于佳动[1]2017年在《纤维质农业废弃物微好氧酸化机理及高含固率两相厌氧发酵工艺研究》文中研究表明农业废弃物来源广泛,是沼气生产的重要原料。本研究围绕增强农作物秸秆、畜禽粪便混合原料厌氧发酵产甲烷效率展开,以传统的两相厌氧发酵工艺为基础,研究并优化了不同控制条件下微好氧水解酸化特性及其机理,并探索适用于高含固率纤维质农业废弃物厌氧发酵产甲烷的新模式。首先,研究了不同含固率和氧气状态对底物分解和产酸的影响,并对其水解酸化机理进行研究。向酸化相通气可显着增加木质纤维素原料的分解效率(P<0.05),但随着含固率的提高,受到水解产物反馈抑制的影响,VS去除率间在高含固率时差异消失。酸化第2天高含固率微好氧条件有机酸生成率达到3684mg/(Ld)。根据响应面优化产气速率的结果,高含固率(TS= 15%TS)、微好氧(DO = 0.2-1 mg/L)、水解酸化48 h,产气效率达到最大值。非密闭酸化相设计也为纤维质原料的进出提供方便,操作性强。使用非密闭酸化反应器在微好氧条件研究了含固率、温度和搅拌形式对水稻秸秆、牛粪水解酸化性质的影响,证明了高含固率在促进有机酸生产的关键地位,温度和间歇搅拌分别在酸化中期、后期对有机酸生产起显着性作用(P<0.05)。纤维素、半纤维素分解在水解酸化前期效率(k)可最大可增加217.9%和290.5%;为进一步提高底物水解效率,加快有机酸生产能力,研究并优化了秸秆粒径、pH对微好氧水解酸化性质的影响。统计分析结果表明,秸秆粒径与水解酸化过程VS去除率具有显着正相关性(P<0.01),pH对底物分解的影响不显着,而pH对有机酸生产具有显着正相关性(P<0.01),秸秆粒径并不是有机酸生产的主要因素。细粒径、中粒径、pH=7-9显着促进细菌的生长和多样性(P<0.05)。在pH=8时,中粒径有利于半纤维素、纤维素的分解,并得到最大产酸效率为2.3 g/(Ld)。pH=11时,在酸化第9天有机酸产量达到最大值9.5 g/L。综合水解酸化效率和处理成本,酸化相采用中粒径、pH=8,处理2天即可用于甲烷生产;利用MC1菌群,探讨了生物强化在开放复杂环境中促进微好氧水解酸化效率的可行性。MC1水解酸化3天,显着提高半纤维素的水解(P<0.05),有机酸含量提高了 20.1%,产气效率也随之增加。但是,MC1强化作用并不能持续保持,5天后作用消失;通过高通量测序的方法揭示了微好氧水解酸化在不同控制因素下的微生物群落特征发现,微生物与体系内温度和pH的变化密切相关,当酸化处于高温低pH时,Clostridium是优势细菌,而中温以Prevotella菌为优势细菌。体系pH趋于中性,Bacteroides丰度迅速升高,pH升高或降低减少了微生物多样性和数量。而在复杂环境的生物强化过程中,MC1菌群组分如Bacils、Clostridium在酸化前期被检测到。其中,Bacills丰度与未接种MC1相比提高了 171.9%。酸化5天后,牛粪菌群重新占据优势,MC1菌群的消失显着降低了木质纤维素的分解效率;高含固率可显着提高有机酸积累量,有利于沼气生产。根据优化结果,本论文建立了半连续高含固率两相厌氧发酵工艺,酸化相采用非密闭式设计并在微好氧条件下运行,固液分离后的酸化液用于沼气生产,酸化渣进行水稻育秧基质化利用,并研究了不同温度和沼液全回流条件下两相厌氧发酵过程性质。结果表明,高含固率下温度和回流对底物VS去除无显着影响(P>0.05),有机酸生成在运行10天后保持稳定,回流处理中有机酸利用率在60-90%,中温回流有利于保持高效的容积产气率,为1162.2 mL/Lreactor/d,增加稳定性。酸化渣育苗质量显着优于原料、沼渣(牛粪)和土壤,中温、酸化时间对促进水稻根数、株高、叶宽等农业学性状具有显着相关性(P<0.05),应用前景广阔。本文建立了非密闭式微好氧酸化纤维质农业废弃物水解酸化+高效产甲烷的两相厌氧发酵工艺,沼液可全部回流,酸化渣用于水稻育秧基质生产,同时,证明了"秸-沼-基质"能源生态模式是可行的,应用前景光明。
刘丹[2]2014年在《餐厨废弃物厌氧发酵特性研究》文中认为随着人们生活水平的提高,我国餐厨废弃物的产量日益增加。大量的餐厨废弃物如果得不到及时有效地处理就会对生态环境及人类健康造成严重的影响。厌氧发酵技术处理餐厨废弃物既能获得生物质能源沼气又能减轻其造成的环境污染,是解决我国能源紧缺和环境污染问题的有效的手段。目前国内外学者已经开展了针对餐厨废弃物厌氧发酵的研究,根据以往研究,餐厨废弃厌氧发酵有机负荷一般不能超过3kgVS· m-3· d-1,有机负荷过高会导致发酵失败。这是由于餐厨废弃物易降解有机质含量高,发酵时酸化速度快,在发酵过程中难以实现酸碱平衡而导致酸败。有机负荷的制约致使厌氧发酵反应器的容积利用率低,无法实现餐厨废弃物的稳定高效产甲烷,因此,探讨提高餐厨废弃厌氧发酵有机负荷的工艺途径,对提高反应器的容积利用率具有重要意义。