微藻生物质两段式暗发酵强化氢气和甲烷产量的实验研究

微藻生物质厌氧消化生产氢气和甲烷效率低下,研究了一种新型微藻处理工艺即两段式暗发酵提高氢气和甲烷产量。结果表明微藻生物质的最佳有机负荷为10 g/L,相应的氢气产量为18.6 mL/g(每克挥发性有机质产气量)。进一步研究表明蛋白酶预处理能进一步提高水解酸化相中氢气的产量至35.5 mL/g,反应pH最低为6.0。同时,蛋白酶预处理能够提高产甲烷相中甲烷产量;并且最大产量为251 mL/g,显著高于空白对照组。机理研究表明,两段式消化分别为水解酸化相和产甲烷相提供最佳环境。     

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。     

添加铁氧化物和活性炭对玉米秸秆两相厌氧消化性能和微生物学特性影响研究

为了提高玉米秸秆厌氧消化性能,将铁氧化物（Fe₂O₃,Fe₃O₄）和活性炭分别添加到玉米秸秆两相厌氧消化系统中的酸化相和甲烷相进行试验。结果表明,在酸化相和甲烷相中分别添加Fe₃O₄粉末和活性炭粉末（PAC）的试验组效果最佳。Fe₃O₄粉末添加到酸化相后,挥发性脂肪酸（volatile fatty acids,VFAs）与乙醇的总含量比对照组中两者的总含量提高了25.4%。酸化结束后加入活性炭粉末继续进行甲烷化试验,玉米秸秆累积产甲烷量达到7 965 mL,比对照组提高了27.8%。与对照组相比,添加Fe₃O₄粉末和活性炭粉末试验组的t₈₀（累积产甲烷量达到总甲烷产量的80%所用的时间）缩短了8 d,电导率提高了33.3%。从微生物群落角度分析,在Fe₃O₄+PAC试验组中,细菌优势菌属为Clostridium_sensu_stricto_1,古菌优势菌属为Methanobacterium,可以提高H₂利用率并且促进厌氧过程中的直接种间电子传递（direct interspecies electron transfer,DIET）。因此,Fe₃O₄粉末和活性炭粉末的添加可以有效提高玉米秸秆厌氧消化产甲烷潜力。     

微量元素强化污泥和油脂厌氧共消化生物产气的研究

在序批式厌氧反应器中比较了污泥单独发酵,污泥+油脂,污泥+油脂+微量元素发酵生物气的产量及甲烷的含量并探究了微量元素对污泥和油脂共消化产甲烷的影响。实验结果表明微量元素的投加能够显著提高生物气的产量,并且产量为243 mL/g挥发性悬浮固体(VSS),是空白组的1.3倍。然而对甲烷的体积分数作用不明显。微量元素的存在能够提高水解和酸化过程,为产甲烷菌提供更多的消化基质。进一步研究发现,微量元素能够减少污泥和油脂共消化过程中长链脂肪酸的积累,减缓了长链脂肪酸对产甲烷菌的抑制影响。     

微量元素强化污泥和油脂厌氧共消化生物产气

在序批式厌氧反应器中比较了污泥单独发酵,污泥+油脂,污泥+油脂+微量元素发酵生物气的产量及甲烷的含量并探究了微量元素对污泥和油脂共消化产甲烷的影响。实验结果表明微量元素的投加能够显著提高生物气的产量,并且产量为243 mL/g挥发性悬浮固体(VSS),是空白组的1.3倍。然而对甲烷的体积分数作用不明显。微量元素的存在能够提高水解和酸化过程,为产甲烷菌提供更多的消化基质。进一步研究发现,微量元素能够减少污泥和油脂共消化过程中长链脂肪酸的积累,减缓了长链脂肪酸对产甲烷菌的抑制影响。     

