不同配比混合蔬菜废弃物产气特性的实验研究

以4种不同叶菜类蔬菜废弃物为发酵原料,采用批量式厌氧消化工艺,在恒温(35±1)℃的条件下,探究了不同配比混合蔬菜废弃物的产气潜力及产气特性,结果表明,大白菜、甘蓝菜、生菜和油麦菜不同质量配比下厌氧消化时,产气潜力和有机质变化率均存在差异。在原料总量60 g,总发硅液体积400 mL条件下,质量配比为1∶2∶1∶1的实验组累积产气量为2829 mL,总固体产气率为895 mL/g, VS去除率为13.18%,相比其他不同质量配比的实验组有机物含量高且易于被充分降解利用,更适宜作为厌氧消化原料。     

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。     

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。     

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。     

餐厨垃圾与污泥两相中温厌氧消化试验研究

研究了混合比例和污泥停留时间对餐厨垃圾与污泥联合两相中温厌氧消化过程的影响。相较于餐厨垃圾与污泥TS比为1∶3的条件,TS比为1∶1时两相系统具有更好的产气效果、有机物去除效果和运行稳定性。随着SRT的延长,两相系统有机负荷逐步降低,产甲烷速率相应降低,单位体积进料产沼气量以及有机物去除率逐步提高。在餐厨垃圾与污泥TS比为1∶1的条件下,两相厌氧消化系统最佳SRT为25 d（产酸相和产甲烷相分别为5 d和20 d）;此时,沼气中甲烷含量高达71％,产甲烷速率和甲烷产率分别为0．7 L/L＆#183;d和0．69 L/gVS去除,两相系统VS去除率达到64．7％。     

农村有机生活垃圾与不同原料厌氧共发酵工艺优化

有效处理农村有机生活垃圾（rural organic household waste, ROW）对美化农村环境具有重要意义,在对其进行高浓度厌氧发酵时容易出现酸化和氨氮抑制现象,导致系统稳定性差。目前尚缺乏ROW不同共发酵底物和进料总固体（total solids,TS）浓度对厌氧发酵的影响研究。为提高厌氧发酵性能,减少环境保护压力,本文对ROW不同共发酵底物配比和不同进料浓度下厌氧共发酵特性进行研究,从而优化农村有机生活垃圾厌氧发酵工艺。文中对取自江苏徐州沛县的农村有机生活垃圾和江苏省农业科学院六合动物实验基地的猪粪（PM）、水稻秸秆（RC）进行厌氧共发酵。当发酵底物为ROW和PM时,甲烷产量随着进料总固体含量TS的升高而增加,最高为257.38mL/g VS;当发酵底物为ROW和RC,或者发酵底物为ROW、PM和RC时,进料TS质量分数从8%增加到12%时,甲烷产量随之增加,最高分别为339.59mL/g VS、322.16mL/g VS,当进料TS质量分数继续升高到15% 时,二者产量均出现降低且均低于其他实验组,分别为231.17mL/g VS、194.67mL/g VS。在本文所设置实验条件下,最优共发酵进料为：发酵底物为ROW和RC,生活垃圾与挥发性固体（VS）质量比为1∶1,进料TS质量分数为12%,甲烷产量为339.59mL/g VS。     

垃圾焚烧发电厂储坑渗滤液与NaOH预处理秸秆混合厌氧消化试验研究

本研究将垃圾焚烧发电厂储坑渗滤液视做可再生资源,其与碱处理后的秸秆进行的中温混合厌氧消化表现出典型的水解酸化和甲烷化过程。高浓度储坑渗滤液能产生相对较高的VFA,可提高系统的产气率和产气量。其产气率比未加入渗滤液的厌氧消化系统高出60.15m L/g VS,总产气量高出1868m L。表明该储坑渗滤液可与碱处理后秸秆混合进行再生能源化利用。     