为了获得提高餐厨废弃物厌氧发酵有机负荷的工艺路线,本研究首先深入研究了餐厨废弃物中叁大主要有机成分淀粉、蛋白质和脂肪单独厌氧发酵特性及其产甲烷潜力,并在此基础上采用混料试验设计探讨有机成分组成对产气性能的影响,并确定适宜的有机成分配比；其次针对餐厨废弃物厌氧发酵过程中容易酸化,反应器难以顺利启动的问题,以单因素试验结果为基础,通过响应曲面法考察接种比例、浓度和温度影响因子对餐厨废弃物厌氧发酵启动过程的交互作用,优化其工艺参数并确定启动条件；再次为了实现对餐厨废弃物的连续稳定产甲烷,以提高厌氧发酵反应器利用效率为目标,在考察半连续式单相厌氧发酵时有机负荷对餐厨废弃物厌氧发酵过程中产酸和产甲烷的影响规律基础上,确定了采用两相污泥回流工艺处理餐厨废弃物,实现了产酸相丁酸型定向酸化,同时产甲烷相中的碱度和微生物的数量显着增加,大大提高了厌氧发酵处理餐厨废弃物的效率。本文主要研究内容及成果如下：(1)研究发现以餐厨废弃物为原料进行厌氧发酵时,其叁种主要成分脂肪、淀粉、蛋白质的比例影响发酵过程的进行,比例不当时,会受到长链脂肪酸、挥发性脂肪酸和氨氮的不同程度抑制。当叁种有机成分比例适当时,可以发生协同促进作用,有效避免中间代谢产物的抑制,从而可适当提高有机负荷。经优化得最优混合配比为脂肪：淀粉：蛋白质等于36：30：33,此时VS产甲烷率、VS降解率分别为451.36和79.62%。实际的餐厨废弃物蛋白质含量偏低、淀粉的含量偏高,为了实现餐厨废弃物高负荷厌氧发酵,应采取与含氮量较高的原料混合发酵。与最优混合比例相比,实际的餐厨废弃物蛋白质含量偏低、淀粉的含量偏高。(2)餐厨废弃物厌氧发酵过程中容易产乳酸,乳酸菌主要是餐厨废弃物自身携带。乳酸在厌氧发酵过程中降解率最高,主要转化为乙酸和丙酸,两者的比例接近1：3。乳酸负荷在1Ommol· L-1· d-1的运行条件下发酵30d后厌氧体系也出现了缓冲能力不足的现象,其根源是乳酸降解后所产丙酸在厌氧体系内不能及时转化造成累积,因此应尽量避免丙酸和乳酸进入到厌氧体系。(3)餐厨废弃物厌氧发酵启动试验研究结果。在接种比例小于50：50,体系pH在5.5以下,厌氧体系酸化；当接种比例大于50：50,体系pH维持在7.0以上时,产气状态良好,甲烷含量能达到60%。应用响应曲面法中的Box-Behnken设计,以回归模型为基础,对原料浓度、温度和接种率水平组合进行多目标优化,最终确定最优的工艺参数如下：原料浓度为5%、温度为35℃、接种率为65%。在最优条件下,经试验验证得到了与预测值相吻合的结果,VS产甲烷率、VS降解率平均值分别为469.87mL/g和81.95%。(4)在批式启动试验的基础上,探讨单相厌氧发酵时有机负荷对厌氧发酵各阶段间的平衡影响。当有机负荷小于4kg·m-3·d-1时,体系以产甲烷发酵为主。当有机负荷大于4kgVS· m-3·d-1时,厌氧体系主要以产酸发酵为主。pH小于5.5时为乙酸型发酵,pH在5.0左右为丁酸型发酵,pH在4.5以下为乳酸型发酵。(5)两相污泥回流发酵系统延长了污泥停留时间,所能承受的有机负荷为7.36kgVS·m-3·d-1；此负荷下平均VS甲烷产率为399.95mL·g-1。厌氧体系内的挥发性固体浓度和所能承受的有机负荷之间存在指数函数关系,关系式为y=1.61e0.23x(相关系数R2=0.99187,P<0.0001),其中x代表有机负荷、y代表挥发性固体浓度。由此推断湿法发酵所能承受的最大有机负荷为8kgVS·m-3·d-1。
王晓曼[3]2010年在《早熟禾厌氧发酵特性和产气潜力的研究》文中提出我国是农业大国,农业废弃物种类繁多而且数量巨大,能够作为生物质能源加以开发利用的资源非常丰富,但以往大量的农业废弃物都被当成垃圾,造成了资源浪费和环境污染。利用厌氧发酵技术将其生物质资源转化为高品位沼气能源,具有技术成熟、转化效率高、应用方便等特点,可以有效地回收利用农业废弃物中物质和能量,是比较理想的农业废弃物回收系统。为了研究茎叶类农业废弃物的厌氧发酵特性,利用自行设计的厌氧发酵试验装置,在30±1℃恒温条件下,对茎叶类农业废弃物进行了厌氧发酵。通过对试验过程中重要指标的测定和比较,探究各发酵原料的特性,以寻求更多更适合的发酵原料,从而提高农业废弃物的应用价值。研究内容和结果主要包括以下几个方面:以早熟禾、佛手瓜茎叶和番茄茎叶叁种茎叶类农业废弃物为原料,分别进行了厌氧发酵试验,并进行比较。结果表明:早熟禾累积产气量最高,且持续时间最长,佛手瓜茎叶次之,番茄茎叶最差,早熟禾、佛手瓜茎叶和番茄茎叶叁者累积产气量分别为54830mL、45360mL、33090mL;在发酵过程中早熟禾和佛手瓜茎叶均出现一定程度的酸积累现象,但经过系统的自动调节,一段时间后均恢复正常,其中佛手瓜恢复的较慢;佛手瓜茎叶的甲烷含量较低,且产甲烷最不稳定,早熟禾和番茄茎叶甲烷含量较高;产气潜力方面,叁者差异均达极显着水平。综合产气量、甲烷含量、产气潜力等指标的测定结果,早熟禾表现最好。