玉米秸秆与巢湖蓝藻混合厌氧发酵的产沼气性能
稻秸与蓝藻混合厌氧发酵产沼气试验研究
蓝藻 中有机 物质 含 量 很 丰 富 , 中含 有 质 量 分 数 5 % 的粗 蛋 白 、% 一1 %的 藻 蓝 蛋 白、0 的藻 多 其 0 5 5 4% 糖 _ l富含充 足 的氮 和碳 源 , 开发 蓝藻作 为厌 氧发 酵原 料 获得 生 物 质能 源是 解 决蓝 藻 污染 的一 个 有 效手 1, 2 故 段. 目前利用 稻秸 和 蓝 藻 进 行 预 处 理 , 将 二 者 分 别 与其 它 材料 混 合 进行 厌 氧 发 酵 生 产 沼 气 已有 一 些 报 或 道[ , 是产 气效果 都 不是 十分理想 []例 如 , 志军等 人[] 出在平 均温度 为 2 .1 但 1, 5 翟 5得 752的发酵 环境 中发 酵 5d 蓝藻 T 0, S产 气潜 力为 3 82 g 。沼气 中 甲烷 的平均 含量 为 6 .6 董 诗旭 等人 _J 究 表 明 , 6 .5mL・_ , 3 4 %, 1研
蓝藻是从巢 湖打捞 的藻 液 , 置分层 , 经静 除去 4 %( V 清水后 , 藻层作 为试验原料 ,S和 V 0 V/ ) 取 " I S见表 1 .
第3 4卷 3期
2 1 5 01 年 月
Ju ao n u N r l iesy( trl c n e or l f h i oma Unvri Naua Si c) n A t e
安徽 师 范大学 学 报 ( 自然科学版)
Vo . 4 No 3 13 . Ma y.20 1 1
1 d而 实验 A纽 单一稻 秸 处理 只有发酵 第 7 6, d的 一 次产 气 高峰 ; 者 的 TS单 日最 高 产 气量 、 均 前 平
日产 气量 、 累积 产 气量 、 S产 气 潜 力 和 甲烷 含 量 分 别 为 2 . 1 ・ _ 、 4 . 7 、 8 8 ml4 6 T 0 2 mlg 。5 1 9 m13 4 0 、 5 . 0 ml 和 7 .8 , 明显 高于后者 的 4 5 ml _ 、4 ml6 4 ml 2 0 mlg 和 4 .3 9 ・ g 68% 都 .7 ・ 。3 7 、 9 0 、 . 3 ・ g 4 2 3 %的各
常温干式厌氧发酵水稻秸秆产沼气试验研究
常温干式厌氧发酵水稻秸秆产沼气试验研究刘伟伟1,马欢2,王继先1,朱德泉1,夏萍1 (1安徽农业大学工学院,合肥,230036;2中国科学院合肥等离子体物理研究所,合肥,230031)摘要:试验将水稻秸秆经白腐菌的预处理后,在常温下进行厌氧干式发酵。
对其发酵过程中的生物气产量、pH值、乙酸及甲烷含量等多种关键性指标进行了动态跟踪监测。
结果表明,水稻秸秆经过C/N调节和白腐菌预处理后,前45d的累积产气量约占总产气量的80.4%;发酵原料TS产气率为0.457m3/kg。
与常规湿式厌氧发酵相比,常温干式厌氧发酵不仅提高了池容效率,而且单位原料产气率也提高了26.9%,产气速率的增加大大缩短了发酵周期,发酵液pH值稳定在6.8~7.5。
研究表明厌氧干发酵产沼气是一种技术上可行的农业废弃物资源化利用方式,为水稻秸秆这种难以降解的大规模纤维素类资源利用提供了重要的设计依据和利用途径。
关键词:水稻秸秆;常温;干式厌氧发酵;沼气中图分类号:S216.40、引言我国是传统的农业大国,农作物秸秆资源拥有量居世界首位,年产生水稻秸秆达6.4亿t。
长期以来,大量秸秆露天焚烧不仅造成极大的资源浪费,而且带来严重的环境污染。
直接燃烧作为农村能源,热效率仅为10%~30%[1]。
研究表明,如果1kg秸秆转化为沼气燃烧可使秸秆的有效热值提高到64%。