秸秆类型及配比变化对污泥厌氧消化中微生物群落的影响

为探讨秸秆类型及配比变化对污泥厌氧消化体系中微生物群落结构的影响,采用16S rRNA高通量测序技术,对污泥-秸秆联合厌氧消化体系中微生物群落进行分析。结果表明：玉米秸秆的添加对体系中pH和挥发性脂肪酸（VFAs）的影响较大,尤其是乙酸。而小麦和水稻秸秆的添加对碱度的影响较大,但当配比增加时体系中的VFAs和乙酸浓度也会增加,特别是1∶1.5（挥发性固体质量比）。通过对微生物群落结构分析发现,秸秆类型及配比的变化能显著提高厌氧体系中水解菌和酸化菌的相对丰度（p＜0.001）,如深古菌门Bathyarchaeota、未识别的_c_深古菌门（norank_p_Bathyarchaeota）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、阴沟单胞菌门（Cloacimonetes）、同力菌门（Synergistetes）、未分类的_p_阴沟单胞菌门（unclassified_p_Cloacimonetes）、未识别的_c_拟杆菌门_vadinHA17（norank_c_Bacteroidetes_vadinHA17）、（Christensenellaceae_R-7_group）、未识别的_f_紫单胞菌科（norank_f_ Porphyromonadaceae）、未分类的_f_瘤胃菌科（unclassified_f_Ruminococcaceae）、拟杆菌属（Bacteroides）、丙酸杆菌属（Prolixibacter）、长绳菌属（Longilinea）、纤绳菌属（Leptolinea）等菌群;但对体系中乙酸型产甲烷菌（Methanosaeta）和氢型产甲烷菌（甲烷螺菌属Methanospirillum、甲烷杆菌属Methanobacterium和甲烷短杆菌属Methanobrevibacter）的生长产生抑制作用。同时也发现秸秆的添加对甲基型产甲烷菌（Methanomassiliicoccus）的生长具有显著的促进作用（p＜0.001）,从而影响厌氧体系的产甲烷特性。     

厌氧消化过程中挥发性固体产气率变化规律研究

实验的目的旨在研究厌氧消化系统VS产气率的变化规律。厌氧消化试验在中温条件下进行,以餐厨垃圾为实验底料。实验过程中对沼气产率、VS产气率、甲烷含量等指标进行监测。研究结果显示:厌氧系统在半连续方式下运行VS产气效率明显高于同等反应条件下的批式系统。系统的运行状态与VS产气率有直接对应关系,当系统出现抑制状态时,VS产气率出现显著下降。当系统在恢复过程中,VS产气率明显提高。     

鸡粪与玉米秸秆混合厌氧干发酵研究

鸡粪中添加一定量的秸秆可以有效解决发酵过程中由于挥发性脂肪酸大量积累,从而导致厌氧消化反应不正常的问题。本次实验意通过研究鸡粪和秸秆不同配比下在干发酵过程中常规参数的变化,计算其产甲烷效率,研究发酵消化系统的理化参数、产气特性等变化情况。研究结果表明：在鸡粪的发酵过程中添加少量秸秆有助于调节C/N,调节微生物的营养结构以及防止氨抑制现象的产生,提高产气效率,10%秸秆添加量为最佳配比。在整个厌氧消化过程中,COD及氨氮浓度未对微生物的生长产生抑制作用,VFAs浓度的变化趋势为先上升后趋于稳定。     

水稻秸秆渗滤床半固态厌氧发酵性能研究

以水稻秸秆为原料,利用自行设计的渗滤床反应器,对比研究了不同温度（20、25、30和35℃）及不同预处理方式（NaOH、生物试剂和沼液）对秸秆厌氧发酵产气性能、物能转化率、发酵后沼液性能和产气成本等方面的影响。实验结果表明：发酵后总固体（TS）质量分数稳定在13%~15%之间,属于半固态厌氧发酵,同时累积产气量与温度、发酵后COD及NH₃-N的变化量均呈极显著正相关。相同温度（20~30℃）条件下,经预处理后的水稻秸秆TS产气率较空白均有所提高;其中沼液预处理效果最为明显,35℃条件下,TS产气率及挥发性固体（VS）产甲烷率分别为154.0和55.2 mL/g,较空白样品分别提高25.1%和52.5%。同时,沼液预处理可显著提升厌氧发酵产气中的甲烷体积分数。各预处理样品TS产甲烷率及VS产甲烷率呈随温度（20~30℃）上升而增加的趋势,但产甲烷提升率随温度的上升而逐渐下降,将系统温度从20℃提升至25℃,各处理产甲烷率可提高90%以上。考虑到沼气工程罐体增温及产能收支平衡等因素,温度控制在25℃是经济性最好的策略模式。从产气成本上分析,自产沼液具有较佳的处理效果和较低的生产成本,每生产1 m³沼气的可变成本1.62元。     

厌氧发酵起始阶段通氧对玉米秸秆产甲烷特性的影响

基于厌氧发酵起始阶段的氧供应量控制,研究了厌氧发酵起始阶段通氧对玉米秸秆产甲烷特性的影响。当氧气供应量为10 ml·(g VS)^-1时,甲烷产量达到最大为299.8 ml·(g VS)^-1,相对于不做处理的样品甲烷产量提高了8.4%。但是,氧气供应量的继续提高并没有带来甲烷产量的升高,当氧气供应量大于40 ml·(g VS)^-1时,甲烷产量相对于不做处理的秸秆样品轻微下降。modified first order equation 模型拟合分析表明起始阶段微好氧处理可以加快底物的水解速度,但氧气供应量过大会延长厌氧发酵的延滞时间。另外,经过起始阶段通氧处理,秸秆厌氧发酵的VS降解率也有所提高。     