进一步研究早熟禾的厌氧发酵特性,设置接种量10%、20%、30%和40%四个梯度,和发酵浓度4%、6%、8%和10%四个梯度分别进行比较试验,讨论接种量、发酵浓度对早熟禾产气量、甲烷含量、pH值的影响。结果表明:综合考虑,早熟禾接种量在30%、发酵浓度在6%～8%条件下,早熟禾厌氧发酵产气效果最好。将早熟禾和猪粪混合发酵,以累积产气量和平均甲烷含量为指标,选取碳氮比、发酵浓度和接种量叁个因子进行多因素试验,变化范围分别为13～30,4～10%和10～40%。依据二次正交旋转组合设计的方法,建立因素对产气量和甲烷含量的回归方程,探讨碳氮比、发酵浓度和接种量对产气量和甲烷含量的影响规律。结果表明:影响产气量的主因素排序为接种量>发酵浓度>碳氮比;影响甲烷含量的主因素排序为接种量>碳氮比>发酵浓度;且各因素之间具有一定的交互作用,不同的两个因素相互影响对产气量和甲烷含量的影响也就不同;采用SAS数据处理系统对试验数据进行分析,可以得到早熟禾和猪粪混合发酵原料要获得较好产气量的最佳工艺是:碳氮比为23.5:1,发酵浓度为7.35%,接种量为29.02%,混合原料产气量理论值最高可达38.06L;要获得较高平均甲烷含量的最佳工艺是:碳氮比为23.64:1,发酵浓度为7.23%,接种量为30.12%,混合原料平均甲烷含量理论最高值可达54.79%。
麻明可[4]2015年在《农产品加工废弃物厌氧发酵特性的研究》文中指出采用厌氧发酵技术处理农产品加工废弃物,不仅能获得生物质能源沼气,而且可将发酵后的沼液沼渣用作肥料,是实现资源循环利用、解决能源紧缺和环境污染的有效手段。本研究首先对甘蔗渣、木屑、菇渣、啤酒糟、酱油糟和木薯渣作为厌氧发酵原料的合理性及适用性进行理论分析;然后为了考察初始干物质浓度对产甲烷性能、液相代谢产物及有机质降解的影响,以这六种农产品加工废弃物为原料,在中温条件下,进行不同初始干物质浓度的厌氧发酵。最后,通过对六种农产品加工废弃物的产气特性及有机物降解情况进行对比,初探农产品加工废弃物产气潜能及有机质的降解规律,为今后的研究提供理论依据。本文主要研究内容及成果如下:(1)初始干物质浓度对六种农产品加工废弃物的产气和有机物的降解的影响相似,均呈现出随初始干物质浓度的增加而先增加后减少的趋势。甘蔗渣、木屑、菇渣和啤酒糟的最适初始干物质浓度为10%,此时VS产甲烷率分别为144.97mL·g-1、37.13 mL·g-1、134 mL·g-1和394.63 mL·g-1;VS降解率分别为42.54%、30.21%、43.91%和66.07%。酱油糟的最适初始干物质浓度为6%,此时VS产甲烷率和VS降解率分别为209 mL·g-1和48.33%;木薯渣的最适初始干物质浓度为2.5%,此时VS产甲烷率和VS降解率分别为157.97mL·g-1和48.33%。(2)六种农产品加工废弃物的厌氧发酵产甲烷过程都具有:发酵启动较快,结束相对缓慢的特点。对于同一种原料,厌氧发酵的TS降解率与VS降解率呈正比,但对于不同种原料之间,厌氧发酵TS降解率与VS降解率不呈正比,因此,考察不同原料的利用的程度,不能只分析TS或VS降解一个指标,要对二者进行综合分析。(3)对原料中各有机质的降解率进行综合分析可知,在一定条件范围内,淀粉、脂肪、蛋白质和总纤维素的含量越高,其降解量越大;原料中有机质成分、元素比例的均衡及自身是否携带菌群是决定各有机质降解的首要因素;原料中总纤维素含量较高、结构较复杂时,会抑制淀粉、蛋白质和脂肪的降解;淀粉含量高会获得较高的淀粉和蛋白质的降解;脂肪含量较高会抑制淀粉和蛋白质的降解;蛋白质含量较高时,蛋白质并没有得到很好的降解。因此,有机质的降解效果不仅与原料种类、复杂性、发酵工艺条件(初始干物质浓度)有关,还与各有机质的含量、比例、组成结构及相互作用、降解速率等因素有关。(4)通过分析沼液沼渣中微生物对不同原料中各有机质的降解情况可知,沼液沼渣中的厌氧发酵微生物主要利用六种农产品加工废弃物底料中的碳水化合物。在木质纤维素降解方面,甘蔗渣、酱油糟和木薯渣主要以纤维素降解为主;木屑、菇渣和啤酒糟主要以半纤维素降解为主。微生物对纤维素、半纤维素的降解不仅与原料本身的木质纤维结构有关,而且与微生物与原料共同所处的环境因素有关。
