KOH预处理玉米秸秆与猪粪混合厌氧消化过程中性能参数变化规律研究

为了探究KOH预处理玉米秸秆与猪粪厌氧消化过程中性能参数的变化规律,采用间隔卸料的方式在中温条件下进行厌氧共发酵,结果表明：预处理玉米秸秆与猪粪混合后可以改善产气性能,提高厌氧消化效率。经KOH预处理后的玉米秸秆与猪粪混合原料的产气高峰比未预处理的玉米秸秆与猪粪混合原料的产气高峰提前了3~6 d,产气速率和累积甲烷产量分别比未预处理组提高了9.6%~65.6%和13.8%;预处理可使原料消化更彻底,有机物去除率达到71.1%;修正后的Gompertz方程能较好地反映厌氧消化产甲烷过程,其中预处理组的产甲烷率速率（基于挥发性固体含量）比未处理组提高了8.8%。因此,采用KOH预处理玉米秸秆可以提高混合厌氧消化的产甲烷性能。     

热碱预处理对玉米秸秆厌氧消化的影响

在55℃下利用氢氧化钙和氢氧化钾对玉米秸秆进行预处理,考察氢氧化钾和氢氧化钙两种热碱预处理对玉米秸秆中温厌氧消化的影响。结果表明,相同浓度的碱用量下,KOH预处理后厌氧消化产气效果明显优于Ca(OH)₂ 预处理。0.5%KOH和2.0%Ca(OH)₂耦合的预处理效果与1.5% KOH以及1.5%Ca(OH)₂单独预处理效果相当,累积单位挥发性固体（VS）甲烷产量为247.3mL/g,相比于未预处理组甲烷产量提高了58.7%,说明可以用2.0%Ca(OH)₂代替1.0% KOH。从成本节约的角度,1.5%Ca(OH)₂为最佳的热碱预处理条件,累积单位VS甲烷产量为242.2mL/g,比未预处理效果提高了55.4%。     

超声波结合稀碱预处理玉米秸秆发酵的研究

将超声波萃取工艺结合传统的稀碱法对玉米秸秆进行发酵预处理研究。结果表明：2%NaOH溶液预处理1d,再采用双频（28kHz,60W;20kHz,900W）超声60min预处理的样品,比未做任何处理的样品产气量提高18.13%,比2%NaOH预处理3d、但未作超声处理的样品产气量提高8.58%,并且还可以节约12%的时间成本。发酵条件优化得最佳预处理方案为：固液比1∶12,单频(20kHz,900W),超声30min。     

预处理促进玉米秸秆发酵试验

微生物预处理可增加沼气的产量,但实验室培养菌种的成本较高,笔者采用堆放新鲜玉米秸秆的预处理法,对堆放厚度、堆放时间对微生物活性和浓度进行比较,并对堆放前后的化学成分测试比较。采用自行设计的可控性干式厌氧发酵装置,对预处理前后的玉米秸秆分别与牛粪、污泥作为接种物进行发酵,对玉米秸秆中纤维素变化及产沼气效果进行试验研究。试验结果表明：堆放20 d中层玉米秸秆酶活数值较高,且此玉米秸秆中纤维素、木质素、半纤维素的质量分数比未经处理的分别减少了5.8%、16.8%和5.7%,中温干式发酵实验中,玉米秸杆与牛粪质量为1∶1混合发酵时,堆放预处理后累计产气量比未预处理前累计产气量高24.4%;玉米秸杆与污泥质量为1∶1混合发酵时,堆放预处理后累计产气量比未预处理前累计产气量高23.27%。     

低强度间歇超声处理对水稻秸秆厌氧发酵的影响

为了探索超声处理对水稻秸秆厌氧发酵的影响机理,通过研究超声处理强度和单次超声处理时间对厌氧微生物生长发育、可溶物溶出度的影响规律,初步确定了超声波声强、单次超声处理时间的有效范围。利用正交试验分析了超声处理强度、作用时间和时间间隔对秸秆厌氧发酵产气量及沼气中CH_4含量的影响规律。结果表明:在1.2 W/cm~2的声强以下,增加超声波声强可促进厌氧微生物的生长发育;0.8 W/cm~2声强处理15 min以内对提高生物量的效果较好,但长时间的超声处理会抑制细菌的生长;0.8 W/cm~2、30 min的超声处理,秸秆的溶出率可提高13.5%;超声处理强度1.0 W/cm~2、单次超声处理时间15 min、超声处理时间间隔50 min的超声处理使产气高峰提前4～5 d,同时总产气量可提高24.48%,CH_4产量提高25.92%。超声处理可促进厌氧菌的生长、加速秸秆养分的溶出以及改善发酵液的传质作用,从而提高产气效率。研究结果能为超声波在沼气厌氧发酵中的应用提供参考。     