因此,将秸秆作为一种生物质资源,研究其适用的利用途径,对实现其资源化,解决我国农村清洁用能问题,提高农民生活水平,改善农村生态环境,实现农业可持续发展,缓解传统化石能源压力等,均具有重要意义[2-4]。
厌氧消化是利用厌氧微生物在无氧存在环境下的自身代谢功能,实现有机物分解消化,以达到废弃物降害或无害化处理和能量回收的目的的技术,广泛应用于能源、环保等众多领域[5-7]。
自1980年康奈尔(Cornell)大学首先进行干式发酵研究以来,世界各国开始研究低水分的城市垃圾、农林业残余物及相似的有机沉积物的厌氧发酵[8、9]。
如何利用秸秆发酵制取沼气
如何利用秸秆发酵制取沼气聊城市农业委员会梁明磊高爽徐倩随着畜牧业的集约化发展,家庭养殖越来越少,很多建设户用沼气的农户面临着原料不足的问题。
如何处理好原料短缺的问题成为发挥沼气池效益的一个关键。
对于这个问题,聊城市农委依托本地秸秆资源优势,利用秸秆等作原料,经过大量的实践,最终取得了良好的效果,现在将利用秸秆发酵产生沼气的方法给大家介绍一下:一、适用范围秸秆沼气发酵制取沼气适合以小麦、玉米秸秆为主要发酵原料制取沼气的原料配比、预处理、投料启动、日常管理及安全使用的技术要求。
用于农村户用水压式沼气池。
所用沼气池必须符合GB/T4750-2002《农村家用水压式沼气池标准图集》的质量要求。
投料前必须按GB/4751-2002《户用沼气池质量检查验收规范》进行严格试压。
二、参照标准 GB/4751-2002《农村家用沼气池发酵工艺规程》三、沼气发酵原料秸秆沼气的发酵原料目前主要是以农业生产过程中产生的小麦、玉米秸秆为主。
四、秸秆沼气发酵原料配比1、秸秆发酵原料浓度一般为6%-8%,冬季宜浓度高,夏季反之。
2、碳氮比秸秆沼气发酵原料的碳氮比要求在25:1左右,由于秸秆的含碳量比较高,所以必须添加含氮化肥进行调节。
3、一立方米沼气池发酵原料的配比与用量五、发酵原料的预处理及投料步骤1、原料粉碎将秸秆原料用粉碎机粉碎成草粉状。
把原料用水浸透。
加水时要边加水边拌原料,反复搅拌3遍,使水浸透秸秆,用手握成团,指缝滴水而不流为宜。
掺入化肥或粪便按照发酵原料配比要求,把50%的化肥掺入浸透的秸秆粉中,如秸秆与粪便混合,应把规定用量的粪便同时加入秸秆中,反复掺匀。
堆沤把搅拌的原料装入沼气发酵原料池中(也可在池中搅拌),加盖塑料薄膜进行堆沤。
堆沤时间环境温度在15℃左右时,纯秸秆原料堆沤9~10天,秸秆粪便混合原料堆沤7~8天;环境温度在20~25℃时,纯秸秆原料堆沤7~8天,秸秆粪便混合原料堆沤5~6天;环境温度在25℃以上时,纯秸秆原料堆沤6~7天,秸秆粪便混合原料堆沤4~5天。
稻草秸秆厌氧发酵产沼气研究
稻草秸秆厌氧发酵产沼气研究稻草和秸秆是农作物产生的剩余物质,其潜在的能源价值一直备受关注。
其中,厌氧发酵是一种能够将这些生物质转化为沼气的有效方式。
本文将就稻草和秸秆的厌氧发酵产沼气研究展开讨论。
首先,稻草和秸秆的厌氧发酵是指在缺氧的环境下,利用厌氧细菌将有机物质转化为沼气的过程。
这些有机物质在发酵过程中被分解成沼气的主要成分,包括甲烷和二氧化碳。
沼气不仅具有高热值,可以被用作燃料,还可以用作发电或供暖。
然而,稻草和秸秆作为厌氧发酵的底物也存在一些挑战。
首先,其纤维素和半纤维素的含量较高,这使得生物降解变得困难。
这需要通过物理或生物方法来打破纤维素和半纤维素的结构,以提高底物的降解效率。
其次,底物中氮和硫的含量也较高,这会导致底物中产生硫化氢等有毒气体。
因此,必须控制好底物的氮硫平衡,以保证发酵反应的顺利进行。
在稻草和秸秆的厌氧发酵过程中,如何提高产沼气效率也是一个重要问题。
一种常用的方法是通过混合底物来提高发酵效果。
