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。     

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。     

农村有机生活垃圾干发酵氨胁迫下中试工艺

我国农村生活垃圾年产量达到2.94亿吨,占比约40%的有机部分需妥善处理。处理效率较高的干式厌氧发酵由于高有机负荷,容易出现酸化和氨氮抑制问题,在中试及以上规模的发酵中更加明显。农村有机生活垃圾与牛粪进行1m³规模的干式厌氧共发酵,卧式厌氧发酵罐内总固体含量为19.94%,对其沼气产量、甲烷含量、甲烷产量、挥发性脂肪酸浓度、氨氮浓度和微生物群落结构进行分析。结果表明发酵过程中未出现酸化和氨氮抑制,单位挥发性固体含量沼气产量达到1.253m³/kg,甲烷含量稳定在70%,甲烷产量达到了0.815m³/kg,远高于已有报道。微生物群落结构分析表明此次干式厌氧发酵中试系统的微生物生长环境良好,Methanosarcina相对丰度发酵全程大于80%,Firmicutes全程高于77%,分别为古菌和细菌的绝对优势菌群,发酵系统具有良好的微生物环境。     

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。     

糖蜜厌氧发酵制备生物燃气的快速启动

糖蜜是一种制糖的副产物,富含各类有机物,常被用作发酵底物制备各类化工品,但鲜有用于制备生物燃气的报道。本研究采用糖蜜为底物以液态连续进料的方式实现了厌氧发酵的快速启动,COD去除率达70%以上,沼气产率达0.65 m~3/kg以上,沼气甲烷含量达80%以上。该工艺可克服传统固体/半固体沼气发酵启动周期长,产气效率低等缺点,因此具有一定的产业化潜力。     

不同物料厌氧共发酵产甲烷特性研究

针对我国农业废弃物种类多、产量大、利用率低及单一物料厌氧发酵产气效率不高且不稳定等问题,本研究选取了典型农业废弃物牛粪、玉米秸秆和城市污水处理厂脱水污泥作为底物,两两混合进行批式厌氧共发酵实验。实验结果表明,不同底物厌氧共发酵较单物料发酵甲烷产量显著提高,底物的混合比例能够明显影响厌氧发酵的产甲烷特性,当脱水污泥与玉米秸秆以3∶1比例(以挥发性固体质量计)混合,脱水污泥与牛粪以1∶2比例混合,牛粪与秸秆以1∶1比例混合时,30天的累计甲烷产量最高,厌氧共发酵产生了协同效应,协同效应指数大于1。厌氧共发酵体系处于稳定状态,缓冲能力增强,溶解性化学需氧量、氨氮处在正常范围,没有发生氨抑制和挥发性脂肪酸的积累。     

PET微塑料对污泥和厨余垃圾共消化的影响

探索了中温条件下不同粒径聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）微塑料（30 μm和250 μm）在0、0.45、1.44、2.88 mg/g总固体（TS）的添加量下,对剩余污泥和厨余垃圾厌氧共消化过程中每日甲烷产量、累计甲烷产量、溶解性化学需氧量、氨氮、挥发性脂肪酸以及微生物群落结构的影响。结果表明,PET微塑料会抑制甲烷产量、增加氨抑制、酸抑制风险。在微塑料投加量为2.88 mg/g TS时,累计甲烷产量分别下降了54.49 %（30 μm） 和 49.58 %（250 μm）。微生物结果表明：添加微塑料后细菌的多样性增加,古菌的多样性降低。在共消化过程,微塑料抑制了产酸菌Prevotella、 Proteiniphilum的丰度,同时也抑制了产甲烷菌Methanosaeta的丰度,减弱乙酸产甲烷的途径。相关性分析表明,微塑料的粒径与Euryarchaetota呈显著正相关（r=0.945、p<0.01）。微塑料粒径越小,对产甲烷菌丰度抑制越明显,与其他细菌相比,产甲烷菌对微塑料更为敏感。     

有机生活垃圾与脱水污泥协同厌氧消化工艺的性能

基于序批式中温(35℃)厌氧消化小试试验,对添加了不同比例脱水污泥(以VS计)的有机生活垃圾协同厌氧消化系统的降解性能与产气性能进行了对比分析。结果显示,当有机生活垃圾与脱水污泥VS比为0.6:0.4时为最优条件,协同厌氧消化系统可获得最短厌氧消化周期(10 d),甲烷产量达到306.3 mL CH_4g~(-1)VS_(add),VS降解率达到68.9%,此时沼气相中H_2S含量可降低为16μL/L,无须脱硫处理即可资源化利用。因此,添加适量脱水污泥的有机生活垃圾协同厌氧消化系统有效地缩短和消除酸化停滞期,获得较优的甲烷产量和VS降解率,并使沼气中的H_2S大幅降低。为改善我国农村地区有机生活垃圾的高效厌氧生物制气处理提供重要参考。     

Modeling Kinetics of Anaerobic Co-Digestion of Poultry Litter and Wheat Straw Mixed with Municipal Wastewater in a Continuously Mixed Digester with Biological Solid Recycle Using Batch Experimental Data