预处理茄子秸秆与粪便共消化产甲烷性能

研究了猪粪（PM）和鸡粪（CM）分别与碱性过氧化氢预处理茄子秸秆（PES）在不同比例下共消化产甲烷性能，结果表明：共消化可以缩短反应迟滞期和甲烷日产高峰到达时间，提高累积甲烷产量；当m_PES：m_PM为1：1、1：2和1：4时，累积甲烷产量（基于挥发性固体含量，VS）分别为283.4、338.8 mg/L和359.2 mL/g，较PES单独消化提升了24.7%、49.1%和58.0%，较茄子秸秆（ES）单独消化提升了187.7%、243.9%和264.6%；在m_PES：m_CM为2：1~1：4时，累积甲烷产量较PES单独消化提升3.1%~26.5%，较ES单独消化提升了137.9%~192.0%。     

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。     

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%。     

预处理对造纸污泥和餐厨垃圾混合发酵的影响

为揭示联产氢气和甲烷复合工艺中预处理对物料液化水解率及系统产气性能的影响,利用不同浓度的酸(H2SO4)、碱(NaOH)预处理造纸污泥和餐厨垃圾混合物,在中温-高温条件下将预处理后的物料进行混合发酵联产氢气和甲烷,研究了不同浓度的酸/碱预处理后,造纸污泥和餐厨垃圾混合发酵联产氢气和甲烷性能.结果表明:酸/碱预处理对物料产生了明显的水解作用,物料中的大分子物质被降解为小分子颗粒;预处理对混合发酵产氢阶段具有明显的促进作用,其中以添加10%NaOH(以物料总固体计)的碱预处理效果最佳,其氢气产率较未经预处理的对照(CK)提高了50.20%,挥发性固体(VS)去除率达到了16.06%;预处理在产氢后的产甲烷阶段对甲烷产率没有明显的促进作用,各反应器的甲烷产率与CK相近或低于CK,VS总去除率也以CK为最高.     

酸碱预处理对辣椒秸秆厌氧消化性能的影响

为资源化利用辣椒秸秆，本文以废弃辣椒秸秆为原料，进行了中温(35±0.5)℃批式厌氧消化试验，通过研究不同浓度(0.2～0.8 mol/L) HCl、NaOH溶液预处理对辣椒秸秆产甲烷性能的影响，探讨HCl和NaOH溶液在辣椒秸秆厌氧消化应用中的可行性。结果表明：酸碱预处理均对辣椒秸秆木质纤维素有一定的降解作用，其中NaOH溶液预处理的降解效果更好，对纤维素、半纤维素及木质素的降解率分别达到了8.63%～18.83%、15.33%～44.25%和19.44%～38.92%。同时，酸碱预处理均能改善辣椒秸秆的产甲烷性能，其中NaOH溶液预处理效果优于HCl溶液预处理，0.4 mol/L NaOH溶液预处理获得了最大累积甲烷产量，为122.53 mL/g,较对照提高了79.29%。研究显示，低浓度NaOH溶液预处理是一种能够提高辣椒秸秆厌氧消化性能的方法。     

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%。     

Effects of various pretreatments on biohydrogen production from sewage sludge

The sewage sludge of wastewater treatment plant is a kind of biomass which contains many organics, mainly carbohydrates and proteins. Four pretreatments, acid pretreatment, alkaline pretreatment, thermal pretreatment and ultrasonic pretreatment, were used to enhance biohydrogen production from sewage sludge. The experimental results showed that the four pretreatments could all increase the soluble chemical oxygen demand （SCOD） of sludge and decrease the dry solid （DS） and volatile solid （VS） because the pretreatments could disrupt the floc structure and even the microbial cells of sludge. The results of batch anaerobic fermentation experiments demonstrated that all of the four pretreat- ments could select hydrogen-producing microorganisms from the microflora of sludge and enhance the hydrogen production. The hydrogen yield of the alkaline pretreated sludge at initial pH of 11.5 was the maximal （11.68 mL H2/g VS） and that of the thermal pretreated sludge was the next （8.62 mL H2/g VS）. The result showed that the hydrogen yield of pretreated sludge was correlative with its SCOD. The hydrogen yields of acid pretreated sludge and alkaline pretreated sludge were also influenced by their initial pH. No methane could be detected in the anaerobic fermentation of alkaline pretreated sludge and thermal pretreated sludge, which suggested that these pretreatments could fully inhibit the activity of methanogens. The volatile fatty acids （VFA） production in anaerobic fermentation of alkaline pretreated sludge was the maximum and the next is that of thermal pretreated sludge.     