例如,将稻草和秸秆与家畜粪便等高产沼气底物进行混合,可以提供更丰富的养分和菌群,从而促进发酵反应。
此外,添加一些辅助材料,如酶或微生物,也可以加速底物的降解,提高产沼气效率。
最后,稻草和秸秆的厌氧发酵产沼气研究在实际应用上也具有重要意义。
中国是一个农业大国,农作物剩余物质的处理一直是一个难题。
利用稻草和秸秆产沼气既能解决废弃物的处理问题,又能提供可再生能源,实现农业废弃物的资源化利用。
因此,稻草和秸秆的厌氧发酵研究不仅有理论意义,也有实际应用价值。
综上所述,稻草和秸秆的厌氧发酵产沼气研究是一个具有潜力和挑战的领域。
通过加强对底物特性和发酵机理的研究,探索合适的发酵条件和方法,可以实现农作物剩余物质的高效转化和能源利用。
这将有助于解决农业废弃物处理问题,推动可持续能源发展。
不同作物秸秆厌氧发酵产沼气试验研究
不同作物秸秆厌氧发酵产沼气试验研究本文通过对我国不同作物秸秆厌氧发酵进行试验分析,并且得出一些结论,期望能对沼气试验的效果有一定的促进作用。
标签:作物秸秆;厌氧发酵;沼氣;试验引言:遗留田间的农业废弃物秸秆必须进行处理和利用,才不至于影响下一季春播,由于秸秆的产量很大,大量的秸秆若不能及时处理,只好在播种前采取就地焚烧的应急措施集中处置,会产生大量浓烟,使尘埃量积聚,雾霾天越来越多,严重污染周边卫生和破坏生存环境,影响人们的身心健康。
目前,处理秸秆的方法有许多种,加工成碳棒作燃料、生产秸秆乙醇、发电以及发酵气化作为生物质能源等。
本文主要研究将秸秆生物气化为沼气的规模化生产试验研究,以解决农村清洁能源短缺的难题。
一、厌氧消化技术概述厌氧发酵是对作物秸秆采取有效利用、实现废弃物秸秆无害化的有效方法。
消化的过程可以采取人员进行控制,加速微生物对有机物的降解,使得有机物无害化。
还可以通过将有机物降解脱除产生沼气,实现资源的可利用化。
废弃物秸秆厌氧发酵技术就是在没有溶解氧和硝酸盐氮的环境之下,在通过微生物将有机物进行降解生成沼气的主要成分,并且结合成新物质的化学过程。
二、材料与方法(一)实验材料接种物采用厌氧活性污泥,取自附近的污水处理厂,经离心处理得到浓缩污泥,TS为12.98%、VS为35.78%(基于TS)。
实验底物为风干玉米秸秆,TS为81.70%、VS为88.40%(基于TS),经切碎备用。
(二)实验方法1.湿式发酵。
湿式完全混合厌氧消化工艺是最早利用的。
这种工艺的固体浓度要保证在一定的浓度之下,其液化、酸化和产气不同阶段都是在一个反应器内进行的,其施工工艺简单、易于操作、管理方便的有点。
湿式发酵按照接种物与底物比例(VS 比例)为1:2混合加入250ml厌氧发酵瓶中,采用厌氧发酵的基础培养。
配制底物秸秆的TS浓度为4%,工作体积为100ml,利用碱液调节发酵混合物的pH 值至7.5。
采用CO2(20%)和N2(80%)混合气曝气5min,然后用橡胶塞和铝制封口压盖密封,将厌氧发酵瓶放于水浴振荡培养箱中培养,设置温度37℃、转速150r·min。
浅谈生态农业中的“三沼”利用
燎状况 , 减轻农民的劳动强度 , 全 面提高农 民生活质量
业废弃物。这样不仅使农业废弃物资源得到了充分利用 . 利于生态农 度 。 业建设 , 还避免了对 环境的污染 ; 同时 , 也是农民增收的一个新途径 。 3 . 2 - 2沼液叶面喷洒
根据不 同作物 种类 和生长期 . 可采用 纯沼液 、 稀释沼液 或与药物 混合 的沼液进行喷洒 叶面喷洒沼液可调节作物生长代谢 , 为作物提 2 . 1 开辟 优质能源 资源 . 保护林木资源 还可杀灭蚜虫 等病虫 害。注意事项 : 不要在 中午高温时进行 , 我国 7 0 %的地区农 民缺柴 . 每年靠直接燃烧农作物秸秆或砍伐林 供 营养 , 下雨前 不要喷洒 , 以保证效 果 ; 最好喷洒 于叶片背面 , 木获取生活燃料 , 不仅卫生条件差 . 而且造成大量有机 质浪费和森林 以免灼伤 叶片: 植被破坏 。在矿物化石能源资源 日 趋短缺的今天 . 发展农村沼气综合 利 于作物快速吸收