丙酸预处理提高小麦秸秆厌氧发酵产沼气性能

为了探究丙酸预处理对麦秆厌氧发酵产沼气性能的影响,采用不同浓度的丙酸溶液对麦秆进行系列预处理,在中温(35±1)℃、小麦秸秆和牛粪按1:1配比的条件下进行了厌氧发酵试验.结果显示,经过不同质量百分数的丙酸预处理过后,小麦秸秆的木质纤维结构被明显破坏,显著缩短了发酵的启动时间,并不同程度上提升麦秆厌氧发酵产沼气的性能.其中以7%丙酸预处理试验组的效果最好,利用其对小麦秸秆进行7 d预处理,然后经过30 d的厌氧发酵.总产气量最多,为15 147 m L,日均产气量为432.77 m L/d,在此情况下,p H初期波动之后,基本保持在7.0左右,日产气量和甲烷含量波动最大.综合以上各种因素可以得出7%丙酸预处理是较优的工艺条件.     

黄贮玉米秸秆厌氧发酵产沼气试验研究

为探索生物预处理对秸秆发酵产沼气的影响,以玉米秸秆为原料,分别添加0. 5‰微生物菌剂、1‰微生物菌剂、5%木薯酒糟和10%木薯酒糟进行黄贮;研究在高温(50℃)半连续发酵条件下,黄贮秸秆厌氧发酵产沼气特征。结果表明在发酵系统总固体(TS) 8%条件下,黄贮过程中添加微生物菌剂或木薯酒糟均能显著地提高产气率;添加10%木薯酒糟的产气率高于添加1%的微生物菌剂,且甲烷含量达到最高。在秸秆沼气生产中,可通过微生物菌剂或木薯酒糟的添加改善秸秆预处理效果,提高生产效益。     

秸秆高温干式厌氧发酵的产气特性研究

试验用作物秸秆与活性污泥混合厌氧发酵制备沼气,研究了活性污泥与麦秸、玉米秸和稻草高温干式发酵的产气规律,加N素调节碳氮比(C/N)及添加生物炭对产气的影响.利用作物秸秆与活性污泥投加量1∶1,厌氧发酵原料总固体(TS)20%,在55℃下厌氧发酵.试验数据表明:1)产气从第5 d产气量开始增加,峰值均出现在第6~9 d,发酵15~25 d产气较为稳定,随后产气量缓慢下降.厌氧发酵7 d时,沼气中甲烷含量均能达到60%左右.按厌氧发酵时长45 d计算,稻草的产气量最大,单位TS累积产气量达到413.7 mL·g~(-1);玉米秸和麦秸的单位TS累积产气量分别为365.2 mL·g~(-1)、345.2 mL·g~(-1).2)调节发酵液的C/N至30∶1,可有效缩短沼气启动时间1~2 d;在沼气发酵微生物活性较低时,表现最为明显,可缩短沼气启动时间≥3 d且累积产气量最高可提高44.9%.3)在厌氧发酵液中添加4%(按发酵秸秆干基计算)的生物炭,并调节发酵液的C/N至30∶1,对麦秸厌氧发酵产气而言,累积产气量可提高38.5%,玉米秸和稻草的累积产气量分别提高6.2%和8.0%.     

复合微生物菌剂对玉米秸秆的预处理与厌氧产气性能的研究

利用乳酸菌、EM菌、黑曲霉、白腐菌、草酸青霉及木霉组成的复合微生物菌剂CM-2对玉米秸秆进行预处理试验与厌氧发酵产气试验。将复合微生物菌剂按比例加入玉米秸秆中处理30d,试验结果测得纤维素降解率达52.94%、半纤维素降解率为33.33%、木质素降解率为2.67%。经过复合微生物菌剂CM-2预处理后的玉米秸秆与牛粪按照1:2的比例,TS为15%、温度为35℃的中温厌氧发酵,其累积产气量提高30.18%,且开始产气时间提前2d,进入产气高峰的时间也提前4d,在产气高峰期的时间也可维持14d。此外经过复合微生物菌剂CM-2处理后的玉米秸秆在厌氧发酵产气高峰时的甲烷转化率也提高了12.87%。     