白娜[5]2011年在《种植业有机废弃物厌氧发酵产气特性及动态工艺学研究》文中认为目前,种植业有机废弃物厌氧发酵过程中原料转化率低、发酵周期长、预处理过程繁琐、进出料难等问题尚未完全解决。本文以种植业有机废弃物中农作物秸秆为原料,在不添加任何物质的前提下,进行纯秸秆发酵,研究不同发酵工艺参数对厌氧发酵的影响,并利用分子生物学手段,初步对发酵过程微生物群落结构进行了分析研究;在优化工艺参数下,进行了动态工艺学的初步研究;首次对茶渣、醋糟和牧草等种植业有机废弃物进行厌氧发酵可行性研究。主要结论如下:(1)对农作物秸秆中油菜秸秆、小麦秸秆和玉米秸秆进行纯秸秆发酵,发现原料仅经简单粉碎处理,即可作为良好的发酵底物。对纯秸秆发酵进行工艺参数研究可知,就原料种类而言,玉米秸秆的发酵潜力最高,其次是小麦秸秆,最后是油菜秸秆。就接种量而言,随着接种量的增加,产气量逐渐增加,但二者之间并不成线性关系。接种量从30%增加到35%,产气量增加了41%;接种量由35%增加到40%,产气量只增加了4%。故推荐静态发酵试验中应用接种量为35%。就发酵温度而言,比较不同温度下,秸秆发酵发酵情况可知,常温发酵单位TS产气率不高,约为0.2 L·g~(-1)和0.3 L·g~(-1);中高温时产气相差不大,从经济效益考虑,推荐采用35℃以上的发酵温度,30天的滞留期。(2)采用分子生物学方法对发酵过程中的菌种进行了分析研究。经初步证明不同温度条件下,厌氧发酵对菌种产生了特异性影响:45℃下发酵菌种中,高温厌氧发酵微生物占主导地位,中温微生物占从属地位。(3)茶渣、醋糟和牧草均能作为原料进行厌氧发酵产沼气,单位TS产气率分别为0.47L·g~(-1),0.41L·g~(-1)和0.30L·g~(-1)。(4)试验中发现,粉碎粒度不同,原料在厌氧发酵罐中的分布形态不同。当粉碎粒度为10mm时,原料发生分层现象;当原料的粒度达到1.7mm时,原料能与发酵液充分混合,形成较为均匀的发酵介质。粉碎粒度对出料的影响,正在动态发酵试验中验证。
梁勇[6]2016年在《生物炭介导的鸡粪不同温度厌氧发酵解抑增效特性及过程建模》文中提出鸡粪是典型高氮有机废弃物,如果不妥善处理会带来严重的环境污染问题。厌氧发酵技术是集中封闭化处理有机废弃物的方法,具有回收清洁能源和保护环境的双重效果。随着大众环境保护意识增强,以及国家推出了清洁能源激励和环境保护政策,这为厌氧发酵技术推广应用带来了重要机遇。鸡粪是典型高氮原料,且富含硫元素,将鸡粪用于厌氧发酵时容易产生氨抑制和高浓度硫化氢。生物炭因具有良好的吸附性能,所以期望它用于厌氧发酵中时能缓解上述问题。另外,温度对氨抑制有直接影响,且宽温度条件下机理建模比较困难。为此开展了生物炭介导的鸡粪不同温度厌氧发酵解抑增效特性及过程建模研究。结果表明生物炭介导厌氧发酵有利于缓解氨抑制、促进发酵产气速率、提高沼气品质,实现发酵过程解抑增效。本研究根据实验室前期正交实验优化研究结果,在15℃、25℃、35℃、45℃、55℃、65℃六个温度条件下,用10L全混合反应器进行了6个添加生物炭和在35℃条件下未添加生物炭的鸡粪厌氧发酵实验,首先进行了序批启动实验,比较了厌氧发酵系统启动效率;然后通过调整水力滞留期、有机负荷以及生物炭的添加比例,进行了半连续进料实验,研究了氨氮浓度的温度特性和微生物群落的温度特性,探索了生物炭提高启动性能、缓解氨抑制、促进产气率、去除硫化氢的特性和机理,构建了能适应宽温度范围的神经网络建模。本研究的主要内容和结果包括以下方面:(1)在六个温度条件下比较了生物炭介导的反应器在批次厌氧发酵的启动特性。用常温接种物在30天的厌氧发酵序批启动实验中,从开始产气到各反应器达到最大产气率时,35℃和45℃反应器微生物菌群的温度过度顺利,仅需7天左右且产气性能相当;25℃和65℃反应器则需要20天左右,但65℃反应器因菌群转变使得启动产气波动幅度大,但产气性能比前者强;而55℃反应器则需要30天以上,主要是因温度变化使得菌群转换慢所致;根据15℃反应器的甲烷产气量、pH值、氧化还原电位、可溶性COD等参数表明水解过程顺利,而产甲烷菌活性差和生长缓慢才是低温厌氧发酵限速的关键;Modified Gompertz模型拟合累积产甲烷量的分析结果表明序批实验前20天内可达到理论最大产气量的70%,这为后续半连续进料设计水力滞留期滞留期提供了理论依据。(2)在六个温度条件下比较了生物炭介导的反应器在半连续进料厌氧发酵的温度特性。在半连续进料试验中,生物炭介导的鸡粪厌氧发酵优化后的温度范围为42.3~44.2℃,15℃提升到25℃的温度效率值最高(1.233~1.323);统计分析结果表明温度对硫化氢浓度和总氨氮浓度(TAN)没有显着影响,但是对游离氨(FAN)影响显着。理论分析结果表明15℃、25℃、35℃、45℃、55℃、65℃六个温度条件下的FAN/TAN变化率最大时的中心pH值分别为9.56、9.25、8.96、8.67、8.41、8.16,并且与温度成反比;另外对微生物古菌高通量测序分析结果表明,在低常温(15℃、25℃)中以甲烷粒菌和甲烷丝菌占优,在中常温(35℃、45℃)中以甲烷八迭球菌占优,而高温(55℃、65℃)则以甲烷嗜热杆菌占优。(3)在中温条件下揭示了生物炭能加速启动、去除硫化氢、缓解氨抑制的机理。在35℃反应器内添加生物炭及对照反应器序批启动试验中,Modified Gompertz模型拟合结果表明:生物炭介导的反应器生产70%总甲烷产量需要18.99天,比对照组缩短了24%;迟滞时间为2.53天,比对照组降低了41%;最大容积甲烷产气速率为0.520L·d-1·L-1,比对照组提高了18%。