酵产物” , 俗称“ 三 沼” 。根据它们各 自的成分特性 , 广泛推广并综合利用好 “ 三沼” , 既有降本增效的功能, 又能改善环境 , 保护生态 , 称之 为沼气
发 酵 产物 的 综合 利 用 生 态 工程 . 即“ 三沼” 综 合 利 用 生 态 工程 。
【 关键词 】 三 沼; 生态农业; 综合利用; 生 态模式
1 . “ 三沼 ” 综 合 利 用历 史 背 景 与 现 实 意 义
霉、 病、 菌, 达到延长储藏 时间并 保持 良好 品质 的 目的 。具体做 纪, 人类开始向现代农 业过 渡与发展 , 现代农业高投入 、 高产 出的生产 治虫 、 . O 1 一 方式使土地生产力得到飞速增 长 . 对解决人类食物供应作 出了巨大贡 法 :一般情 况下 ,沼气通 入量为每立 方米储 藏空 间每 天输入 0 . 0 3 m 3 沼气。储藏前期沼气输入量可少一些 。 献。 但在发展过程中 . 也逐渐暴露 出一 系列生态环境问题和经济问题 , O 注意事项 : 要经常检查整个系统是否漏气 , 沼气管 、 扩散管若有 积 直接或潜在地威胁人类生存环境和农业 生产 的长久发展 . 迫使人 们思 水. 应及 时排 出。 为 防止发生火灾和爆炸事故发生 , 在储库周围禁 止吸 考现代农业 的可持续发展问题 沼气池 的产气量要与通气量 配套 , 在预计通气前 , 可向沼气 池 2 O 世 纪中叶以来 .如何 在吸收传统农 业精华和现代农业先进技 烟用火。 多添加些发酵原料 . 以保证储藏期间有足够沼气 术的基础 上, 纳入无公害农业生产 , 从 生态学 “ 整体 、 协调 、 循环、 再生” 的原则考虑沼气技术 的应用 .开展农业生 物综合利用 的生态农 业模
巢湖蓝藻产沼气的试验研究
翟志军 一 马 欢 , 军 , , 李 蔡冬清 , 相勤 , 跃进 , 王 吴 姚建铭 , , 增亮 余
(. 1中国科学院离子柬生物工程学重点实验室 , 安徽合肥 203 ;. 30 1 中国科学院安徽循环经济技术工程院, 2 安徽合肥 208 ) 30 8
摘要 [ 目的] 探讨 对巢湖蓝藻厌氧 发酵资源化利用的潜 力 :[ 方法 ] 以巢湖新 鲜蓝藻 为原料 , 进行厌 氧发 酵产 沼气试验 , 分析产 沼 气的 最佳 条件 一[ 结果] 结果表 明, 接种物 与蓝藻体积 比为 12 , 气最佳 j在 平均温度为 2 . :时 产 75℃的发酵环境 中发 酵5 , 0 蓝藻 产 气潜力 d 为 382 f gV 产 气潜 力为 33 3 lg 沼气中甲烷 的平均含量 为 6 . % , 6 . n/ , S 5l 8 . m/ , 3 34 6 蓝藻 利用率为 5 .1 V 利用率为 5 . %。 [ 4 ( %, S ) 83 5 结论 ]
巢湖新 鲜蓝藻可以作为发 酵原料 生产沼 气。 关键词 巢湖 ; 蓝藻 ; 厌氧发 酵; 沼气
中图分 类号 ¥1. 262
文献标识码 A
文章编号 01— 61 081 — 58 — 2 57 61( 0 ) 0 4 0 2 2 0
蓝藻与污泥混合厌氧发酵产沼气的初步研究
2007年太湖蓝藻大规模暴发给无锡市以及太 湖流域造成了一定程度的生态危机 ;而在另一方面 , 由于藻类中含有较丰富的营养成分及能量 ,因此对 其进行资源化利用 ,使之变害为利 、变废为宝 ,将对 解决当前面临的环境 、能源等问题从而达到综合治 理目的具有十分重要的现实意义 。
