农业秸秆湿干两级厌氧发酵制沼气技术

干式发酵过程由于需水量少而成为目前国内外沼气行业的一个重要发展趋势,但是干式发酵存在启动慢和传质不均匀的局限性。采用湿式发酵作为干式发酵的接种启动阶段,将湿式和干式联合,从而力求解决干式发酵的局限性,发展出湿干结合的两级厌氧发酵产沼气工艺,以提高干式发酵技术的效率。采用秸秆为底物进行两级厌氧发酵,考察了第一级湿式发酵时间对后续干式发酵的影响。设置3、5、10、15和25 d五个不同湿式发酵周期进行实验,结果表明,湿式发酵周期为10、15和25 d实验组的累计两级甲烷产气能力相当,分别为218.63、219.44和218.85 ml·(g VS)-1,3 d[208.17 ml·(g VS)-1]和5 d[185.83 ml·(g VS)-1]实验组产气量均较低。从产气量、降解程度和实际工艺等角度综合分析得出,湿式发酵周期为10 d之后转入第二级干法发酵效果最佳。动力学拟合分析表明,RC(reaction curve)模型较GM(Modified Gompertz)和LM(Modified Logistic)模型更适用于本实验研究的厌氧发酵过程的数据模拟。     

玉米秸秆高浓度厌氧发酵的启动过程特性

高浓度厌氧发酵具有单位体积产气率高、原料处理量大、需水量小、能耗低等优点,同时存在启动难和易酸化的问题。以玉米秸秆为原料,研究秸秆高浓度发酵过程接种物、分批进料结合渗滤液回流对启动的影响。结果表明,分批进料结合渗滤液回流工艺可有效实现高浓度厌氧发酵系统的稳定启动,反应器启动运行22 d,以污泥为接种物的秸秆累积产沼气量为43.54 ml·（g TS）^-1,以湿法发酵的沼液为接种物的秸秆累积产沼气量为115.15 ml·（g TS）^-1。与以厌氧污泥为接种物的发酵系统相比,以湿式发酵沼液为接种物的高浓度厌氧发酵系统秸秆微观结构变化更明显,主要表现为半纤维的溶解;荧光原位杂交技术（FISH）结果也表明两种接种物系统的甲烷菌形态存在明显差异。     

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。     

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。     

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。     

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。     

玉米秸秆高浓度厌氧发酵的启动过程特性

高浓度厌氧发酵具有单位体积产气率高、原料处理量大、需水量小、能耗低等优点,同时存在启动难和易酸化的问题。以玉米秸秆为原料,研究秸秆高浓度发酵过程接种物、分批进料结合渗滤液回流对启动的影响。结果表明,分批进料结合渗滤液回流工艺可有效实现高浓度厌氧发酵系统的稳定启动,反应器启动运行22 d,以污泥为接种物的秸秆累积产沼气量为43.54 ml·(g TS)?1,以湿法发酵的沼液为接种物的秸秆累积产沼气量为115.15ml·(g TS)?1。与以厌氧污泥为接种物的发酵系统相比,以湿式发酵沼液为接种物的高浓度厌氧发酵系统秸秆微观结构变化更明显,主要表现为半纤维的溶解;荧光原位杂交技术(FISH)结果也表明两种接种物系统的甲烷菌形态存在明显差异。     

酒糟沼气化利用的基础研发

酒糟是酒精工业和酿酒工业的废弃物,通过厌氧发酵不仅可以解决酒糟废弃物污染的问题,还可以提供能源,并且经厌氧发酵后的沼液、沼渣还可以用作生物肥。开展了中温（37℃）条件下的酒糟厌氧发酵产生沼气研究,并分析了厌氧发酵前后物料组成变化及酒糟沼液作为生物液态肥的可行性。结果表明：四种酒糟的沼气产量从高到低依次为玉米燃料乙醇酒糟、酱香型白酒酒糟、浓香型白酒酒糟、木薯燃料乙醇酒糟,对应的产气量分别为607.4、578.7、434.2、122.3 ml·g^-1（以VS计）;各酒糟厌氧发酵产沼气的甲烷体积分数均在60%～70%之间;酒糟的沼气产量与其VS降解率呈正比;酒糟发酵液各元素及离子含量符合生物液态肥标准,是一种很好的生物液态肥原料。     

