沸石对猪粪沼气发酵特性及沼渣、沼液中重金属Zn的影响

为减少重金属污染,以猪粪为发酵原料,采用厌氧发酵技术进行试验。结果表明:添加沸石对沼气发酵产气量、甲烷含量影响不大;厌氧发酵后,添加沸石组重金属Zn的89.88%存在于沼渣中,10.12%存在于沼液中;Zn总量下降了32.41%,下降幅度高于空白对照组;厌氧发酵后,沼渣、沼液中的重金属形态都以残渣态为主,添加沸石组的沼渣、沼液中残渣态的比例高于空白对照组;厌氧发酵后,空白组沼渣中重金属Zn的有效态含量占32.63%,添加沸石组重金属Zn的有效态含量占29.12%。添加沸石有利于降低重金属Zn的生物有效性,因此,建议在厌氧发酵过程中添加重金属钝化剂,以此减少沼肥回田后重金属污染的风险。     

梨渣与猪粪混合厌氧消化产气试验研究

试验研究了梨渣和猪粪在分批厌氧发酵和连续厌氧发酵工艺中的产气性能.分批厌氧发酵考察不同接种量、渣粪比以及发酵温度对梨渣产气量和甲烷含量的影响,结果表明,接种量为30％和40％时发酵可以正常启动;梨渣中加入猪粪后产气性能提高,渣粪比为1:∶1时,甲烷含量在60％以上;高温条件下的总产气量比中温条件下高32％,但所产沼气中甲烷含量偏低.连续厌氧发酵试验表明,梨渣的添加比例从15％提高到50％时,干物质产气率从207 L/kg降低到109 L/kg,甲烷含量从81.2％降低到57.0％.     

TS对城市有机垃圾和剩余污泥联合厌氧消化的影响

在中温(35℃)条件下,以城市有机垃圾和污水处理厂剩余污泥为发酵原料,其中生活垃圾∶污泥=4∶1(w/w,干重),研究了固形物含量分别为3%,4%,6%,8%,10%对厌氧发酵过程及发酵效率的影响。结果表明:当发酵液TS为4%时厌氧发酵效率最高,发酵过程中pH适宜产甲烷菌生长,产气时间长,累积产气量最大,为11 967 mL,且甲烷含量较高;同时发酵过程中氨氮浓度升高缓慢,不会对甲烷菌造成氨抑制,对原料中有机质的降解效果明显,COD去除率为61.7%,TS去除率为47.19%,VS去除率为55.93%。     

复合微生物预处理玉米秸秆产沼气的试验研究

利用白腐菌、木霉菌以及白腐菌和木霉菌复合菌在相同的条件下对玉米秸秆进行预处理,对预处理后的秸秆进行厌氧发酵制取沼气。结果表明,利用微生物进行秸秆预处理能促进秸秆厌氧发酵产沼气的进程,提高产气量和产气效率,其中以混合菌预处理效果最好,产气量比未经预处理秸秆的产气量提高11.95%、产气时间提前6 d、产气高峰期提前16 d,容积产气率达到1.196 mL/(mL.d),原料产气率达到518.33 mL/g。仅利用白腐菌进行秸秆预处理也具有良好的效果,而利用木霉进行秸秆预处理对厌氧发酵的促进作用效果较差。说明利用木质素降解菌株进行秸秆预处理对提高秸秆的厌氧发酵效率具有重要的作用。     

马铃薯渣与鸡粪混合原料厌氧发酵条件优化

以混合后的马铃薯渣和鸡粪为原料,研究了其总固形物含量(TS)、起始p H以及接种量3个因素对厌氧发酵甲烷产量的影响,并利用正交试验对影响沼气产量和甲烷含量的因素进行了优化。结果表明,在初始TS为3%的处理中,产气时间、产气量和甲烷含量分别为7 d,383.2 m L/g和45.3%,在所有处理中最高;在初始p H为7.0的处理中,产气时间、产气量和甲烷含量分别为7 d,342.5 m L/g和45.2%;在接种量为5%,8%,10%和12%的处理中,后两种处理在沼气产量和甲烷含量方面表现最好,产气量分别为368.4 m L/g和405.4 m L/g,12%处理的产气量最高。优化结果表明,3个因素对厌氧发酵影响的重要性为TS>p H>接种量,最适合的组合为初始TS 3%,p H 7.0和接种量10%。在此优化培养条件下,发酵体系的产气量为383.2 m L/g。     

沸石对鸡粪沼气发酵特性的影响

针对鸡粪厌氧发酵产甲烷过程中的氨抑制问题,采用生化产甲烷潜力(BMP)装置在中温(35±1)℃条件下进行以鸡粪为底物,沸石为添加物的厌氧消化试验,探究不同沸石添加量(添加沸石体积占发酵液体积的百分比2.5%、5.0%、10.0%和0%)对鸡粪厌氧发酵产沼气特性的影响。结果表明:当沸石添加量为10.0%时,总产气量最大,达到3340 mL。沸石添加量5.0%的试验组在发酵第21天时甲烷含量达到最大值73.06%,比对照组提高4.86%。采用一级动力学模型、Transfer模型和Cone模型进行累积产气率的动力学分析,其中Cone模型与实际累积产气率拟合度最高(R2为0.9837～0.9964)。     