干秸秆、鲜豆秆混合厌氧发酵条件优化设计

以鲜豆秆和风干稻秸作为发酵原料,在前期单因素实验基础上,采用3因素5水平二次回归正交旋转组合设计,以累计沼气产量作为响应值,探讨温度、干鲜比(鲜豆秆与风干稻秸干物质的质量比)、接种物质量分数3因素对沼气产量的影响,并建立数学模型,进行模型拟合,确定最佳条件.结果表明:二次项模型拟合效果最佳,3因素对干鲜秸秆混合厌氧发酵产气量影响的大小依次为接种物质量分数、温度、干鲜比.最佳工艺条件为温度28.97℃,干鲜比2.23∶1,接种物质量分数30.11%,预测TS产气率279.789 L/kg.模型预测值与验证实验值之间相对偏差为0.23%(F0.01),差异不显著,该多元回归模型拟合较好,为提高干鲜秸秆混合厌氧发酵产气效率提供理论参考.     

污泥超声预处理促进厌氧消化反应试验

利用低频超声技术，对污水厂剩余污泥进行破解处理，研究破解反应对提高厌氧消化反应速率和效率的影响，试验结果表明，与未预处理污泥相比，超声破解能够明显提高污泥厌氧消化的生物气产量和有机物去除率，缩短厌氧消化时间．在5—15min的超声破解时间范围内，破解时间越长，厌氧消化效率提高越大，污泥经超声波预处理后，在生物气产量和有机物去除率维持稳定的条件下，厌氧消化时间可由一般20d缩短到8d．并且发现，经破解的污泥，当厌氧消化时间缩短时，单位污泥的产气率反而呈增加趋势．     

碱预处理促进椰衣纤维厌氧消化产气研究

针对当前存在的椰衣纤维量大且难处理的问题，研究了NaOH、KOH、Ca （OH）₂和碱性H₂O₂（AHP）预处理对其厌氧消化性能的影响。结果表明，碱预处理可以缩短椰衣纤维厌氧消化反应的迟滞期，提高累积沼气产量。采用7% NaOH和7% AHP预处理可显著去除木质素，累积产气量（基于挥发性固体含量，VS）可达218.3 mL/g和217.8 mL/g，较未预处理的椰衣纤维（累积产气量为101.1 mL/g）提升了115.9%和115.4%。     

预处理对厨余垃圾等有机废弃物联合厌氧发酵的影响

通过产甲烷潜能实验研究了超声、微波以及碱热预处理技术对厨余垃圾等有机废弃物联合厌氧发酵的影响。以未进行预处理的实验组作为对照组。预处理后大分子有机物通过水解酸化作用进入液相中,使得基质中挥发性有机酸(VFA)、溶解性有机物(SCOD)和氨氮(TAN)的质量浓度增加,可以提高后续厌氧发酵阶段的效率。产甲烷潜能实验结果表明:4组实验中pH值、VFA、SCOD与TAN质量浓度随时间变化趋势一致,并在第6d后逐渐稳定,表明基质中可生物降解有机物在短时间内被完全分解利用。预处理技术能提高反应系统产气速率。超声预处理后甲烷产率增加,由285mL/g VS提高到324mL/g VS,与修正后的理论甲烷产率相符;而微波和碱热预处理对厌氧发酵产甲烷有一定抑制作用。     

超声/碱预处理对青霉素菌渣厌氧消化的影响研究

为了提高菌渣厌氧消化生产沼气的效率,最终实现菌渣的资源化和减量化,采用超声/碱预处理方法处理青霉素菌渣,考察了pH值、超声声能密度、含水率和反应时间对预处理效果的影响,并通过生化产甲烷潜力(BMP)试验考察了菌渣的可生化性。正交试验结果表明:超声/碱预处理可强化菌渣破壁效果,促进胞内有机物溶出,其最佳预处理条件:pH值为10,声能密度为2.0 W/mL,含水率为97%,反应时间为5 min,COD溶出率最高能达到84.69%,是单独超声预处理的2.08倍。BMP试验表明,预处理各因素对菌渣沼气产率的影响程度为含水率声能密度反应时间pH值。按照甲烷产率确定最佳预处理条件:pH值为9,声能密度为0.5 W/mL,含水率为96%,反应时间为30min,其甲烷产率最高可达335mL/g,是未处理菌渣甲烷产率的2.2倍。     

温度对高浓度恒温厌氧发酵产沼气成分的影响

为了研究温度对高浓度恒温厌氧发酵产沼气成分的影响,在4个11.5L的发酵罐中并行批次实验研究19、30、37、52℃下总固体量(TS)为15%时鲜牛粪的恒温厌氧发酵过程,用沼气分析仪实时测量沼气成分.实验结果表明:37℃时厌氧发酵的产气量和产甲烷量最大,累积产气量为232L,累计甲烷产量为116.1L;比30、52℃下分别多产18.2、15.6L甲烷;52、37、30℃下厌氧发酵甲烷的平均体积分数分别为46.6%、46.5%和43.6%.     