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%。     

低有机质污泥投加药剂联合低温热水解及后续厌氧发酵研究

污水厂污泥量日益增加,所含的有机物可用于厌氧发酵产甲烷,但目前多数污水处理厂多为低有机质污泥。本文围绕低有机质污泥投加不同药剂联合低温热水解对污泥溶解性物质变化及厌氧发酵规律的影响情况进行研究。结果表明,投加药剂联合低温热水解不仅有助于有机物[可溶糖、可溶蛋白和TVFA（挥发性有机酸（]的溶出与生成,而且有助于后续厌氧发酵产甲烷。在本实验所研究的低温热水解（污泥含固率为8%,热水解处理温度为90℃,处理时间为24 h）及药剂投加量[NaOH：0.018 g·（g DS（^-1、Ca（OH（₂：0.016 g·（g DS（^-1、CaCl₂：0.0375g·（g DS（^-1]的条件下,有机物溶出与生成的效果为NaOH> Ca（OH（₂> CaCl₂,其中热水解联合NaOH中可溶糖、可溶蛋白和TVFA浓度分别达到3051 mg·L^-1、10686 mg·L^-1和5740 mg·L^-1。对于产甲烷促进效果为NaOH> CaCl₂> Ca（OH（₂,其中投加NaOH后最大累积产甲烷量可达到101.9 ml·（g VS（^-1。     

城市生活垃圾压榨分离/厌氧发酵工艺技术探索及实验

对混装城市生活垃圾进行压榨,实现干湿分离,对分离的垃圾湿组分采用两段式厌氧发酵产沼气的试验,证实其技术上的可行性。对城市生活垃圾处理及对其有机质综合利用的工艺技术途径的探索,为相关工艺和设备的研发设计提供了较为详实的工艺参数。     

剩余污泥发酵同步反硝化系统污泥减量及反硝化性能

引言城市污水生物处理系统反硝化的顺利进行通常需要足够的碳源保证[1],而我国大部分污水厂存在碳源不足的问题,许多工艺中外加碳源的投加[2-3]大大增加了运行成本及控制系统的复杂性。剩余污泥的处理处置是城市污水处理厂的另一重点和难点[4]。为了实现剩余污泥的减量化和资源化[5-6],     

短程好氧发酵强化餐厨废物厌氧消化性能

研究了短程好氧预处理提高餐厨废物高温厌氧消化性能。结果表明：短程好氧发酵减少了餐厨废物中多余的易酸化和易降解的有机物,增强了高温厌氧反应的稳定性,提高了产气量和消化效率;同时,必须防止过度好氧发酵以免过多地消耗底物和降低产气量。餐厨废物经过12h好氧处理的厌氧消化过程稳定性能最好、累积产气量达到最大值29928mL,较直接厌氧消化提高了26％。厌氧消化动力学研究表明,短程好氧发酵6h、12h、24h、48h和72h的餐厨废物的厌氧反应速率常数分别为0．145d^-1、0．143d^-1、0．140d^-1、0．175d^-1和0．182d^-1。     