该是实验所采用的原料为存放期达 9 个月的蓝藻 , 营养成分已部分或全部溶出 ,接种污泥营养供给充 足 ,发酵反应启动快 。单独 3 种污泥分别厌氧发酵 的产气量则很少 ,不到混合发酵组的 1 /5,并且气体 中的主要成分为 N2 和少量 CO2 ,这说明接种物中可 生物利用的物质很少 [ 7 ] 。而单独蓝藻厌氧发酵缺 乏一定的接种物 ,其产气效果也不佳 。蓝藻与厌氧 颗粒污泥在物料比为 6∶1时厌氧发酵的累计产气量 及甲烷含量远远高于其他实验组及对照组 ,最大产 气速 率 为 138 mL / d, 单 位 质 量 蓝 藻 的 产 气 量 达 73 mL / g VS,累计产甲烷量为 50 mL CH4 / g干物质 , 分别是蓝藻与消化污泥 、剩余污泥的 115 倍和 213 倍 。因此 ,以厌氧颗粒污泥作为蓝藻发酵的接种物 可以获得较高的产气效果 。 2. 2 蓝藻与污泥混合厌氧发酵产沼气过程中有机 质的变化
目前国内外对于蓝藻资源化利用的研究主要有 将其加工为高效氨 基酸 肥料 [ 1 ] 、焚烧 和提 取蛋 白 质 [ 2 ]等 ,但在其产业化开发过程中 ,蓝藻脱水脱毒 已逐渐成为蓝藻资源化利用的瓶颈 。而将蓝藻作为 生物质原料进行厌氧发酵产沼气既可以大规模产业
化处理 ,又无需对其进行脱水 (含固率 3% ~8%即 可 ) ,且发酵过程中藻毒素也得到一定程度的降解 , 从而实现太湖流域蓝藻的减量化 、无害化和资源化 。
厌氧发酵原理及其工艺
1.4 实验研究目的,技术路线我国目前的农作物发酵制沼气技术与发达国家相比,起步较晚,大型项目的运行经验相对较少。
由于我国幅员辽阔,不同地域的农作物资源种类不同,其物理和化学性质也有较大的差别,加之我国不同地区年平均气温差别较大,使我国农作物厌氧发酵制备沼气的大型项目难有统一的设计参数标准。
对于不同的大型沼气项目,必须结合项目实际的农作物种类和物性、气候条件、供热条件、沼液和沼渔的消纳和后续处理工艺、农作物的价格和最大运输半径、原料的储存和供料方式、发电机组的选型等因素进行综合考虑,才能使项目实施后获得最佳的经济和社会效益。
根据我国农作物制备沼气技术的应用现状,结合本文研究的农作物制备沼气项目实际案例,本文的研究目的为:;研究发酵原料的物理化学性质和产气率,提出合理估算农作物(主要是黄瓜藤)和粒径的方法,为项目实例提供工艺选择、系统设计和经济性计算提供可靠依据。
为了实现上述目的,本文研究内容主要集中如下几个方面:(1)研究农作物破碎预处理的特点,为合理计算破碎预处理能耗提供计算方法。
(2)研究了黄瓜藤的鲜活度对发酵产气量和产气速率等因素的影响。
(3)不同投配率对发酵产气量和产气速率等因素的影响;为了厌氧发酵反应的持续反应,同时还研究不同投配率对于pH值的影响。
1.5 论文章节安排本论文共包括六章内容。
第一章介绍课题的研究背景,国内能源消费和可再生能源利用现状,以及课题的主要研究内容和意义。
第二章厌氧发酵反应制备沼气的基本原理和影响参数。
第三章阐述农作物的破碎原理,从中说明粒度与能耗间的关系,并且从能耗的角度分析不同粒度的颗粒的耗能情况。
第四章针对需要采用实验方法对各个因素进行研究,确定实验的数据测量的方法以及实验进行过程中需要的注意事项,防止实验失败。
第五章实验采用定制CSTR厌氧反应器对黄瓜藤在中温条件下进行厌氧消化反应实验,研究系统的稳定性能和产气性能。
第六章作出对课题的总结和展望,总结本课题的研究成果,并提出不足之处和以后还需进一步研究的方向。
蓝藻厌氧发酵产沼气机械搅拌工艺优化及中试验证_余亚琴
