科研产出
牛粪厌氧发酵产气动力学与加热策略研究
《干旱地区农业研究 》 2020 北大核心 CSCD
摘要：以牛粪为研究对象,开展不同温度(15℃~35℃)及有机负荷(0.5~6.0 g·L-1·d-1)条件下沼气产气率研究,构建半连续式沼气发酵产气动力学模型.结果显示,模型对牛粪的容积产气率有较好的拟合度,在15℃、20℃、25℃、30℃和35℃下的最大容积产气率(Rpmax)分别为20.18、54.45、73.86、143.90、146.35 mL·L-1·d-1.通过Rpmax-θ公式计算得到的不同温度区间内温度活性系数θ值分别为1.22(15℃~20℃)、1.06(20℃~25℃)、1.14(25℃~30℃)、1.00(30℃~35℃),相比其它温度区域,15℃~20℃范围内牛粪产气速率对温度的敏感性最大.能量投入与产出估算结果表明,低浓度条件下的牛粪沼气工程(总固体浓度TS约1%)在我国南方冬季不适合额外增温,其热损失以及原料加热至理想温度所需求的热量远大于产能.
关键词： 牛粪 厌氧发酵 沼气工程 产气率 动力学模型 加热策略
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餐厨垃圾与玉米秸秆混合中温发酵产气效果模拟
《生态与农村环境学报 》 2015 北大核心 CSCD CSSCI
摘要：在恒温35℃和料液中ω(总固体)为5%的条件下,以农村餐厨垃圾及碱液预处理后的玉米秸秆为原料,以实验室内培养的不产气厌氧活性污泥为接种物,研究餐厨垃圾与玉米秸秆不同配比(干物质质量比分别为1∶3、1∶2、1∶1、2∶1、3∶1和1∶0)混合发酵对产气效果的影响。结果表明,餐厨垃圾与玉米秸秆以1∶2配比的处理CH4累积产量最大,平均为12 741 m L,挥发性固体(VS)CH4产率为299.9 m L·g-1。对发酵过程中p H值的测定结果表明,餐厨垃圾与玉米秸秆混合厌氧消化可以提高厌氧消化系统的缓冲性和稳定性。修正的冈珀茨模型(Gompertz)能较好地拟合餐厨垃圾-玉米秸秆混合发酵产CH4过程,并且伴随秸秆比率的提高,发酵延滞期和周期逐渐缩短。因此,在餐厨垃圾中加入秸秆可有效提高餐厨垃圾厌氧消化的产气率和生物降解效率。
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不同预处理方式下水稻秸秆厌氧消化性能比较
《农业工程学报 》 2015 EI 北大核心 CSCD
摘要：以水稻秸秆为原料,在恒温35℃和料液总固体质量分数为5%的条件下,以实验室内培养的不产气厌氧活性污泥为接种物,研究了稀碱水解、尿素氨化、生物酶解以及沼液预处理4种不同方式对秸秆厌氧发酵物能转化率、发酵周期、失重率以及木质纤维含量等方面的影响。结果表明,1.5%NaOH及6d生物预处理可明显改善水稻秸秆干物质(totalsolid,TS)产气率,较空白分别提高44.0%和44.6%。0.4%低质量分数尿素预处理无法有效改善水稻秸秆的甲烷转化率,但通过调节C/N比可明显缩短发酵周期。与其他3种预处理相比,沼液预处理在提高秸秆物能转化率、缩短产气周期方面均有优势,其TS产气率达到333.9mL/g,TS产甲烷率达到180.7mL/g,分别较空白提高27.9%和21.2%。通过对厌氧发酵前后稻秆木质纤维含量比较分析,产气率与失重率有一定的关联,1.5%NaOH处理样品发酵后纤维素、半纤维素损失最大,但沼液中高浓度的COD增加了后续处理的难度。因此秸秆沼气工程预处理方式的选择不仅需要考虑产气率的提升,也要顾及沼液后续处理等问题。沼液预处理可能成为今后水稻秸秆沼气工程较理想的方式。
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不同预处理方式对玉米秸秆结构及产气特性的模拟研究
《生态与农村环境学报 》 2014 北大核心 CSCD
摘要：以玉米秸秆为原料,在25℃条件下,分别采用沼液及不同含量的NaOH溶液对秸秆进行预处理,研究NaOH投加量与秸秆纤维结构、预处理料液理化性质以及产能特性之间的关系。结果表明,采用4 mg·g-1NaOH溶液预处理7 d后,料液中COD浓度已基本稳定,溶液pH值在7~8之间,可直接装罐发酵。利用扫描电镜观测预处理后秸秆结构变化状况,发现经4 mg·g-1NaOH溶液预处理后的秸秆表层结构粗糙、多孔,有助于厌氧微生物与可发酵底物的接触,产气量是未经预处理玉米秸秆的5.5倍,其干物质产气率为225.8 mL·g-1。综合考虑产气效率、生产成本及工程操作,采用4 mg·g-1NaOH溶液预处理秸秆更利于工程推广应用。
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不同预处理方式对玉米秸秆产气效果的影响
《西南农业学报 》 2014 北大核心 CSCD
摘要：以玉米秸秆为原料,分别采用沼液及不同质量分数的NaOH溶液对秸秆进行预处理,并对预处理后秸秆沼气发酵效果进行研究。结果表明,将秸秆用0.4%NaOH溶液预处理7 d后,料液中pH及CODcr已基本稳定,可直接装罐发酵。扫描电镜的观测结果也证明了该浓度NaOH完全满足预处理要求。发酵结果显示,厌氧发酵液pH呈先下降后上升的趋势,而CODcr则相反。秸秆厌氧发酵日产气量总体呈现"双峰"现象,且产气第一峰值要高于第二峰,但第二峰的CH4浓度略高于第一峰,其值在60%以上。经0.4%NaOH溶液处理秸秆的干物质产气量为225.8 mL/g,与其它研究者结果相近,但本研究NaOH用量低,易于工程运用和降低成本。
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猪粪与玉米秸秆混合中温发酵产气效果
《环境工程学报 》 2014 北大核心 CSCD
摘要：以猪粪及碱液预处理后的玉米秸秆为原料,在恒温35℃和料液总固体质量分数为5%的条件下,以实验室内培养的不产气厌氧活性污泥为接种物,研究猪粪与玉米秸秆不同配比(干物质比分别为1∶3、1∶2、1∶1、2∶1、3∶1和0∶1(单一猪粪))混合发酵对产气效果的影响。研究结果表明,在35℃条件下,猪粪与玉米秸秆以2∶1配比的累积产气量最大,为15 157 mL;其次是1∶1样品,累积产气量为15 088 mL。但甲烷产量最高为1∶1样品,56 d共产甲烷9 137 mL,甲烷气占总产气量的60.6%。通过对发酵过程中pH及COD的测定,证明经碱液预处理后的玉米秸秆能与猪粪混合稳定发酵,发酵前后厌氧消化液中COD的降解率可达50%以上。进一步研究分析得出,将玉米秸秆和猪粪按一定比例混合发酵不仅可以缩短发酵周期、提高产气速率,而且可以大幅提升原料的产气潜力。
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