高含固率污泥厌氧消化系统的启动方案与试验

高含固污泥厌氧消化技术是目前国内外的研究热点。该文以上海市白龙港污水处理厂脱水污泥稀释而成的含固率为10%的污泥作为研究对象,对高含固污泥厌氧消化技术进行了初步的探讨。试验结果表明,厌氧消化系统的进泥含固率升高至10%后,每投入1 m3的污泥产气约16~18 m3沼气,远高于现有浓缩污泥厌氧消化系统的产气率(8~10 m3沼气/m3污泥)。高含固率污泥厌氧消化系统推荐采用清水启动策略,即消化罐内介质的初始状态为清水(二沉池出水),之后以不同投配率投加原污泥,避免系统启动过程中的VFA的积累,尤其是丙酸含量的积累。该研究成果不仅可为该污水处理厂现有污泥厌氧消化系统未来的扩建改造服务,而且可为国内同类工程提供借鉴和示范。     

两种碱性pH调节剂对1,3-丙二醇发酵过程的影响

氢氧化钠、氢氧化钙作为碱性pH调节剂,被广泛应用于发酵行业。两种pH调节剂在发酵过程中形成的有机酸盐,其溶解性存在显著差异,从而间接影响发酵过程。本文重点考察了两种碱性pH调节剂对1,3-丙二醇发酵过程的影响,通过发酵液渗透压、尾气组成、发酵周期、生产强度等过程参数的试验考察,分析了可溶性强碱作为pH调节剂不利于1,3-丙二醇发酵的原因,并且在以氢氧化钠作为pH调节剂的发酵体系中,考察了区间厌氧发酵方案的可行性。从氢氧化钠pH调控下的发酵周期来看,约21h后转入发酵末期,发酵活跃期相对较短,因此缩短发酵周期,有利于提高平均生产强度。另外,通过区间厌氧通气方案,能够进一步减少氮气使用量,提高该工艺的经济性。     

厌氧发酵制备生物燃气过程的物质与能量转化效率

以稻壳为原料,采用批式中温(35℃±1℃)厌氧发酵工艺研究了稻壳厌氧发酵制备生物燃气的产气性能,在此基础上结合物质流分析方法分析了发酵过程中C、N元素的分布情况以及物质与能量的转化效率。研究结果表明稻壳厌氧发酵制备生物燃气过程的产气率和产CH₄率分别为297.41和164.40 ml·(gVS_RH)^-1,平均CH₄含量为55.28%;C元素流向分布:30.7%生物燃气,6.4%沼液,62.9%沼渣;N元素在剩余物中的流向分布:63.2%沼液,36.8%沼渣;稻壳厌氧发酵制备生物燃气的物质转化效率和能量转化效率分别为30.0%和33.7%。本研究为农业加工废弃物的资源管理和能源化利用提供了理论依据。     

餐厨垃圾厌氧发酵过程的影响因素硏究

餐厨垃圾虽是废物,但经过厌氧发酵,可以产生发酵产物和沼气,厌氧发酵可以将有机垃圾变废为宝,同时获得清洁能源,减少碳排放,取得良好的社会和经济效益。在本文中,对餐厨垃圾厌氧沼气发酵系统进行了全面的研究,通过探讨食物垃圾物理组成,研究影响餐厨垃圾厌氧发酵的各种因素,通过研究找出餐厨垃圾厌氧发酵的最佳反应条件,进行餐厨垃圾厌氧发酵实验室测试得出实验结论。     

超声波促进处理剩余活性污泥中试研究

文章进行了超声波促进污泥脱水减量并提高污泥厌氧消化效率的中试。中试装置每天可处理3 000 kg含水质量分数在99%以上的剩余活性污泥。实验结果表明,当超声波频率为28.7 kHz、输出电压为70 V,作用时间为2 m in,絮凝剂投加质量分数为8‰(干基)时,污泥滤饼含水质量分数比未经超声波作用的降低2%,体积减少8%,污泥的脱水效果最佳。当超声波输出电压为150 V,作用时间60 m in时,污泥厌氧消化时间比传统方法缩短20 d。同时沼气产生速率比未经超声波作用的提高6倍,前25 d沼气总产量比传统污泥厌氧消化过程增加4—5倍。可见大功率、长时间有利于促进厌氧消化,从而达到污泥减量的目的。