双频超声联合稀碱预处理玉米秸秆厌氧发酵工艺参数优化

为了提高秸秆厌氧消化的产气量以及产气效率,采用双频超声波与稀碱相结合的预处理方法对玉米秸秆进行预处理,研究了玉米秸秆质量、超声作用时间、单/双频以及稀碱(2%Na OH)预处理时间对玉米秸秆厌氧消化性能的影响,得到双频超声联合稀碱预处理玉米秸秆厌氧发酵的最佳工艺参数为:秸秆质量52 g,双频超声作用,作用时间30 min,稀碱预处理1.5 d。实验结果表明:采用双频超声最优预处理条件下的厌氧发酵效果最佳,比经稀碱预处理的玉米秸秆沼气产量提高18.00%,甲烷产量提高35.71%,厌氧消化时间缩短21.21%,比单频超声联合稀碱预处理玉米秸秆沼气产量提高12.80%,甲烷产量提高18.32%,厌氧消化时间缩短10.34%。     

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%.     

秸秆沼气发酵厌氧菌群的培养及应用

秸秆沼气发酵厌氧菌群是一个复杂的菌系,针对分离纯培养周期长、菌剂制备过程比较复杂等难点,提供了一种简便的秸秆沼气发酵厌氧菌群的培养方式——原位混合培养.①小试试验表明:接种50%培养后的厌氧菌泥,厌氧发酵原料总固体(TS)12%,在37℃下,试验B组能快速适应厌氧发酵新环境,厌氧发酵21 d时,累积产气量较试验A组高出28.39%;②中试试验结果显示:第三阶段的发酵原料中接种物的50%替换为培养后的厌氧菌泥,37℃厌氧发酵10 d,沼气池容产气率平均达到1.1 L/(L·d),累积产气量较前两个阶段的平均值高出32.46%.该方法适用于连续性沼气发酵工程,以增加沼气发酵系统中的厌氧微生物数量,增强微生物代谢活动,改善沼气发酵系统,使其保持连续稳定的产气.     

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。     

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。     

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．     

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。     

玉米秸秆超声辅助酶水解

利用超声波技术研究了外加超声场条件下玉米秸秆的纤维素酶水解过程.结果表明:超声波可有效地提高玉米秸秆的纤维素酶水解得率,减少酶用量.在超声频率20 kHz、功率30 W、作用时间10 min的超声场下,纤维素酶的最适滤纸酶活用量为20IU/g,最适水解温度为50℃,最适pH为4.8,其48 h酶解得率达到27.3%,比未加超声波时酶解得率提高了48.3%.     

牛粪与玉米秸秆配比对混合厌氧发酵速率的影响

为了研究牛粪与玉米秸秆的不同配比(以下简称粪秆配比,以挥发性固体(VS)计算)对厌氧发酵速率的影响,初步确定影响发酵产气限速的因素,在中温(38±1)℃条件下,以厌氧颗粒污泥为接种物,以不同配比的牛粪与玉米秸秆为底物进行混合厌氧发酵,测定日产气量、沼气中CH_4与CO_2的浓度、沼液中的总碳(TC)、挥发性脂肪酸(VFAs)浓度和pH值。结果表明,粪秆配比为2∶1时,水解速率常数、单位基质产甲烷量和生物转化产甲烷效率最大,其值分别为0.043 7d~(-1),271.93mL/g,71.59%。发酵初始(第1日)VFAs中乙酸浓度与牛粪比例成正比,发酵中期(第5日)丙酸积累浓度与秸秆比例成正比。发酵周期内粪秆配比与限速阶段的关系:第1日,秸秆比例越大,产气限制阶段越倾向于水解酸化阶段,第2-15日,秸秆比例越大,产气限速阶段越倾向于产氢产乙酸阶段;第16-30日,各组发酵产气限制阶段均为水解酸化阶段。该试验重点对粪秆配比与产气限速因素的关系进行研究,为进一步提高混合厌氧发酵产气效率提供了理论和试验依据。     

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%。     

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。     

超声波强化微生物对偶氮染料AO7的生物降解机理研究

建立了SBR反应器中超声波辐射和好氧活性污泥联合作用的方法,研究了超声波对偶氮染料AO7生物降解的影响.最优操作参数为:超声波强度,6.4 W/L;进水葡萄糖浓度,2 000 mg/L;曝气流量,0.4 mL/min;超声波辐射时间间隔,5min;超声波频率,25 kHz.超声波强度与进水葡萄糖浓度是影响AO7生物脱色的主要因素.生物脱色速率先是随超声波强度的增加而增加,达到一定程度后超声波强度的增加反而使脱色速率降低.生物脱色速率随着进水葡萄糖浓度增大而增大.实验同时发现超声波可以加速微生物对AO7降解产物的进一步降解.超声波辐射对微生物的膜渗透性有一定作用,随着超声波强度的增加,微生物的膜渗透性增大,但膜渗透性的增大与微生物对AO7的加速降解不成线性关系.     