第30卷第22期农业工程学报V ol.30 No.222014年11月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Nov. 2014 253 蓝藻厌氧发酵产沼气机械搅拌工艺优化及中试验证余亚琴1,2,吴义锋2(1.盐城工学院土木工程学院,盐城 224003; 2. 东南大学能源与环境学院,南京 210096)摘 要:在蓝藻厌氧发酵过程中,由于蓝藻密度较小,容易在反应器中上浮而结壳,从而降低反应器产气效率。
该文以蓝藻为原料,研究机械搅拌对其厌氧发酵产沼气的影响。
分别选取不同的搅拌周期、搅拌持续时间及搅拌强度3个因素,在试验的基础上采用响应曲面法确定蓝藻厌氧发酵产气的最佳搅拌因素,为蓝藻厌氧发酵产沼气技术应用提供技术参数。
以模拟得到的二次多项式回归方程,从而预测得到蓝藻最佳搅拌条件为:搅拌周期6 h、搅拌持续时间20 min/次、搅拌强度56 r/min。
中试中,在最佳搅拌条件下,蓝藻的比产气速率、比产甲烷速率最大,分别为0.39、0.236 L/(L·g)。
研究发现:搅拌强度对蓝藻厌氧发酵产沼气影响最大,搅拌周期其次,搅拌持续时间最小;搅拌强度过大、搅拌频繁将会破坏适于特定厌氧微生物生长的微环境,使系统中不同种属厌氧微生物的协同作用受到局部破坏,反应器中污泥的蛋白酶、脱氢酶及辅酶活性下降,产气率降低;搅拌强度小、搅拌周期长,蓝藻容易上浮,与污泥中微生物接触有效接触减少,蓝藻转换效率低,微生物活性降低。
适当的搅拌混合可以破坏蓝藻上浮结壳,同时提高蓝藻与微生物之间接触效果及产气效率。
关键词:沼气;发酵;蓝藻;响应曲面法;机械搅拌doi:10.3969/j.issn.1002-6819.2014.22.031中图分类号:S216.4 文献标识码:A 文章编号:1002-6819(2014)-22-0253-07余亚琴,吴义锋. 蓝藻厌氧发酵产沼气机械搅拌工艺优化及中试验证[J].农业工程学报,2014,30(22):253-259.Yu Yaqin, Wu Yifeng. Optimization of mechanical stirring technology in anaerobic fermentation treating algae and pilot trial validation[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(22): 253-259. (in Chinese with English abstract)0 引 言湖泊富营养化和蓝藻水华发生是目前全世界共同面临的重大环境问题之一。
水华藻类厌氧消化研究进展及关键问题
http ://hjkxdk. . cn
水华藻类厌氧消化研究进展及关键问题杜昕睿
处理[27]、100°C 以上的 高 温 高 压 热 处 理 [28]以及高 温 高 压 处 理 后 的 汽 爆 法 ,即 高 压 下 急 速 泄 压 [29]。 高温条件主要是针对含有不易分解的木质素的藻 类 [3°],对于蓝藻为主的水华藻类,处理温度通常 在 170°C 以下[25]。热 处 理 后 ,藻 类 厌 氧 消 化 产 气
环境 科学导 刊 http: // 2017,36 (3)
CN53 - 1205/X ISSN1673 -9655
水华藻类厌氧消化研究进展及关键问题
杜 昕 睿 ,刘 传 旸 ,刘 跃 岭 ,李 欢 (深圳市环境微生物利用与安全控制重点实验室,清华大学深圳研究生院,广 东 深 圳 518055)
由于国内湖泊治理的紧迫性,研究机构和相关 企业投入了大量资源研究水华藻类的控制问题,近