鸡粪与NaOH预处理麦秸联合厌氧发酵产气性能与协同效果研究

试验研究了不同负荷下不同混合比例的鸡粪与NaOH预处理麦秸的厌氧发酵产气性能和协同作用效果。以鸡粪和2%NaOH预处理后的麦秸作为发酵原料,研究了混合物料在3种负荷和9种混合比例条件下的厌氧发酵产气情况。结果表明:在3种负荷(50,65,80 g/L)中,均是鸡粪和麦秸比例为1∶2时产气效果最佳,其累计产气量分别达到32 000,43 030 mL和50 370 mL;其TS产气率分别达到328.2,356.9,352.8 mL/g,比纯鸡粪相应负荷分别提高了27%,29%,23%。不同比例下,3种负荷中,均是65 g/L时产气效果最好,鸡粪与麦秸的协同作用使累计产气量提高了7%～17.7%。     

二价铁离子对糖蜜酒精废水厌氧发酵的影响

提高糖蜜酒精废水的厌氧发酵效率,实现其资源化再利用,本文研究了添加一定量Fe²⁺ 对糖蜜酒精废水厌氧发酵处理过程的影响。结果表明：添加Fe²⁺后发酵液中SO₄²⁻ 的去除率由77.12%提高至90.79%;COD去除率由57.34%提高至81.14%;累积沼气产量由386 mL•g⁻¹ VS提高至475 mL•g⁻¹ VS;产气周期由29天缩短为26天;其氧化还原电位（ORP）升高,pH值降低。     

尿素预处理对玉米秸秆厌氧发酵产沼气特性影响及动力学分析

针对玉米秸秆厌氧发酵产沼气过程中难降解问题,选用尿素对玉米秸秆进行预处理,并进行批次厌氧发酵产沼气试验研究。结果表明:经过45 d厌氧发酵,累积产气量最高为757.83 mL/g VS,最低为588.64 mL/g VS,厌氧发酵进行到25 d时达到45 d累积产气量的85%。分析联合预处理对累积沼气产气量影响得出,尿素质量浓度、预处理时间和玉米秸秆粒径3个因素对累积沼气产气量的影响程度是:玉米秸秆粒径>尿素质量浓度>预处理时间。通过2种动力学模型分析产气规律,对比模型的检验参数,得出Cone模型拟合预处理玉米秸秆厌氧发酵产气规律的适合度较高。     

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。     

Anaerobic fermentation technology increases biomass energy use efficiency in crop residue utilization and biogas production

A biomass energy utilization project (Corn stalk→Cattle→Cattle dung→Biogas digester→Biogas/Digester residues→Soil) was conducted in a typical temperate agro-village of China from 2005 to 2010. The present study focused on two key approaches of the ecological loop: (1) increasing corn stalk use efficiency by improving anaerobic fermentation technology; and (2) enhancing biogas productivity by optimizing fermentation conditions. Our results showed that crude protein and fat of corn stalks significantly increased, while crude fiber content and pH decreased considerably during anaerobic fermentation. The cattle digestion rate, forage consumption and increases in cattle weight were higher in cattle fed fermented corn stalks than in those fed non-fermented corn stalks. The rate of biogas production was higher (78.4%) by using cattle dung as a substrate than using crop residues. Heat preservation measures effectively enhanced the biogas production rate (12.3%). In 2005, only two cattle were fed in this village, with only 1.1% corn stalk utilized as forage. No more than three biogas digesters existed, and the proportion of biogas energy used in total household fuel was only 1.7%. At the end of the 5-year experiment, the number of cattle capita reached 169 with 78.9% corn stalk used as forage. Biogas digesters increased to 130, and the proportion of biogas energy used in total household fuel was up to 42.3%. A significant positive correlation was noted between the increasing rate of farmers’ incomes and the proportion of corn stalks used as forage. Available nutrients were higher in fermented cattle dung than in fresh cattle dung. Our findings clearly suggest that anaerobic fermentation technology is important in enhancing crop residue use efficiency, biogas productivity and soil fertility. Fermentation technology may help reduce the use of fossil fuels and improve the environment in rural areas.     