碱性过氧化氢预处理对醋渣厌氧消化性能的影响

利用单因素法研究了碱性过氧化氢预处理过程中的H₂O₂浓度、预处理温度以及预处理时间3个因素对醋渣厌氧消化性能的影响，结果表明，H₂O₂浓度、预处理温度和预处理时间的最优条件分别为4%、40℃和12 h。经实验验证，在最佳联合预处理条件下醋渣厌氧消化累积甲烷产量（基于挥发性固体含量）达302.0 mL/g，生物降解率为70.0%，较未预处理醋渣提升了54.4%。     

微氧条件下厌氧颗粒污泥和消化污泥特性研究

用12 5mL血清瓶作为批量处理反应器,对厌氧颗粒污泥和消化污泥在厌氧和微氧条件下的COD去除率、污泥产率、产甲烷活性、抗冲击负荷能力等进行对比实验研究。实验结果表明:厌氧颗粒污泥和消化污泥均在微氧条件下表现出高COD去除率、低污泥产率、高产甲烷活性和强抗冲击负荷能力,且厌氧颗粒污泥在COD去除率、污泥产率、产甲烷活性和抗冲击负荷等方面更具有优势;对于0 5 gCOD/LR·d的有机负荷,反应器内最佳加氧量为10mL(10 %添加的COD)。     

酸碱预处理对稻草秸秆发酵产氢的影响

随着环保要求的日益严格和化石能源的日益短缺,氢能作为清洁高效的可再生能源受到人们的普遍重视。厌氧发酵生物制氢是利用生物技术分解有机废弃物制备氢气,该工艺设备简单、操作容易、成本低廉等优点。以稻草秸秆为发酵底料,以厌氧活性污泥为接种物,研究酸碱预处理对秸秆发酵产氢的影响。结果表明,H2SO4预处理为最佳的预处理方式;稻草秸秆经1%的H2SO4预处理后发酵气中氢气的最大含量、最高比产氢速率和最高氢气产率分别为47.68%、4.67mL/(h.g)和59.21 mL/g;经1%的NaOH预处理后发酵气中氢气的最大含量、最高比产氢速率和最高氢气产率分别为41.92%、3.24 mL/(h.g)和42.02 mL/g;发酵液相中主要产物为乙醇、乙酸和丁酸。     

污染物纳米二氧化钛对污泥厌氧溶解性及产气效率的影响

在连续流反应器中探究了纳米二氧化钛(TiO_2 NP)对污泥厌氧溶解及产气的影响。实验结果表明TiO_2 NP对污泥厌氧消化的影响与TiO_2 NP的浓度有关,低浓度TiO_2 NP对污泥的溶解及产气影响不明显,然而高浓度TiO_2 NP严重抑制污泥溶解及甲烷产量。当TiO_2 NP的浓度由0增加至200 mg/L时,甲烷产量由161 mL/g挥发性悬浮固体(VSS)下降至124 m L/g VSS。机理分析表明高浓度TiO_2 NP能够抑制关键酶的活性并对产甲烷化产生严重的抑制作用。     

驯化接种对高固体浓度猪粪厌氧发酵的影响

通过接种物驯化,实现了中温条件下（35±1℃）高固体浓度猪粪（TS=15%）厌氧发酵的快速启动,并得到了较高的产气率与产气速率.经过60d厌氧发酵,接种工况的单位VS产气率为320.5～357.3mL.g-1,产甲烷率为237.2～266.2mL.g-1,与未接种的工况相比提高300%以上.使用20%发酵成熟物接种,可在26d的有效发酵时间内完成总产气率的81.30%,有效产气速率为10.76mL.（g.d）-1.其TS,VS与TCOD的降低率分别为40.2%,52.6%和44.9%.增加接种量与延长接种物驯化时间可以缩短有效发酵时间与提高有效产气速率,但对产气率无显著影响.     

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。