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。     

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。     

活性污泥驯化对棉花秸秆厌氧发酵产氢的影响

采用棉秆厌氧发酵制氢,既可实现农业废弃物的资源化利用,又可获得可再生能源——氢气。以棉花秸秆为发酵底物,以污水处理厂活性污泥为产氢菌源,主要研究活性污泥驯化时间(煮沸时间、培养时间、超声波处理时间)及污泥质量等因素对棉花秸秆产氢性能的影响。结果表明,25g活性污泥未经驯化时,棉花秸秆厌氧发酵产氢性能较低,累计产氢量仅为34.60m L/g。当活性污泥经驯化后,棉花秸秆的产氢性能大幅提高,活性污泥质量为25g、煮沸15min、超声波处理120min、培养12h时,棉秆厌氧发酵制氢效果最佳,最大累计产氢量为51.46m L/g,相比未驯化时提高近50%,平均产氢速率为9.36m L/(g·h),混合气体中氢气物质的量分数为42.12%。污泥驯化后极大地提高了棉花秸秆发酵制氢效率,为低成本、规模制氢技术奠定了基础。     

微波-盐酸水解啤酒糟对其发酵产氢的影响

以啤酒糟为底物的厌氧发酵产氢技术可以同时实现废物资源再利用和清洁能源生产。为提高啤酒糟的产氢能力,探讨微波-盐酸预处理底物对厌氧发酵产氢的影响,将啤酒糟置于质量体积分数为的1%HCl中,在微波下辐射加热10 min,以未处理和微波-盐酸热处理啤酒糟为底物进行批式厌氧发酵产氢试验研究。结果表明:微波-盐酸预处理能显著提升啤酒糟的糖化与产氢能力;预处理后,啤酒糟的初始还原糖浓度是未处理啤酒糟的30倍,最大氢气浓度由23.18%提高到34.18%,产氢率由25.76 m L/g提高到52.81 m L/g;修正的Gompertz方程可以很好地拟合累积产氢量随时间的变化;啤酒糟发酵过程中的挥发性脂肪酸以乙酸和丁酸为主。     

玉米秸秆厌氧发酵生物制氢放大试验研究

在前期试验的基础上,以牛粪堆肥作为菌种来源,以玉米秸秆作为发酵底物,分别在5 L和30 L反应器中进行厌氧发酵制氢试验.试验结果表明:30L反应器处理底物的能力为15 g/L,5 L反应器为10g/L,其相应的底物最高产氢潜力分别为198.25,109.58 ml/g.5 L反应器和30 L反应器的最佳搅拌速率分别为120,100r/min,累积产氢量分别为5.51,58.50L.发酵过程中微生物的生长符合典型的微生物生长规律.5 L反应器和30 L反应器的气相产物中最高含氢量分别为55%和61%.由液相发酵产物确定两反应器中的发酵均为丁酸型发酵.修正后的Gompezrt产氢动力学模型能够很好地描述两反应器的发酵产氢过程,反应器经过放大后,其产氢性能得到了明显的提高.     

辣椒厌氧发酵产H2和CH4的试验研究

以辣椒为原料,以实验室长期驯化的猪粪发酵残留物为底物的混合厌氧消化污泥作为接种物,在常温下进行批量发酵,发酵料液体积400 ml,RHT=86 d.TS质量分数为6.36%时,进行厌氧发酵产H2,产H2结束后使用NaOH溶液调节pH值为7.42,继续发酵产CH4.结果表明:辣椒产氢潜力(TS)为103.0L/kg,VS产氢潜力145.7 L/kg;TS产甲烷潜力为254.6 L/kg,VS产甲烷潜力为276.9 L/kg,其TS能量利用潜力达2 222.4 kJ/kg.     

底物质量浓度对玉米秸秆同步糖化生物制氢的影响

利用HAU-M1光合细菌对玉米秸秆同步糖化生物制氢工艺进行实验研究,提出了同步糖化生物制氢工艺中玉米秸秆底物质量浓度与pH值、还原糖质量浓度、氢气体积分数和累积产氢量等因素之间的相关关系,探讨了底物质量浓度对玉米秸秆同步糖化生物制氢工艺的影响规律。实验结果表明:当玉米秸秆底物质量浓度为25g/L时,玉米秸秆同步糖化生物制氢工艺的累积产氢量达到最高,为186mL;当玉米秸秆底物质量浓度为15g/L时,玉米秸秆同步糖化生物制氢工艺的氢气体积分数达到最高,为48%;玉米秸秆同步糖化制氢工艺的产氢高峰期为12~48h,48h后逐渐停止产氢,可为进一步优化和完善以生物质为基质的同步糖化生物制氢工艺理论与技术提供科学参考。     

Fe3O4纳米颗粒对玉米秸秆光发酵产氢的影响

以HAU-M1光合菌群作为发酵细菌,以玉米秸秆为发酵底物,研究Fe₃O₄纳米颗粒对光发酵产氢过程的影响。结果表明:粒径60 nm的Fe₃O₄纳米颗粒浓度为100 mg/L时,比产氢量达到(46.68±1.00)mL/g VSS,与对照组的(35.07±0.56)mL/g VSS相比提升(33.11±0.01)%,此时的能量转化率也提高33.10%。产氢动力学分析结果也表明Fe₃O₄纳米颗粒对反应体系有明显的影响,粒径60 nm的Fe₃O₄纳米颗粒浓度为100 mg/L时,最大产氢潜能和最大产氢速率分别为46.97 mL/g VSS和1.06 mL/(g VSS·h)。适宜的Fe₃O₄纳米颗粒的粒径和浓度能显著促进光发酵产氢能力,而浓度过高则会产生抑制作用。     

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.     