有机溶剂中4,4'-二溴联苯的超声降解

研究了有机溶剂中4,4'-二溴联苯(4,4'-DBB)的超声降解.考察了初始质量浓度、处理时间及添加氧化剂(H2O2)和盐(NaCl)后的联合作用对降解率的影响.采用超声频率20 kHz、固定声强0.16W/cm2的超声波作用一段时间,结果表明:初始质量浓度越大,降解率越低;超声时间越长,降解率越高.单独超声降解8 mg/L 4,4'-DBB溶液600 min,降解率可达16.0%.而加盐超声240 min,10 mg/L 4,4'-DBB溶液的降解率可提高到12.1%,符合一级反应规律,一级反应常数为-5.231 18×10-4 min-1.超声与过氧化氢(US/H2O2)联合作用180 min,2 mg/L 4,4'-DBB溶液的最终降解率可达到43.1%.     

含PAM活性污泥厌氧消化产甲烷潜力研究

污水处理厂大量剩余活性污泥的资源化利用一直是焦点问题,剩余污泥中含有丰富的营养成分,不能随意处理,大部分工厂用聚丙烯酰胺(PAM)处理污泥.初步探讨了聚丙烯酰胺对污水处理厂的污泥厌氧消化的影响.在试验过程中,采用中温批量式厌氧消化的方式制取沼气.实验结果表明,聚丙烯酰胺对污泥厌氧发酵产沼气有促进作用,经测定并测出其产生气体中甲烷含量达60%以上,且TS产气率和VS产气率分别为250mL/g和362mL/g,是不含聚丙烯酰胺的1.57和1.63倍.这为城镇大量剩余污泥堆积问题提供新的解决方法,在产生清洁能源沼气的同时还解决了环境污染问题.     

多原料高浓度混合共发酵制气与纯化提质研究最终报告

该研究针对目前我国规模化生物燃气工程原料单一、产气率低、装备落后等技术瓶颈,旨在开发多种原料混合共发酵制气关键技术,优化高效率、低能耗厌氧发酵工艺与装置,并对生物燃气进行纯化提质和高值利用研究,使生物燃气分别达到民用或燃气的要求。针对畜禽粪便、作物秸秆、有机垃圾和农产品废弃物等四大类20多种不同原料成分分析及产气潜力和特性研究,进行了单一物料和不同物料混合的厌氧消化实验,以此建立了沼气发酵原料特性及产气性能数据库,并研究多种原料的C/N比及营养物质的合理调配技术,提高了单一原料的产气效率。研究了畜禽粪便、有机垃圾等原料中的去除泥砂和有害杂质工艺。针对秸秆发酵,着重研发原料切碎、贮存和预接种混合技术及装置,提高秸秆产气效率。研究了高浓度发酵(TS≥10%)和干发酵(TS≥20%)过程中混合原料的搅拌方式及混合程度对厌氧共发酵工艺的影响,优化了不同混合原料的发酵工艺参数,提高原料产气率。开展了多原料高浓度混合共发酵制气基础研究。包括混合原料配比技术的研究;不同类型模型底物的厌氧水解动力学研究;不同单一原料的厌氧水解动力学研究;高浓度单相厌氧消化模型;固体床两相厌氧消化模型;沼气的生物脱硫技术基础研究。采用甲烷氧化脱氧工艺去除沼气中的氧,针对沼气脱氧剂和沼气脱氧工艺展开了研究。根据沼气中硫化物的形态分布,采用多种吸附剂有针对性地吸附不同的硫化物,主要研究了精脱硫剂及脱硫工艺。采用碳酸丙烯酯法和加压水洗法脱除沼气中的CO2,针对吸收溶剂地研制及脱除CO2工艺的开发展开了研究。该研究最终建立了不同发酵原料成分及其产气特性的数据库,两种以上混合原料厌氧共发酵,进料固形物含量大于10%,中温沼气产率大于1.2 Nm3/m3罐容天。建设了多原料共发酵的中试装置一套。完成示范工程建设,形成产业化核心技术,达到如下指标:产品CH497%,CO 23%,H2S 10 ppm,甲烷回收率≥99%,压力≤1.0 Mpa;纯化能耗≤0.80 kwh/m3生物天然气;精脱硫剂硫容≥10%,碚硫温度为常温;在贵金属催化剂作用下,使垃圾场沼气中的O20.60%达到欧洲标准;沼气中硫化氢、羰基硫、二硫化碳、硫醇、硫醚和噻吩等硫化物脱至1 ppm以下。     