狼尾草高底物同步糖化乙醇发酵全残留物产甲烷特性研究

以汽爆狼尾草的高底物浓度乙醇发酵全残留物为底物,进行甲烷潜力测试(BMP)以及单相全混式连续搅拌反应器(CSTR)厌氧消化实验,以验证乙醇发酵全残留物的产甲烷特性及残留物中各组分在生产清洁能源甲烷时的底物贡献率。经过50 d的BMP实验,甲烷产量最终达到884 mL,相应的甲烷产率为390.6 mL/g VS,其中纤维素和半纤维素在第10天达到产气高峰,累计产气量占全残留物累计产气量的48.2%,小分子酸和酶与酵母在第2天达到产气高峰,其产气量分别占全残留物累计产气量的22.4%和26.4%。随后使用CSTR反应器进行单相厌氧消化,有机负荷从1.5 g VS/(L·d)逐渐提升至3.5 g VS/(L·d),最终获得457.1 L/kg VS的甲烷产率和47.3%的挥发性固体(VS)去除率。结果表明:狼尾草作为一种木质纤维素原料,在获得满足工业蒸馏需求的乙醇浓度后,其发酵全残留物仍可作为良好的底物通过厌氧消化制取甲烷,不仅减少工艺的环境排放负荷,而且可提高原料的利用率。     

多元原料混合发酵制备沼气技术研究进展

目前,我国沼气的发酵原料主要是禽畜粪便和农作物秸秆,随着厌氧发酵技术的发展,更多种类废弃物也逐步受到人们的关注。有机废弃物沼气化利用在我国生态文明建设中有着重大意义。论文综述了我国生物质资源,如禽畜粪便、农作物秸秆、农产品加工废弃物、市政有机废弃物和能源作物的特性和作为沼气发酵原料的优缺点,比较了这些原料的沼气生产潜力,探讨了混合原料发酵技术及重要的几种沼气发酵外源添加剂。     

三种能源草厌氧发酵制备生物燃气初步研究

以华南地区生长的多年生草本植物象草、芒草和五节芒为原料,采用序批式中温（35 ± 1℃）厌氧发酵工艺,研究这三种能源草制备生物燃气的性能。结果表明：象草、芒草和五节芒的最高日产气率分别为31.33、24.84和19.51 Nml•(gVSadded)−1•d−1,原料产气率分别为355.78、285.58和235.38 Nml•(gVSadded)−1,产甲烷率分别为166.43、109.89和97.20 Nml•(gVSadded)−1,占理论产甲烷率的33.83%、21.67%和19.48%,象草的厌氧发酵性能优于芒草和五节芒的主要原因是象草中纤维素、半纤维素等易降解的有机物含量较高。修正的Gompertz方程拟合效果较好,象草、芒草和五节芒的累积产气量分别为344.81、290.11和279.01 Nml•(gVSadded)−1,延滞期分别为5.96、0.71和0 d。     

施用沼肥对生菜生长特性及品质影响的研究

通过沼肥与化肥的混合施用,试验研究了沼肥对生菜生长特性及其品质的影响,目的是为沼气的综合利用提供理论依据和技术支持.试验结果表明：施用沼肥能有效提高生菜产量,改善生菜的植物学性状和营养品质,特别是在喷施沼液的情况下,当沼渣与化肥配比为8：2时,生菜产量最高,品质最优.     

Anaerobic digestion of cider apple residues

Apple residue from the cider industry is used here for anaerobic fermentation. The effect of retention time and volatile solids concentration on the production of biogas and methane was investigated by using continuously mixed anaerobic fermentors with a working volume of 1 1. The maximum proportions of biogas and methane obtained were 430 1 biogas/kg per day (12 days' retention time and 3% of volatile solids) and 281 1 of methane per day (a retention time of 30 days and 2% of volatile solids), respectively.     

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。     

施用沼肥对温室内土壤理化性质影响的研究

通过试验研究了混合施用沼肥与化肥对温室内土壤密度、pH值及养分含量的影响,目的是为沼气的综合利用提供理论依据和技术支持.试验结果表明:施用沼肥能有效改善温室内土壤密度、pH值及养分含量,混合施用沼肥和化肥时效果较好,混合施用户用沼气池沼肥和化肥时效果最好.     

Two-stage anaerobic process for bio-hydrogen and bio-methane combined production from biodegradable solid wastes

A two-stage anaerobic digestion process intended for biohydrogen and bio-methane combined production from organic fraction of municipal solid wastes was investigated. In thermophilic conditions blocking of methanogenesis at the first stage of the anaerobic fermentation was achieved at pH 9.0. Cumulative hydrogen production made 82.5 l/kg volatile solids. Pretreatment of organic fraction of municipal solid wastes and exploitation of mixed cultures of anaerobic thermophilic cellulolytic and saccharolytic bacteria of Clostridia sp resulted in the increase of hydrogen cumulative production up to 104 l/kg volatile solids. Content of methane in biohydrogen didn’t exceed 0.1%. Cumulative bio-methane production made 520 l/kg volatile solids. Methane percentage in produced biogas was 78.6%. Comparison of energy data for two-stage anaerobic digestion with those for solely methane production shows the increase in energy recovery from biodegradable fraction of municipal solid wastes. Results obtained make a foolproof basis for the development of cost-effective technological process providing hydrogen and methane combined production from solid organic wastes. Technology can be implemented at large scale biogas plants improving economical and ecological characteristics of the overall process.