低温纤维素降解菌系对沼气发酵过程中产酸、产气的影响

将本实验室一组稳定的低温兼性厌氧纤维素降解菌系X1接种到水稻秸秆和牛粪混合沼气发酵底物中,研究其在20℃低温沼气发酵过程中对产酸、产气的影响。结果表明,底物降解时主要产生乙酸、丙酸和丁酸,使pH值下降,处理组处理12 d时乙酸、总挥发性脂肪酸及甲烷含量分别为1.22,2.23 g/L和37.50%,对照组分别为0.47,0.81 g/L和28.50%。处理12 d后随着乙酸含量的逐渐下降,甲烷含量明显提高,15 d为50.20%,24 d达到67.60%,而对照仅为35%和43.30%;总产气量处理较对照提高76.81%。由此可见,菌系X1降解纤维素类物质时为甲烷合成提供了较多的前体物质,有效地提高了甲烷含量和产气量,使产气启动期提前。     

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。     

秸秆发酵产氢的碱性预处理方法研究

以麦秆、稻草和滤纸为发酵底料,以厌氧活性污泥为接种物,采用不同的预处理方法去除木质素并提高纤维素的降解率,从而提高其发酵产氢能力。试验表明对于相同的底料,经过NaOH预处理和纤维素酶解后的还原糖含量、总产气量、总产氢量和氢气浓度都要高于经过氨水预处理的底料,而未经过预处理的底料发酵产氢能力最差。利用10g经过NaOH预处理的麦秆和稻草,经纤维素酶解后在发酵产氢过程中的降解率分别为23.2%和12.5%,总产氢量分别为363.3mL和254.9mL,发酵产气中氢气浓度分别为23.8%和29.1%。发酵液相中主要产物为乙醇、乙酸和丁酸。     

金属离子及表面活性剂对秸秆发酵产沼气的影响

通过测定产气量、发酵后料液的pH值及辅酶F420的浓度、TS和VS的降解率来评价金属离子及表面活性剂对秸秆发酵产沼气的影响。结果表明,添加100μmol/LMg2+或Co2+对产沼气有促进作用,添加0.125%(质量分数,下同)的吐温80有助于产气量的进一步提高,但加入1.25%的吐温80时,沼气产量反而降低。组合添加100μmol/LMg2+和0.125%的吐温80后,发酵液的pH值更接近中性。添加100μmol/LMg2+或Co2+对发酵液中辅酶F420的浓度影响不大。     

pH值调控对发酵产氢的影响

利用厌氧活性污泥作产氢接种物，发酵有机质产生氢气，一般是在酸性条件下进行的。以厌氧活性污泥作接种物，有机酸为基质，在厌氧、恒温25℃、不同的pH值下，启动发酵产氢，以及监测产氢过程中的pH值变化，得出pH值过高时，有大量的甲烷生成，pH值过低时，则对产氢细菌不利，难于产氢。启动发酵产氢时，pH值不宜底于4．3，较为适宜的产氢pH值范围4．5～5．5。     

城市有机垃圾处理过程中主要生理群的微生物研究

分别采用直接厌氧和先好氧后厌氧方法处理城市有机垃圾,并以稀释法和相应的培养基,用最大可能数量(MPN)法计算发酵过程中主要微生物生理群的数量变化。结果表明:在直接厌氧发酵过程中挥发性有机酸大量积累,最高浓度达35765PPM,日平均产气量只有25.15ml,一般厌氧异养细菌、氨化细菌、产氢产酸细菌比先好氧后厌氧法高,产甲烷细菌比先好氧后厌氧法低210倍。在先好氧后厌氧发酵过程中,在好氧末期挥发酸浓度达9160PPM,在厌氧阶段,挥发酸中的乙酸、丁酸逐渐下降,而丙酸在发酵的前7天有所上升,日平均产气量为169ml;在厌氧阶段,氨化细菌、硝酸盐还原菌、硫酸盐还原菌、产氢产酸细菌有缓慢下降趋势,产甲烷细菌在发酵 14天后才开始下降,纤维素分解菌呈缓慢上升趋势。用先好氧后厌氧方法处理城市有机垃圾能防止挥发性有机酸的大量积累,使厌氧发酵启动加快,可提高产气率,缩短发酵周期。     

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.     

不同粒径准东煤CO2强化水洗脱钠及燃烧特性研究

为探究不同粒径准东煤经过CO₂强化水洗后的Na脱除率以及燃烧特性的变化,利用连续式水洗装置,以高纯CO₂作为酸源对0.5～1 mm、>1～3 mm、>3～5 mm 3种粒径区间的准东煤样分别进行CO₂强化水洗1 h和6 h,使用X射线荧光光谱仪对试验样品的灰样进行分析,通过实验数据计算获得不同粒径准东煤CO₂强化水洗后的Na脱除率,并结合X-射线衍射分析结果得出其变化规律;然后采用扫描电镜和热重分析仪研究粒径>3～5 mm的煤样和原煤样的燃烧特性。结果表明：经CO₂强化水洗时间越长且粒径越小的准东煤,其Na脱除率就越高;经过CO₂强化水洗后煤样的着火温度和燃尽温度均略低于原煤样,燃烧特性有所提高。     

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。     

添加酒糟、草木灰对猪粪厌氧发酵的影响

以猪粪为发酵原料,研究在25℃条件下分别添加不同量的酒糟、草木灰对厌氧发酵产沼气的影响,分析了厌氧发酵过程中产气速率、累积产气量、pH值、氨态氮质量浓度及甲烷含量的变化。结果表明,在猪粪中添加草木灰1 g,累积产气量大且甲烷含量高;添加酒糟5 g,累积产气量大且甲烷含量高。添加1,3,5 g草木灰,pH值呈现降低—升高—稳定的趋势,氨态氮呈现升高—降低—稳定的趋势;添加1,3,5 g酒糟后,发酵过程中的pH值和氨态氮变化规律相似,均呈现升高—降低—升高—稳定的趋势。因此,合理的酒糟、草木灰添加量是提高猪粪厌氧发酵产气量及甲烷含量的前提。