甜菜渣厌氧消化制取沼气中试发酵条件的研究

本研究以甜菜渣为原料经厌氧发酵生产沼气。实验采用出料废沼液和干甜菜渣按20%浓度配比作为进料,投料率为5%,滞留期20天,温度控制在35—40℃,碳氮比为30:1,pH7.2—7.5,产气率可达到4.0M~3/M~3·日左右。厌氧微生物消化(Anaerobic Digestion)是处理工、农业废弃物的有效方法之一。近年来,由于能源需求量的迅速增长,发展代用能源的需求已变得日益显著。从工农业生产的有机残渣及废水中经厌氧消化生产甲烷通过大量的试验证明在技术上是可行的(G. Lettinga, "Anaerobic Digestion",1979,曾用厌氧消化法处理甜菜废水)。但用甜菜废渣经厌氧消化制取沼气在国内还是一项新的研究课题。为了开发新的能源资源,结合我国北方地区制糖工业中废甜菜渣资源丰富的具体情况,在小型发酵条件实验的基础上,在建平县第一糖厂利用6.5M~3卧式厌氧发酵罐进行了中试发酵实验。     

超声波促进石化污水厂剩余活性污泥厌氧消化

采用超声波技术分解石化污水厂剩余活性污泥(以下简称“污泥“),考察了超声波对污泥后续厌氧消化的影响.研究表明,超声波可有效分解污泥,提高污泥中溶解性化学需氧量(SCODCr),加速污泥的水解速度,提高污泥厌氧消化效率.在2 000 W/m2超声声强下处理60 min的污泥,厌氧消化25 d累积产生的气体比未处理污泥产生的气体提高了60%以上.厌氧消化10 d,有机物去除率达到40%,比未处理污泥提前约10 d完成厌氧消化.     

卡纳琳肝癌热疗疗效的研究

探究CNSI对肝癌模型热疗的疗效,分别从细胞层面和体层面研究CNSI的热疗疗效.细胞层面:对照组无处理;CNSI组加入50μg/mL的CNSI;NIR组在1 W/cm~2的NIR条件下连续照射3 d,每天3 min;实验组(CNSI+NIR 0.2 W/cm~2、CNSI+NIR 0.4 W/cm~2、CNSI+NIR 0.6 W/cm~2、CNSI+NIR 0.8 W/cm~2、CNSI+NIR 1 W/cm~2)加入50μg/mL的CNSI连续照射3 d,每天3 min.最后分别收集每组细胞,计算抑制率.在体层面:对照组无处理;CNSI组在肿瘤部位注射50μL CNSI;NIR组在0.8 W/cm~2的NIR条件下连续照射3 d,每天3 min;CNSI+NIR组在肿瘤部位注射50μL CNSI,NIR为0.8 W/cm~2的条件下连续照射3 d,每天3 min.比较4组的杀伤效果、肿瘤生长以及细胞死亡情况等,结果表明:在细胞层面,CNSI+NIR 0.8 W/cm~2、CNSI+NIR 1 W/cm~2组对肿瘤生长均具有很好的抑制作用;在体层面,CNSI+NIR 0.8 W/cm~2组能够明显抑制肿瘤生长,明显提高治愈率.结论:NIR+CNSI组可以明显抑制肿瘤生长,对肝癌模型小鼠具有显著的疗效.     

超声对皮肤作用的初步研究

1 材料和方法本实验采用健康的中国本兔15只(雌雄兼有).脊柱两侧剃毛后,暴露皮肤.辐照强度I_(SATA)(空间平均,时间平均值强度)取四种不同剂量:10,20,25和30W/cm~2.幅照时间2min实验采用1MHz的聚焦换能器,由高频讯号发生器经功率放大器放大后接到换能器上产生超声波.每次实验前先用声功率计校准一次声功率.然后计算出超声强度.幅照后喂养     

禽粪与麦秸协同厌氧发酵体系的需求导向产沼气性能及模型预测

通过改变传统的连续型沼气生产转向需求导向的灵活产气可以实现平抑风光等间歇式新能源的波动,从而维持新能源体系的稳定。然而作为典型农业废弃物的禽粪与麦秸,其作为发酵底物时是否可以通过进料管理方式实现按需产沼气未见研究。为此,本文模拟按需产气的投料模式,研究了不同投料负荷、频次与投料间隔时间等条件下,沼气产气速率与产气量等的响应关系,基于此构建沼气产气响应的预测模型。结果表明：低进料有机负荷（1.5 kg?VS?m-3?d-1）、2次/d频率、10 h时间间隔情景下发酵系统不存在明显的沼气延滞期,沼气产气响应速率较高,并且pH、FOS/TAC、VS/TS、NH3-N等参数波动均处于合理区间。进料负荷增大至3 kg?VS?m-3?d-1时,产气延滞期增大,但是体系在10 h时间间隔下发酵稳定性参数波动不大,此时系统仍可正常运行。进一步增加进料负荷至6 kg?VS?m-3?d-1时,沼气中甲烷含量跌至30%左右,产气响应明显变慢,说明该情景已不利于后续沼气的利用,此时限速步骤是高进料负荷时麦秸与禽粪底物中木质纤维素的水解反应。基于实验结果,构建了修正的Gompertz-BP神经网络混合模型以预测沼气产出的响应,并验证了其预测的准确性。研究结果表明,禽粪与麦秸作为底物进行协同厌氧发酵,在低进料负荷时辅以适当的控制手段可以实现按需产沼气。