鸡粪和玉米秸秆混合干发酵特性及微生物多样性研究

鸡粪中添加一定量的秸秆可以有效解决单一物料发酵出现的C/N失衡问题。为了维持系统稳定,文章以鸡粪为底物添加10%的玉米秸秆开展中温连续式干发酵实验,研究发酵消化系统的理化参数、产气特性、酶活性以及微生物群落的变化情况。研究结果表明:甲烷最高日产量为43.39 L;在整个厌氧消化过程中,氨氮浓度未对微生物的生长产生抑制作用;消化液的pH值呈现出先稳定后减小,最后上升至7±0.2并保持稳定的变化趋势,VFAs浓度的变化趋势为先上升后趋于稳定;COD浓度最大值为110 400 mg/L,纤维素酶、半纤维素酶、蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶活性的最大值分别为2.44×10⁵,0.34,153.06,471.93,307.76 IU/L;在水解酸化阶段,门水平上的优势菌为广古菌门、厚壁菌门、变形菌门和拟杆菌门,产甲烷阶段的优势菌属主要为甲烷丝状菌属、甲烷拟杆菌属和甲烷球形菌属。     

灰分添加量对牛粪干发酵产气效率的影响

文章研究了灰分对牛粪厌氧干发酵产气效率的影响。将核桃壳在600℃烧制成的灰分加入发酵体系中,添加量分别为发酵底物总TS的2%,6%,10%(添加质量分别为0.8,2.4,4.0 g),接种量为总发酵体积的30%,总发酵浓度为21%。结果表明,灰分添加量为6%组和10%组的甲烷含量高于无添加的对照组和添加量为2%组。在整个发酵周期中,前25 d为厌氧干发酵高峰期;添加灰分量为2%组和6%组显示了对牛粪厌氧干发酵的促进作用,比无添加的对照组产甲烷量分别提高了20.85%和17.77%。添加灰分量10%组出现了对厌氧干发酵的抑制作用,产甲烷量比对照组降低了5.65%。测定发酵后的pH,VFA发现,pH值随着灰分添加量加大而升高,VFA随着灰分添加量升高而降低。这说明灰分在厌氧干发酵过程中起到保护作用,在易酸化的体系中形成了酸碱缓冲体系,有益于厌氧干发酵的进行。实验结果可对牛粪厌氧干发酵加入外源添加剂的相关研究提供实验数据支持。     

温度和pH值对猪粪与玉米秸秆混合厌氧发酵影响的试验研究

以玉米秸秆和猪粪混合为发酵原料,研究不同温度和不同初始pH值对厌氧发酵的影响。结果表明,在30℃发酵温度条件下,累积产气量达到最大值,为8 316 mL,且在发酵36 d时,累积产气量达到总累积产气量的91.8%。当初始pH值为7.3时,累积产气量达到最大值,为10 458 mL,且在发酵36 d时,累积产气量达到总累积产气量的90.44%。     

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%。     

酶酸联合水解玉米秸秆的实验研究

开发了一种通过酸酶联合水解处理玉米秸秆以得到可发酵单糖的工艺方法,进行了稀硫酸预处理玉米秸秆的研究。得到最佳的工艺条件,木糖收率达到84.90%。用纤维素酶水解酸处理过的玉米秸秆,考察了pH值、温度、时间对酶水解率的影响,结果表明:酶解温度为50℃,pH值为4.8,水解时间为60h时,酶水解率达到91.71%。该工艺达到了节能高效地转化玉米秸秆为可发酵单糖的目的。     

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。     

酸化温度对玉米秸秆厌氧水解酸化性能的影响

文章研究了不同酸化温度(35,40,45℃)对玉米秸秆厌氧水解酸化性能的影响。研究结果表明:酸化温度对玉米秸秆水解酸化的程度以及产酸代谢类型有显著影响;当酸化温度为40℃时,玉米秸秆水解酸化产生的可溶性化学需氧量(SCOD)和挥发性脂肪酸(VFAs)的浓度最高,产生的气体以H_2和CO_2为主;酸化相的pH值为5.14～5.51,VFAs中乙酸和丁酸含量之和占VFAs总量的85.2%～91.4%,此时酸化相进行的是有利于甲烷化的丁酸型发酵;     

水热预处理对木质纤维素类废弃物厌氧发酵产甲烷及能量平衡的影响北大核心CSCD

文章研究了10种常见的木质纤维素类废弃物(玉米秸秆、小麦秸秆、高粱秸秆、水稻秸秆、南瓜藤、地瓜藤、苦瓜藤、浮萍、猴菇渣、平菇渣)在175℃,30 min条件下的水热预处理效果,并开展了产甲烷潜力试验。结果表明:水热预处理后,10种废弃物的半纤维素含量均显著降低,但玉米秸秆、小麦秸秆、南瓜藤、地瓜藤和浮萍的产甲烷潜力并未得到显著提高;苦瓜藤、猴菇渣和平菇渣因水热处理后纤维素得到大幅降解,其产甲烷潜力分别提高了51%,30%和29%。通过能量平衡分析可知,对于中温37℃的厌氧发酵工艺,进行水热预处理需要多消耗大约977 kJ/kg的能量,即水热处理后物料的甲烷产量至少要比未水热处理的物料提高27.2 L/kg,才能够保持相同的能量收益。