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%。     

Near-infrared spectroscopy-based quantification of substrate and aqueous products in wastewater anaerobic fermentation processes

In this study, a Fourier transform near-infrared （FT-NIR） technique was used for process monitoring of anaerobic fermentation. Orthogonal signal correction （OSC） method was used as NIR spectral pre- processing options. Calibration models were established and the validation of the method was per- formed with the sucrose, ethanol and volatile fatty acids （VFAs） contents determined by the anthrone and gas chromatography methods, respectively. Spectral range and the number of internal latent variables were optimized for the best correlation coefficient. Test set validation of sucrose resulted in excellent measurement of prediction performance and the correlation coefficient of determination is 0.930. Similar prediction statistics for individual VFA and total VFA contents were obtained. These re- sults proved that the NIR spectroscopy technology is able to quantify the contents of both volatile fatty acids and sucrose in wastewater anaerobic fermentation process.     

活性污泥处理高浓度基质发酵产氢条件的优化

以蔗糖为基质模拟有机废水,通过对活性污泥的梯度驯化,提高了活性污泥对高糖溶液的代谢能力与产氢能力,在此基础上对其产氢条件进行优化.优化后发酵条件为厌氧发酵温度36 ℃,初始pH值5.0,蔗糖90 g/L,玉米浆8 mL/L,FeSO4·7H2O 20 mg/L,MgCl2·6H2O 10 mg/L,K2HPO41.0 g/L.优化后的活性污泥平均产氢速率达到565 mL/(L·h),比优化前提高了223%;比产氢率为3.04 mol/mol,比优化前提高了30%.提出了有机氮与生长因子同步添加的高效廉价培养基方案,为活性污泥厌氧发酵生物制氢技术的工业化奠定了基础.     

pH值对碱处理污泥厌氧发酵产氢的影响

通过批量试验研究了无任何接种物下碱处理污泥厌氧发酵产氢的可能性和pH值对碱处理污泥厌氧发酵产氢的影响. 试验结果表明, 污泥经碱处理后, 在无任何接种物和外加营养物的情况, 能够实现稳定产氢. 污泥的起始pH值是影响碱处理发酵产氢的一个重要因素. 当污泥的起始pH值为11.0时, 碱处理污泥的氢产率最大, 达14.4 mL/g (VS). 碱处理污泥在碱性起始pH值下的氢产率高于其在酸性和中性起始pH下的氢产率. 碱处理污泥厌氧发酵的最佳产氢pH值为9.5. 高于8.5的pH值可以防止碱处理污泥厌氧发酵过程中出现氢消耗. 在碱处理污泥的厌氧发酵过程中pH值变化很小. 碱处理污泥在不同起始pH值下氢产率的变化与其起始SCOD变化相似. 乙酸为发酵过程中产生的挥发性脂肪酸的主要组成成分. 污泥的起始pH值会影响挥发性脂肪酸的产生量和组成.     

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%.     

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。     

水葫芦厌氧发酵资源化利用方法初探

利用水葫芦与驯化厌氧污泥混合进行厌氧发酵以提高产气效率,实现了水葫芦资源化利用目标。结果表明水葫芦具有良好的生物降解性,是厌氧发酵产气的优质原料。通过实验发现污泥驯化、污泥接种比例、系统p H值是影响水葫芦厌氧发酵产气的重要参数。     

合成气发酵生产乙醇菌株的筛选

【目的】从动物粪便样品中分离能利用合成气生产乙醇的菌株,并对其进行鉴定及初步发酵实验,为工业利用合成气生产乙醇奠定理论基础。【方法】利用富集驯化培养技术,以合成气为唯一碳源,分离筛选合成气利用菌,通过形态观察、生理生化实验及16SrRNA序列分析鉴定菌株,并利用菌株进行初步发酵实验。【结果】分离到1株可以发酵合成气生产乙醇的菌株,分子鉴定结果表明,该菌株为Clostridium ljungdahlii。生理生化分析结果显示:该菌是严格厌氧型革兰氏阳性菌,短杆状,有运动性,芽孢很少见,生长必须因子包括酵母粉和维生素B族;最适碳源为果糖,最适生长温度35~37℃,最适pH值为6.0~7.0。合成气发酵实验结果显示:37℃,厌氧静止发酵30d,乙醇最高产量达到2.58g/L,添加BESA、莫能菌素、丁基橡胶颗粒可以使乙醇产量分别提高49%、70%、4.3%,最大产量达到4.31g/L。【结论】从动物粪便中分离到1株Clostridium ljungdahlii,该菌能够利用合成气生产乙醇,为进一步研究和开发新型生物质材料提供了基础资料。