另外完成70%总硫化氢产量需要12.62天,比对照组延长了35%;迟滞时间为3.28天,比对照组提高了52%;最大硫化氢产气速率为0.788mL·d-1,比对照组降低了96%。在半连续进料阶段,两个反应器产甲烷速率以及氨氮浓度并无显着差异。微生物群落分析结果表明生物炭能减少微生物的冗余并富集八迭球菌,使得反应器中八迭球菌比例高达74.9%,比对照组高17%,这是生物炭介导的反应器对受到氨抑制的影响要小的原因;生物炭介导的反应器的硫化氢浓度一直低于对照组,特别是在有机负荷为4g VS·L-1·d-1时,比对照组低1092ppm。qPCR分析结果表明,添加生物炭后减少了硫酸盐还原菌数量,因此从根本上大幅度降低了硫化氢浓度。(4)用神经网络进行宽温度范围甲烷产量预测能适应产量样本数据差异和波动大的特点。用Elman神经网络和BP神经网络对B15~B65反应器甲烷产量进行50次预测的相对平均误差分别为29.61%、8.05%、8.94%、9.06%、9.07%、32.73%,以及38.52%、18.60%、17.09%、14.11%、32.59%、53.73%。前者的预测效果明显优于后者,不过两种方法对B15和B65反应器、以及各温度下的甲烷产量突变点预测效果并不理想。为减小预测误差,对六个反应器样本数据经过叁次样条插值后,两个神经网络预测平均相对误差分别降低到1.24%、2.48%、1.59%、0.78%、0.85%、2.91%和30.46%、4.36%、5.22%、4.90%、11.46%、17.17%,样本插值后的预测效果获得大幅度提升。特别是Elman神经网络预测的误差全部降低到3%以内,说明该网络能适应各种样本差异,通用性强。
周岭[7]2003年在《有机废弃物厌氧发酵特性的研究》文中研究指明农业废弃物厌氧发酵工艺中，采用合适的预处理是高效生产沼气的关键。本试验利用浸泡方法对农业废弃物进行预处理。结果显示：经过预处理后的有机固体具有降解快，启动时间短，反应稳定，原料利用率高等优点。这种处理方法在沼气工业化生产中将被有效的利用。 1．建立了实验室单相批量厌氧工艺流程，提供了严格厌氧条件，中温发酵，水浴恒温35℃，同时考虑了压力变化对产气量的影响。 2．取哈尔滨幸福乡池塘污泥作接种物，进行了驯化试验。通过Monod方程分析了菌种的变化及接种物与物料之间物性匹配的关系。镜检结果显示驯化后的菌种发生明显的变化。 3．对秸秆进行浸泡预处理，采用蒸馏水浸泡3、9、15天，3％N_aOH和6％N_aOH溶液分别浸泡15天，进行干秸秆和浸泡后秸秆的切片对比试验。探讨秸秆组织相的变化，经过分析发现：浸泡时间越长，组织相的变化越大。氢氧化钠溶液处理后的效果比蒸馏水浸泡的明显，是由于可溶性有机物明显增多原因。 4．设计了生物质厌氧发酵的预试验，结果表明：利用驯化好的污泥为接种物可以提高物料的产气能力，但为了获得较高的产气效率，产气的关键是对物料进行预处理。 5．设计了秸秆与马粪联合发酵的对比试验。探讨了用水浸泡不同时间以及不同浓度NaOH溶液处理15天后，发酵过程中VFA，COD，PH和产气量等参数变化规律。结果：当TS=41.8％，水浸泡15天的秸秆COD去除率达到61.3％，产气率88.5ml／gTS，高于其它水浸泡试验组。另外，利用NaOH溶液浸泡，产气量有相应的提高，6％NaOH浸泡后相对水浸泡的产气量提高4％。 6．设计了不同浓度的NaOH溶液处理牛粪的对比试验。探讨了TS=35.5％时，在发酵过程中VFA，PH，产气量的变化规律，结果表明NaOH溶液对牛粪处理有明显的降解效果，而在相同时间里，2.5％NaOH溶液处理效果最好，COD去除率达到66.9％，产气率为126ml／gTS。 7．探讨了厌氧发酵过程中微生物的动态平衡。建立了水浸泡预处理秸秆发酵反应产气量与时间的回归方程，并对其进行了一元回归方程方差分析。结果显示：浸泡15天的秸秆发酵效果显着。
董晓莹[8]2016年在《蔬菜废弃物两相厌氧发酵工艺产沼气试验研究》文中提出我国由于人口和饮食习惯等特点,蔬菜产量居世界首位。但是蔬菜在运输,加工过程中以及民俗等原因,产生的固体废弃物数量较大。传统填埋等方式容易造成二次环境污染,而且不能产生经济效益。而依据蔬菜废弃物中含有较高的可降解有机物,故采用厌氧发酵技术进行处理不失为一种环保、廉价、并具备社会和经济效益的双赢选择。而且对农业废弃物起到了资源再利用的作用。但是厌氧发酵技术目前存在厌氧消化装置和运行工艺简单,系统运行效率低及稳定性差等问题。本文就蔬菜废弃物沼气应用中含水量高等特点,构建了一套两相厌氧发酵系统,并以北方区域主要蔬菜废弃物为发酵原料,开展了以单一底物和混合底物进料的产酸、产甲烷特性研究。采用了新兴的高通量测序方法--miseq技术,对混合蔬菜废弃物两相内相关发酵微生物的种类、功能及丰度进行了分析。最后,考察了甲烷相出水两种回流方式对两相厌氧发酵产气的影响。