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。     

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。     

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。     

玉米秸秆厌氧发酵过程中的氮源优化

文章以玉米秸秆为厌氧发酵的原料,以尿素和硝酸铵为外加氮源(两者的添加浓度分别为0,1,2,4 g/L)进行批次发酵试验。试验结果表明,尿素添加浓度为1 g/L的试验组的甲烷产率最高,甲烷产率(以单位TS计)为217.50 mL/g。在25 L反应器中进行连续进料的玉米秸秆厌氧发酵试验,以添加1 g/L的尿素和不加尿素的试验组作为对照,试验结果表明:添加尿素的试验组的甲烷产率显著高于不加尿素的试验组,且产气高峰相对提前;适合玉米秸秆厌氧发酵的最适C/N值为22~24;添加尿素能够显著提高纤维素和半纤维素的降解率,但对木质素降解率的提高不明显。     

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25.56mL/g和197.33m L/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。     

木糖厌氧发酵产氢特性研究

以木糖作为厌氧发酵产氢底物,热预处理(100℃,处理20 min)的厌氧颗粒污泥作为接种物,研究了中温条件(37℃)下厌氧发酵产氢特性.结果表明,当反应进行至50 h时,累积产氢量最大,为81.11 mL;乙酸、丁酸和乙醇是液相末端产物中的主要物质,其中乙酸和丁酸的浓度分别为1290 mg/L和1225 mg/L,发酵类型是典型的丁酸型发酵;反应体系的pH值开始降低,最后稳定在4.40左右,形成一个稳定的缓冲体系.     

丁酸型产氢细菌WN9利用谷糠发酵的产氢特征

该研究从牡丹江江滨公园的河道底泥样中筛选获得1株丁酸型发酵产氢细菌的新菌株Clostridium butyricum WN9,并分别以葡萄糖和小米内、外壳谷糠为底物进行发酵产氢实验。实验结果表明:以葡萄糖为底物时,最大比产氢率为1.89 mol/mol;以小米内、外壳谷糠为底物时,内壳谷糠更易被利用,最适宜的内、外壳谷糠浓度分别为50,30 g/L,最大比产氢率分别为20.1,12.7 mL/g;低初始pH值条件(pH6.0)有利于提高谷糠转化效率,当内、外壳谷糠浓度均为50 g/L,初始pH值为6.0时,最大比产氢率分别提高至21.5,15.5 mL/g。     

牛粪和餐厨垃圾混合两相发酵产氢产甲烷的协同作用研究

通过两相厌氧发酵批式实验,研究牛粪和餐厨垃圾在不同混合比例下（4∶0,3∶1,2∶2,1∶3和0∶4）的产氢、产甲烷和产能特性,探究混合基质发酵在两相厌氧发酵产能过程中的协同作用。研究结果表明：氢气产率、甲烷产率和能量产率均随着餐厨垃圾占比的提高而增大,混合发酵在缩短产气延迟时间和提高最大产氢产甲烷速率方面具有积极作用;氢气产率和丁酸产量呈显著正相关关系,说明混合发酵和餐厨垃圾产氢均遵循丁酸型代谢途径;牛粪单独发酵时的主要挥发性脂肪酸产物为乙酸,氢气产率很低;混合发酵产氢在牛粪和餐厨垃圾之比为1∶3时表现出协同作用,而在牛粪和餐厨垃圾之比为3∶1和2∶2时表现出拮抗作用;在产甲烷和产能方面混合发酵呈现协同作用,且协同率随牛粪占比的增加而提高;当牛粪和餐厨垃圾之比为3∶1时,产甲烷协同率和产能协同率分别为23.6%和20.4%,协同效果最显著。     

一株纤维素降解新菌种发酵玉米秸杆的生物产氢特性研究

试验从连续流发酵产氢反应器(ZL92114474.1)中分离筛选出一株高效纤维素降解产氢细菌Clostridium sp.X9.X9利用微晶纤维素(MC)作为发酵产氢底物,得到最大单位体积产氢量(YH2)、比产氢率(YH2/s)和纤维素降解率分别为780 mL H2/L-culture、5.1 mmol H2/g-cellulose和69.6%.采用酸、碱、氨水和酸化汽爆方式预处理玉米秸秆,结果表明,酸化汽爆方式可以获得最佳的预处理效果.X9利用酸化汽爆玉米秸秆(cSES)发酵产氢的YH2、YH2/8和纤维素降解率分别达到730 ml H2/L-culture、4.3 mmol H2/g-cellulose和64%.这说明新菌种X9在利用玉米秸秆类生物质纤维素发酵产氢方面具有很好的应用潜力.     

一株纤维素降解新菌种发酵玉米秸秆的生物产氢特性研究

从连续流发酵产氢反应器(ZL9211474.1)中分离筛选出一株高效纤维素降解产氢细菌Clostridium.sp.X9,X9利用微晶纤维素(MC)作为发酵产氢底物,得到最大单位体积产氢量(YH2)、比产氢率(YH2/s)和纤维素降解率分别为780mL H2/L-culture、5.1mmol H2/g-cellulose和69.6%.采用酸、碱、氨水和酸化汽曝4种方式预处理玉米秸秆,结果表明,酸化汽曝方式可以获得最佳的预处理效果.X9利用酸化汽曝预处理的玉米秸秆发酵产氢的YH2、YH2/s和纤维素降解率分别达到730mL H2/L-cuhllre、4.3mmol H2/g-ceulllose和64.0%.这说明新菌种X9在利用玉米秸秆类生物质纤维素发酵产氢方面具有很好的应用潜力.     

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%。