基于不同时间碱液预处理条件下厌氧发酵物料的转化

碱液预处理法操作简便、木质素去除效果显著,是目前较为常用和有效的秸秆预处理方法。本研究以玉米秸秆为原料,采用较低浓度碱液(1.2 %)预处理,分别测量预处理2 d、4 d、6 d、8 d、10 d后的原料中纤维素、半纤维素和木质素的变化水平,选择COD、产甲烷率、产气率等指标对比分析不同预处理时间对于发酵产气率的影响及物料平衡情况,为探求预处理和厌氧发酵过程中物料转化原理、碱液成分分析以及碱液回收利用等研究方向提供参考依据。结果表明,预处理2 d的条件下,破坏木质素纤维结构所析出的半纤维素占比最高为11.93 %,半纤维素得到最大程度解离是高产气率的重要原因之一,同时该条件下COD浓度最高达到17.93 g/L,秸秆损耗率最低,仅占15.24 %。厌氧发酵实验中,预处理2 d后的原料产气率最高为49.43 %,能够满足在高产气率的前提下,实现缩短预处理时间和提高产气效率的双重效果。     

预处理对番木瓜皮厌氧消化性能的影响

以番木瓜皮为原料,添加纤维素酶、活性炭、NaOH后分别在(35±1)℃开展厌氧消化试验,探究不同预处理方式对番木瓜皮厌氧消化产甲烷的影响.结果表明,纤维素酶对番木瓜皮厌氧消化性能的影响较小.3%活性炭处理组的沼气和甲烷产量分别是对照组的6.1倍和17.1倍.采用NaOH预处理番木瓜皮对其厌氧消化性能有最佳的提升效果.     

处理污泥的"热水解-ASBR"组合工艺研究

近年来污泥"热水解-厌氧消化"处理工艺备受重视,在考察热水解预处理对污泥化学成分及厌氧消化性能影响的基础上,利用厌氧序批式反应器(ASBR)代替传统的连续流搅拌反应器(CSTR),从而建立了"热水解-ASBR"新工艺.研究表明,热水解预处理能改善污泥的厌氧消化性能,最合适的预处理条件是热水解温度170 ℃、热水解时间30 min.热水解污泥厌氧消化时,在水力停留时间(HRT)为20,10,7.5和5 d的条件下ASBR的有机物去除率和甲烷产气率均比CSTR的高,且ASBR合适的HRT为10 d.此时"热水解-ASBR"工艺的TCOD去除率和甲烷产气率比"热水解-CSTR"工艺分别提高27.93%和25.14%.     

湿热预处理对餐厨垃圾高温干式厌氧消化的影响

为探索湿热预处理对餐厨垃圾高温干式厌氧消化的影响,在含固率为20％、发酵温度55℃的条件下进行厌氧发酵试验。采用L9（33）正交试验设计,研究湿热预处理的加水率、温度、时间对餐厨垃圾干式厌氧消化产沼气的影响。结果表明：湿热处理后餐厨垃圾的理化性质有明显变化,日产气量、累积产气量以及TS和VS的去除率明显升高。当湿热预处理条件为加水率50％、温度120℃、时间80 min时,SCOD值最高,为101050 mg／L,比未处理时提高了5．6倍。同样,该条件下日产气量出现的两个产气峰值最高,累积产气量也最高,为269．10 ml／gVS,与未处理相比累积产气量提高49．4％。各因素对餐厨垃圾厌氧发酵产气量影响的主次关系为：温度＞时间＞加水率,处理温度和处理时间对产气量有显著性影响,加水率对产气量影响较弱。     

绿氧与NaOH组合处理对玉米秸厌氧消化性能影响

用绿氧(GO)与NaOH组合对玉米秸秆进行预处理,研究了不同GO添加量对玉米秸厌氧消化产气性能的影响。结果表明:绿氧与NaOH组合预处理可使产气高峰提前,在2%NaOH中分别添加0.05%GO(1#)和0.1%GO(2#)的预处理样品T80时间为31 d和34 d,比2%NaOH预处理样品(3#)分别缩短了5 d和2 d;总产气量较3#样品都有明显的提高,其中1#样品总产气量为40750mL,是3#样品的1.1倍;其反应后总固体(TS)、挥发性固体(VS)减少的也最多,分别由32.8%和47.8%提高到了37%和50.9%。因此,绿氧(GO)与NaOH组合可以提高秸秆的可生物降解性和发酵产气率。