结合北方区域季节蔬菜供给特征,选取纤维类白菜(低固含量)和淀粉类马铃薯(高固含量)两种蔬菜废弃物分别为单一底物进料,中温条件(35℃)的情况下,对两相物料发酵机理进行了详细的考察。当白菜废弃物为单一底物发酵时,产酸相末端发酵产物主要为四种主要短链挥发酸一乙酸、丙酸、异丁酸和丁酸,总浓度随着酸化时间的延长而逐渐增加,并在第5d达到8058 mg·L-1。其中,乙酸于第4d达到峰值4289 mg·Lq,产量占总挥发性脂肪酸的53.2%。甲烷相最佳有机负荷率为2.9kgVs·m-3 · d-1,日沼气产量达到最大值169 L,此时最大沼气产率为0.57m3·(kgVS)-1,发酵过程中甲烷含量最高值为68%。当马铃薯废弃物为单一底物进行发酵时,酸化相中四种主要挥发酸为乙酸、丙酸、异丁酸和丁酸,总VFAs浓度于酸化第3d达到12625 mg·L-1,同时乙酸含量达到最大值为7364 mg·L-1,产量占总量的58.4%。马铃薯废弃物对比白菜酸化速度快速且挥发酸含量高,甲烷相有机负荷率在3.6kgVS · m-3 · d-1时,沼气产率最高达到0.62m3·(kgVS)-1,日沼气产量最大值为213 L,最高甲烷含量为72%,超过此负荷后,日沼气产量和甲烷含量逐渐下降。当白菜和马铃薯废弃物不同比例在中温(35℃)进行酸化时,随着马铃薯废弃物的提高,挥发酸产物也在增加。当白菜和马铃薯废弃物两者比例为7：3时,甲烷相达到最大负荷为3.3kgVS ·m3·d-1;当两者比例为3：7时,甲烷相达到最大负荷为3.9kgVS·m-3 · d-1。采用混合蔬菜废弃物为发酵底物时,酸化相选取干物质浓度TS为8%和TS为12%的发酵原料均获得了较好的产酸效果,总挥发酸在第3d分别达到峰值为3215mg/L和5697mg/L。酸化相中通过miseq技术进行分析,结果主要包括厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidete),四者占细菌门类的93.2%。按照属的分类主要为互营假单胞菌属(Syntrophomonas)和梭状芽孢杆菌属(Clostridium),分别占比为29.16%和23.41%,两者为厌氧发酵过程中常见的水解和产酸菌群。乳酸杆菌属(Lactobacillus),在产酸相中占比为19.23%。酸杆菌属(Acidobacterium)占到12.15%。甲烷相的启动效果达到了预期目标,快速稳定的实现了产气,最佳有机负荷为3.9～4.3 kgVS·m-3·d-1时,相应最大日沼气和甲烷产量分别为0.69m3/kgVS、0.48m3/kgVS。日容积产气率最高为2.9 m3·d-1·m-3。混合蔬菜废弃物的有机负荷率、产气率和甲烷含量对比单一蔬菜废弃物发酵时均有所提高。产甲烷相中优势甲烷菌主要为专性嗜酸厌氧菌—甲烷球菌属(Methanococcus)和非专一底物兼性厌氧菌—甲烷八迭球菌属(Methanosarcina),还有少量专性嗜氢厌氧菌—甲烷囊菌属(Methanoculleus)。非甲烷菌属中,变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)为主要的群落构成,叁门细菌占比全部细菌的72.95%。为研究回流对两相厌氧发酵的影响,采用两种回流方式即相同负荷和不同负荷下回流分别至酸化相和甲烷相进行考察。当甲烷相保持相同负荷为2.0 kgVS/m3/d时,25%的回流比至产酸相对两相厌氧消化、产气影响效果最佳,相分离的作用得到有效的发挥。此时,产酸相的水解酸化率最高,甲烷相产气率为119.6L,甲烷含量范围在65%-72%之间；相同负荷下回流至甲烷相时,回流比为55%的产气影响效果最好。此时,甲烷相平均日沼气产量达到最大值为109 L,甲烷含量在60%-65%之间。甲烷相在不同负荷下,相同回流比为55%回流到产酸相,有机负荷为3.0kgVS/m3/d时,甲烷相获得最大产气量为186.4 L,回流缓解了酸化相负荷较高时对产酸菌的抑制作用,促进了酸化底物的水解酸化；而回流比为55%回流到甲烷相时,随着有机负荷的提高,回流可以促进甲烷相的产气,但是对甲烷含量影响不大。在甲烷相负荷率为3.0kgVS/m3/d时,回流后日沼气产量达到181.6 L。