The half-saturation rate coefficient and maximum rate constant in the Monod model, yield coefficient defined as the ratio of microbial mass to substrate mass, and endogenous decay coefficient are important kinetic parameters for design of anaerobic digestion. These parameters are usually determined from a continuous stable operation of anaerobic digestion, which is more difficult and complex than batch operation in laboratory scale. In this study, a novel method has been developed to determine those parameters from data of batch experiments. To verify this method, kinetics of batch anaerobic co-digestion of poultry litter and wheat straw mixed with municipal wastewater at three total solid (TS) levels (2, 4, and 8% TS) and 50% volatile solid (VS) of wheat straw (VSWS) were investigated. The results showed that the maximum specific methane volume (209?mL (initial g?VS)^?1)) was reached at 4% TS of 50% VSWS. Using the developed method, the kinetic parameters of endogenous decay coefficient, yield coefficient, maximum rate constant, and half-saturation coefficient were determined to be between 0.57?×?10^?3 and 1.2?×?10^?3?d^?1, 0.00938 and 0.0644?g volatile suspended solid (VSS) (VS)^?1, 1.394 and 13,797?d^?1, and 1.6?×?10^?8 and 99,996?g. The kinetic parameters obtained were used to simulate kinetic behaviors of a continuous mixed digester with biological solid recycle. The simulated results showed that the dilution rate was very significant for methane volume produced, VS and VSS concentrations in digestion operation. The maximum methane volume could be predicted to be 3071 and 4152?mL for 2 and 4% TS, respectively.     

针铁矿促进剩余污泥厌氧消化中的脱氮除碳

剩余污泥厌氧消化因其较低的能源转化率使其发展有所受限,且污泥中高浓度有机质也会影响脱氮效果。理论上,在含铁(Ⅲ)（氢）氧化物的厌氧消化系统中,微生物能通过异化铁还原去除有机物和氨氮（Feammox）,但两者同步去除还有待验证。因此本研究通过向污泥厌氧消化系统中添加针铁矿,探究铁(Ⅲ)（氢）氧化物对同步脱氮除碳的影响。结果显示,随着针铁矿添加量的增加,反应器中有机物浓度逐渐减少。当添加50mmol/L针铁矿时,甲烷累积产量达到695.1mL,相较于没有添加针铁矿的厌氧系统提升了30.3%;TS/VS去除率也提升了21.1%/33.8%,说明针铁矿可有效促进污泥减量化。添加针铁矿的反应器中总氮去除率也有一定提升,当针铁矿添加50mmol/L时,去除率达到21.0%。以上结果表明,添加针铁矿可以在污泥厌氧消化中起到同时脱氮除碳的效果。     

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。     

秸秆与猪粪混合高固厌氧消化产气性能及关键微生物分析

高固厌氧消化（HS-AD）是处理木质纤维素类原料和其他高固含率有机原料的有效方式之一。本文以节能高效为出发点,研究秸秆和猪粪为混合原料,两者不同配比（秸秆/猪粪的质量比2∶1、1∶1和1∶2）条件下,反应器的运行情况及关键微生物变化情况。结果表明：原料的配比对高固厌氧消化的产气量有明显影响。相比于其他两组实验,秸秆和猪粪的配比为2∶1时,累计产气量最大为229.66L,最终甲烷含量稳定在60.7%左右,转化为单位VS产甲烷量为131.8mL/g VS。同时,反应过程中液相性质（pH、VFA、TIC）的变化,也说明秸秆和猪粪配比为2∶1时,运行平稳且产气较好。另外,微生物分析结果显示,秸秆和猪粪配比为2∶1的实验组,在实验启动的前期,甲烷八叠球菌（Methanosarcinaceae）的相对丰度较高,并且细菌和古菌群落的丰富度和多样性都优于其他两组。     

餐厨垃圾和厨余垃圾厌氧消化产生沼渣的脱水性能分析

以餐厨垃圾和厨余垃圾为原料进行中温厌氧消化反应,采用含固率(TS)、离心脱水后含固率(CTS)、模化毛细吸水时间(NCST)、过滤比阻(SRF)以及结合水含量(BW)为脱水性能评价指标,研究不同厌氧消化阶段产生沼渣的脱水性能。研究发现:沼渣TS变化范围为3.0%～9.9%,CTS为10.9%～31.0%,NCST为50.8～163.7 s·L·(g TS)^-1,SRF为2.1×10¹³ ～13.8×10¹³ m·kg^-1,BW为2.3～15.1 g·(g TS)^-1。厌氧反应器的累计甲烷产量始终是餐厨垃圾高于厨余垃圾,前者最高可达381 ml·(g VS_added)^-1,而后者仅为280 ml·(g VS_added)^-1;沼渣的脱水性能主要受厌氧消化时间的影响。同时,以餐厨垃圾为原料的沼渣可以达到的脱水程度较高,而以厨余垃圾为原料的沼渣的脱水速率较快;沼渣TS与NCST、SRF和BW脱水指标的两两间相关性显著,而与CTS没有明显相关性。     

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.