年来国内发表的有关水华藻类厌氧消化的论文就超 过 80篇。由于发达国家较少存在淡水水华问题, 研究者对此很少关注,其研究重点在于针对以小球 藻 、螺旋藻等为代表的能源藻类开展厌氧消化研 究 ,其研究结果可供借鉴。本文对这些文献进行了 归纳分析,总结了水华藻类 厌 氧 消 化 的 潜 力 和 前 景 ,提出了后续研究需要解决的问题。 1 水华藻类种类及其主要成分
质素、纤 维 素 含 量 较 高 ,消 化 时 间 也 较 长 ,达 到 50d [8]。
虽然有些废弃物碳氮比也偏低,但是由于藻类 水 华 的 季 节 性 ,藻 类 量 不 稳 定 ,因此可以利用污
泥 、禽畜 粪 便 、餐 厨 垃 圾 等 废 弃 物 的 厌 氧 消 化 设 施 ,以 节 约 投 资 和 运 行 成 本 。胡 萍 ™ 研 究 表 明 , 当蓝藻与厌氧颗粒污泥、消化污泥和剩余污泥干物 质量 之 比 分 别 为 6:1、5 : 1 和 4 : 1 时 ,其厌氧发酵 产沼气量及甲烷含量都达到最高。其 中 ,以厌氧颗 粒污泥与蓝藻的混合发酵液产气效果最佳,沼气产 量 为 73 m L / g V S ,平 均 甲 烷 含 量 为 6 9 % 。徐富等 人 [21]将藻类与猪粪共消化,在 蓝 藻 与 猪 粪T S 比为 1:2、总 T S 浓 度 2. 9 % 的 条 件 下 ,20d 产 气 停 止 , 有机 质 降 解 率 为 25. 2 % 。赵明星等人[1°]将蓝藻与 餐 厨 垃 圾 按 I:2.5 (T S 比)共消化时,产甲烷量最 大 ,可 达 到 124 m L / g T S ,相 对 于 1:0.5的混合比 例 ,产 甲 烷 量 增 加 了 4 4 % 。总 体 上 ,由 于 污 泥 、
接种物浓度对太湖蓝藻厌氧发酵产沼气过程的影响
在蓝藻类物质厌氧发酵产沼气的工艺条件 中, 接 种物和接种量是 2 个重要的工艺参数。 一方面 , 不同接 种物 因含有不 同的菌群 , 直接影响厌氧发酵产沼气的 效果 , 因此不 同接种物及其组合厌氧发酵产沼气 的效
中央目 , 号 : 编
一
第一 作 者任 洪 艳 , ,9 9 生 ,0 9 毕 业 于 中国科 学 女 17 年 20 年
院过程 工 程研 究所 , 博士 , 师。 讲
{ 讯 联 系人 , ra @j n n ne uc 。 通 wqu n i g a .d .n a
1 8一 5
S ag a n i n na c ne hn hi v omet Si cs E r l e
hg pt 5 me h ec t n , l s he me n .4t sa .% a d 1 .% io ua rs e t ey whl ihu o 5 % tan one tamo l r el sa d12 me t 5 t i i 2 n 0 n c l,e p ci l, it 0 v s
Ja g a i est , u i 1 1 2 in n nUn v r i W x 4 2 、 y 2
摘要 资源化利用已成为太湖蓝藻打捞后妥善处置的 1 个重要研究方向。 研究蓝藻与厌氧颗粒污泥混合厌氧发酵产沼气 为 的工艺过程, 通过改变接种物浓度来探讨蓝藻厌氧发酵产沼气过程的产气速率 产气量和甲 烷含量 发酵体系 p 值, H 蛋白, 多糖 和氨氮等参数的变化。 实验结果表明, 当接种物浓度为 5 %时, 沼气产率为5 . L gv ) 57 m / (s蓝藻, 5 甲烷含量可高达5%, 5 分别是 接种量25 1%时的29、. 倍; .%、 0 .712 4 接种物浓度为5 时, % 氨态氮含量和p 值均在正常范围内, H 且优于其它2 符合蓝藻 组, 厌氧发酵的特性, 可保证系 统的顺利运行。 关键词:蓝藻 沼气 厌氧发酵 污泥 接种物浓度