徐双锁[9]2012年在《几种固体有机废弃物资源化利用的研究》文中研究表明资源与环境是21世纪的两大主题，固体有机废弃物处理是这两大主题中的重要课题。伴随着我国工农业经济的快速发展，城市规模的不断扩大，各种固体有机废弃物的总量不断增加。如果能够将固体废弃物转化为有效的能源物资，既实现处理的目的，又缓解能源消耗紧张的压力，无论是对我国城乡生态环境保护，还是国民经济发展和能源结构调整，都具有十分重大的现实意义。能源是世界各国维持经济和社会发展的最敏感的问题之一。世界各国经济的快速发展，尤其是发展中国家主要依靠于化石燃料，例如煤、石油和天然气。清洁能源的开发能有效减少温室气体和其它污染物的释放，同时也能有助于全球生态坏境的改善。本试验选择稻草秸秆、蓝藻、水产动物废弃物、餐厨垃圾、花生壳粉五种常见的固体有机废弃物，对它们的资源化、无害化利用进行研究。分别探讨了稻草秸秆与蓝藻混合、水产动物废弃物与其它有机废弃物混合厌氧发酵产沼气潜力；以及几种沼液对尖孢镰刀菌西瓜专化型生长的影响情况和餐厨垃圾混菌预处理发酵产乙醇的能力。本论文拟构建一套清洁能源开发的战略结构，期望能为今后固体有机废弃物的资源应用研究提供一些理论和实践的指导。（1）稻草秸秆和蓝藻相混合是良好的沼气发酵原料，其产气速度、产量明显高于单一稻草秸秆为底料的处理。稻草秸秆和蓝藻按1:1混合厌氧发酵的两次产气高峰期都集中在发酵的前16天，而单一稻草秸秆处理只在发酵的第7天有一次产气高峰；前者的TS（干物质质量分数）单日最高产气量、平均日产气量、累积产气量、TS产气潜力和甲烷含量分别为20.21mL·g~(-1)、541.97mL、38480mL、456.09mL·g~(-1)和76.88%，都明显高于后者，分别为4.57mL·g~(-1)、347mL、6940mL、42.03mL·g~(-1)和42.33%；并且稻草秸秆和蓝藻混合组的料液TS降解率52.54%远高于单一稻草秸秆处理组的5.52%；稻草秸秆与蓝藻（1:1）混合厌氧发酵的沼液及其微量化学成分对尖孢镰刀菌西瓜专化型（Fusaruim oxysporumf. sp. niveum）的孢子萌发、孢子数量、菌丝生长叁个方面的影响。结果表明：40%浓度的发酵沼液即可100%抑制孢子萌发，20%浓度的沼液即可达到98.74%的抑制菌体产生孢子，100%浓度的沼液显着抑制气生菌丝的生长；进一步GC-MS分析发现沼液有机物成分中烷类较多，存在微量的四氯化碳（CCl_4）、六氯乙烷（C_2Cl_6）、1,1-二乙氧基乙烷（CH_3CH(OCH_2CH_3)_2）叁种化学物质；叁者都具有显着的抑菌效果，且随浓度的增加而增大，尤其CH_3CH(OCH_2CH_3)_2的抑菌效果最好；0.75%浓度的叁种化学物质对孢子萌发的抑制率即可达到100%；在培养基中分别加入CCl_4、C_2Cl_6、CH_3CH(OCH_2CH_3)_2的浓度为1.00%时，镰刀菌的产孢数量分别降低了5.67%、18.05%、8.72%；培养4天，叁者对尖孢镰刀菌西瓜专化型气生菌丝生长的抑制效果均达到90.40%，效果显着。（2）以水产动物废弃物为主，辅助添加稻草秸秆、花生壳粉、餐厨垃圾等常见的有机废弃物混合（质量比9:1）厌氧发酵产沼气，试验结果：①沼气发酵试验中，通过对单日最高产气量、累积产气量、TS产气潜力和平均甲烷含量四个方面进行比较，水产动物废弃物与餐厨垃圾混合厌氧发酵产沼气情况最好，分别为3870mL、38230mL、692.42mL·g~(-1)、75.10%；②沼液抑菌试验中，同一沼液，未灭菌处理的抑菌效果优于灭菌处理，且在未灭菌处理的沼液中，水产动物废弃物和餐厨垃圾混合发酵的沼液抑菌效果最佳，对菌丝生长的抑制率达78.17%。（3）以校园餐厨垃圾为原料，利用根霉和枯草芽孢杆菌进行糖化预处理，再接种啤酒酵母发酵产乙醇。通过单因素试验，以乙醇产量为响应值，对发酵条件进行优化。试验结果表明：乙醇产量最佳的发酵条件为：当底料含水率为22.79%，啤酒酵母接种量为15%，30℃培养条件下，经过5天发酵，乙醇产量最高可达到6.67%。
王远远[10]2008年在《蔬菜废弃物沼气发酵工艺条件及沼气发酵残余物综合利用技术的研究》文中研究表明蔬菜废弃物产生量大,有机物和水分含量高,如果不经过合理处置会造成资源浪费和环境污染。目前,国内外研究与开发应用的蔬菜废弃物集中处理技术主要包括填埋、焚烧、堆肥、饲料化和厌氧消化技术。与其它技术相比,厌氧消化技术在有效实现蔬菜废弃物的无害化、减量化、资源化上占据优势,但利用厌氧消化技术处理蔬菜废弃物仍是一项新技术,对于其厌氧消化工艺条件的研究对蔬菜废弃物的资源化处理具有深远意义;同时厌氧消化的意义不仅仅在于其能量的回收,其残余物的综合利用也具有极为重要的意义。本课题结合上海市科委重大科技攻关项目(05dzl2010)“崇明岛生物质能循环型应用技术的研究与示范——沼气工程子课题”,通过蔬菜废弃物沼气发酵工艺参数的研究,探索蔬菜废弃物进行资源化利用的新途径,通过对沼气发酵残余物综合利用技术的研究,为有机生物肥的开发利用提供参考,实现生物质能的多层次循环利用。1.以废弃的甘蓝菜叶为发酵原料,在实验室自行设计的小型沼气发酵装置上进行了厌氧发酵试验,通过具有代表性的接种物浓度(20%,30%,50% )、添加微量金属元素(Fe2+、Co2+、Ni2+)、反应的温度(常温,35±1℃,55±1℃)叁个影响因素的试验研究结果表明,接种物浓度为30%的实验组在整个发酵期间挥发酸含量、氨态氮含量以及pH值都在正常范围内,且优于其他两组;总产气量和最高甲烷含量分别为7790.81ml和42.814%,明显高于其他两组及空白组实验。