玉米芯与鸡粪混合发酵提高甲烷发酵性能

为提高玉米芯和鸡粪厌氧发酵甲烷产率,研究了玉米芯和鸡粪混合发酵性能。实验结果表明,玉米芯与鸡粪最佳混合比为5∶1,沼气和甲烷产率最高,分别是200mg/g和121.2mL/g（玉米芯/鸡粪,VS,下同),与单一鸡粪厌氧发酵相比,沼气产量提高了700%,玉米芯与鸡粪混合发酵有助于更多的生物质向甲烷转化。玉米芯与鸡粪在最佳比例下混合发酵时挥发性脂肪酸（VFAs）最高达2.56g/L,乙酸在VFAs中起主导作用。适当的鸡粪添加有助于体系氨氮含量增大和甲烷菌活性提高,过多鸡粪添加不利于甲烷总产量的提高。氨氮与VFAs的中和作用促进了体系的pH稳定。底物进料量对沼气产率有明显的影响,混合底物进料量为50g/L时总产气量最高,为7800mL,对应的甲烷体积分数为68.7%,而进料量为20g/L时沼气产率和甲烷产率最高,分别为325mg/g和184.3mL/g。玉米芯与鸡粪混合发酵能够改善碳氮底物（C/N）的发酵比、提高微量金属元素含量,是甲烷产率提高的主要原因。     

生物甲烷系统的组分分析与综合评价

明确生物甲烷过程中原料、沼液和沼渣的组成与系统的综合评价,在优化生物甲烷系统、减少污染物排放等方面都具有重要意义。研究了牛粪、猪粪、秸秆、餐厨垃圾和鸡粪等五种典型原料的生物甲烷系统,分析原料、沼气、沼液和沼渣的组成,并在此基础上构建了包含绿色度、甲烷产率、沼液沼渣的重金属污染度和潜在生态风险四个方面的生物甲烷系统综合评价体系。研究结果表明：猪粪原料的生物甲烷系统绿色度和甲烷产率最高,分别达到0.222和212 ml·g^-1,但其沼渣的重金属污染度最高;牛粪原料的生物甲烷系统绿色度较高,达到0.200,沼渣的重金属污染度最低,但甲烷产率仅有116 ml·g^-1;秸秆原料的生物甲烷系统沼渣的潜在生态风险最低,沼液的重金属污染度和潜在生态风险较低,但绿色度和甲烷产率偏低;鸡粪原料的生物甲烷系统甲烷产率较高,达到183 ml·g^-1,但沼液的重金属污染度和潜在生态风险都最高,且绿色度较低;餐厨垃圾原料的生物甲烷系统性能最差,绿色度和甲烷产率最低,并且沼渣的潜在生态风险最高。     

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%。     

Wheat straw pretreatment with KOH for enhancing biomethane production and fertilizer value in anaerobic digestion☆

Wheat straw biodegradability during anaerobic digestion was improved by treatment with potassium hydroxide(KOH)to decrease digestion time and enhance biomethane production and fertility value.KOH concentrations of1%(K1),3%(K2),6%(K3)and 9%(K4)were tested for wheat straw pretreatment at ambient temperature with a C:N ratio of 25:1.86% of total solids(TS),89% of volatile solids(VS)and 22% of lignocellulose,cellulose and hemicellulose(LCH)(22%)were decomposed effectively with the wheat straw pretreated by 6% KOH.Enhanced biogas production and cumulative biomethane yield of 258 ml·(g VS)~(-1)were obtained increased by 45% and 41%respectively,compared with untreated wheat straw.Pretreated wheat straw digestion also yielded a digestate with higher fertilizer values potassium(138%),calcium(22%)and magnesium(16%).These results show that TS,VS and LCH can be effectively removed from wheat straw pretreated with KOH,improving biodegradability biomethane production and fertilizer value.     

Integration of high-solid digestion and gasification to dispose horticultural waste and chicken manure

To realize full energy recovery from grass and chicken manure(CM), the integration of high-solid anaerobic digestion(HSAD) and gasification was investigated experimentally. The anaerobic biodegradability of grass can be enhanced through codigestion with CM. When the volatile solid(VS) ratio of CM to grass was 20:80, C/N ratio calculated to be 21.70, the cumulative biogas yield was the highest, 237 ml·(g VS)~(-1). The enhancement of biogas production was attributed to the buffering effects of ammonia and rich trace elements in CM. In semi-continuous systems, when the organic loading rate was 4.0 g VS·L~(-1)·d~(-1), the HSAD process was stable, with the average biogas yield 168 ml·(g VS)~(-1). More than 80% fractions of the digestates were volatile matters, which meant that the digestates can be used as feedstock for gasification to produce syngas. The VS ratio of grass to CM had significant overall energy generation through HSAD and gasification. Compared with gasification of digestate,cogasification with woodchips increased syngas yield and low heat value(LHV). Increasing of mass ratio of digestates to woodchips led to the decrease of LHV.     

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。