因此,接种量为30%的实验组更符合蔬菜废物厌氧发酵特性,保证系统的顺利运行。在消化基质、消化时间及其他条件相同的情况下,添加微量金属元素Fe、Co、Ni使产气量增加了37.11%,甲烷百分含量提高了40.34%,同时比不添加微量金属元素的实验组提前4d结束反应。因此,添加适量的金属离子(Fe2+、Co2+、Ni2+)可加快厌氧反应速率,对厌氧系统菌种的生长、繁殖有较大的促进作用。中温条件(35±1℃)实验组的挥发酸含量、氨态氮含量以及pH值都在正常范围内,且优于其他两组;总产气量为5892ml比高温条件(55±1℃)实验组的总产气量4136ml高出42.5%;最高甲烷含量为77.8%比高温条件(55±1℃)实验组的甲烷含量72.3%和常温实验组的甲烷含量65.3%分别高出7.6%和19.1%。因此,中温条件(35±1℃)适合于蔬菜废弃物厌氧发酵产气。2.采用田间试验方法研究了施用沼气发酵残余物不同处理对小白菜产量、品质和土壤养分含量的影响。试验结果表明:小白菜产量以施沼气发酵残余物低量处理的最高,单产为1364.31 kg/(667m2),与对照相比增幅为23%;从品质指标来看,小白菜的维生素C含量以施沼气发酵残余物高量处理最佳,维生素C含量达35.621 mg/(100g),比对照增加了44.948%,极显着于其他处理;小白菜的可溶性糖含量以沼气发酵残余物低量处理最好,可溶性糖含量为219.307 mg/kg,比对照增加24.032%;小白菜的硝酸盐含量以施沼气发酵残余物中量处理最低,为4.63 mg/kg,与对照的降幅为52.23%。施用沼气发酵残余物后,土壤中的速效钾、速效磷和碱解氮含量均比对照增加,且以沼气发酵残余物高量处理最好;沼气发酵残余物各处理的土壤pH值都比对照处理的低,说明其可降低土壤的碱性,使土壤pH值接近中性有积极作用,其中沼气发酵残余物高量处理的土壤pH值最低。因此,施用沼气发酵残余物可提高蔬菜的产量和品质,改善土壤的理化性质。3.通过沼液与水不同比例配比追肥的试验,研究了沼液不同施用浓度对小白菜生物学性状、产量和品质的影响。试验结果表明:沼液作为一种有机肥,其丰富的养分含量有助于改善小白菜的生物学性状,在苗期后第35d,施用沼液低量处理的小白菜的叶片宽、叶片长和叶柄长比其他各处理高,分别为50.37mm,58.17mm,26.34mm;沼液中量处理的小白菜的叶片数为9.6片,高于其他各处理。施用沼液显着提高了小白菜的产量,其中沼液高量处理产量最高,达730.921 kg/(667 m2),增产97.74%。施用沼液明显提高了小白菜的维生素C含量和可溶性糖含量,其中以沼液中量处理最好,维生素C含量达20.48 mg(/100g),比对照增高30.20%;可溶性糖含量为22.94 mg/kg,增幅为65.512%。施用沼液还降低了小白菜的硝酸盐含量,以沼液高量处理的降低幅度最大,硝酸盐含量为44.627 mg/kg,降幅为13.85%。该研究为沼液作为肥料生产无公害蔬菜提供了参考。4.通过室内药效测定和盆栽药效试验,利用菜青虫(Pieris rapae L.)作为试验对象,对沼液防治菜青虫的效果进行了研究。试验结果表明,综合考虑杀虫效果和安全性,试验所用的5种药剂中,添加煤油和洗衣粉的沼液混合物(Ⅳ)是防治菜青虫最好的杀虫剂,在室内药效测定中药后24,72h菜青虫的死亡率分别为70.00%和93.33%;在盆栽药效试验中药后1,3,5,7d的防效分别为77.55%,88.35%,93.64%和96.52%。
参考文献：
[1]. 纤维质农业废弃物微好氧酸化机理及高含固率两相厌氧发酵工艺研究[D]. 于佳动. 中国农业大学. 2017
[2]. 餐厨废弃物厌氧发酵特性研究[D]. 刘丹. 东北农业大学. 2014
[3]. 早熟禾厌氧发酵特性和产气潜力的研究[D]. 王晓曼. 西北农林科技大学. 2010
[4]. 农产品加工废弃物厌氧发酵特性的研究[D]. 麻明可. 东北农业大学. 2015
[5]. 种植业有机废弃物厌氧发酵产气特性及动态工艺学研究[D]. 白娜. 中国农业科学院. 2011
[6]. 生物炭介导的鸡粪不同温度厌氧发酵解抑增效特性及过程建模[D]. 梁勇. 西北农林科技大学. 2016
[7]. 有机废弃物厌氧发酵特性的研究[D]. 周岭. 东北农业大学. 2003
[8]. 蔬菜废弃物两相厌氧发酵工艺产沼气试验研究[D]. 董晓莹. 沈阳农业大学. 2016
[9]. 几种固体有机废弃物资源化利用的研究[D]. 徐双锁. 安徽师范大学. 2012
[10]. 蔬菜废弃物沼气发酵工艺条件及沼气发酵残余物综合利用技术的研究[D]. 王远远. 上海交通大学. 2008
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