秸秆沼气技术
浅谈秸秆沼气化技术农资1111班郑雨漩201111311131背景自大型联合收割机逐步推广以来,农民处理秸秆的主要途径变为直接在田间燃烧,给大气造成污染,或将其填入地边的沟河,使沟河乌黑发臭,鱼虾绝迹,地下水严重污染,威胁农民的饮水安全。
原因①麦茬高度太大由于机械原因,大型联合收割机作业后的麦茬较高,一般在20cm以上。
②农村大量青壮年外出打工农村约有50%-70%不等的人口外出打工,返乡收麦的农民工希望快速高效的完成麦收,以便尽快返回工地。
③秸秆作为燃料的需求大幅下降农民开始使用煤炭,电炉等其它能源,使秸秆作为燃料的比例大幅下降,同时大量人口外出使得秸秆作为燃料的需求大幅下降。
④农民认识不足农民环保意识差,对燃烧秸秆的危害认识不足。
危害①造成严重的能源浪费小麦秸秆燃烧的热值为 1.3343×10-4KJ/kg,计算中国约3亿亩麦田可产生秸秆,可产生的能量约1.6×10-15KJ相当于4.4×10-11度电,直接焚烧秸秆将造成十分巨大的能源浪费。
②降低了土壤中的养分及有机质含量秸秆中含氮,磷,钾,有机质,燃烧有机质氮磷等元素生成气体会发到大气,仅有少量的钾留在土壤中,使土壤肥力严重降低。
同时秸秆燃烧时杀死了许多土壤中的有益微生物和昆虫,如消化细菌,破坏了农田生态系统,造成土壤板结,造成农业减产。
③烧伤农作物引发火灾秸秆燃烧必不可避免的会将相邻地块中的其它农作物或田边地头的树木烧伤烧死,造成较大的经济损失。
④影响交通秸秆燃烧时,产生大量烟雾,使能见度降低,对公路铁路民航等交通运输部门造成重大影响,并引起了一些交通事故,造成生命财产的损失。
⑤环境污染概念我国不但是一个产粮大国,也是秸秆生产大国,秸秆年产量约7亿吨。
河南省是以生产小麦、玉米、花生、水稻等农作物为主的农业大省,其秸秆资源丰富。
秸秆发酵制沼气就是秸秆有效利用的一种方式,秸秆沼气的发展不但解决了秸秆利用率低的问题,而且提供了廉价清洁能源。
秸秆沼气发酵工艺流程
秸秆沼气发酵工艺流程秸秆沼气发酵是一种利用农作物秸秆产生沼气的技术,在农村居民用能方面具有广阔的应用前景。
该工艺流程可以分为原料准备、料水配制、发酵、沉淀和气体收集等环节。
首先是原料准备。
选择适当的秸秆作为沼气发酵的原料,通常以水稻秸秆、玉米秸秆或小麦秸秆为主。
这些原料具有丰富的碳水化合物,可以通过微生物代谢产生沼气。
此外,还需要将原料切碎或压碎,以增加与微生物的接触面积。
然后是料水配制。
将切碎的秸秆与适量的水进行混合,调整水分含量,使得物料的湿度适中,有利于微生物的生长和发酵过程。
一般情况下,湿度维持在50%左右是比较合适的。
接下来是发酵过程。
将混合好的原料放置于发酵罐或发酵池中,利用微生物对秸秆进行发酵产气。
发酵过程主要分为两个阶段,即初级发酵和终级发酵。
初级发酵是无氧发酵过程,主要由厌氧菌进行,产生甲烷气体。
终级发酵是厌氧-好氧过渡阶段,此时可以利用好氧菌进一步利用有机物质生成二氧化碳和水,并释放出更多的能量。
紧接着是沉淀阶段。
经过发酵后,废水中会有一部分悬浮物质和微生物,需要经过沉淀处理。
常用的沉淀方式有物理沉淀和化学沉淀两种。
物理沉淀是利用重力作用使悬浮物质沉降到底部,然后将上清液抽离出来。
化学沉淀则是通过添加沉淀剂,使悬浮物质发生凝聚作用,然后将沉淀物与上清液分离。
最后是气体收集。
将发酵产生的沼气通过管道集中收集。
沼气主要由甲烷和二氧化碳组成,其中甲烷是可燃气体,可以作为燃料使用。
通过沼气收集系统,将沼气输送到用气设备上,可以用于家庭燃料、煮饭、发电等用途。
综上所述,秸秆沼气发酵工艺流程包括原料准备、料水配制、发酵、沉淀和气体收集等环节。
通过科学合理的操作,可以高效地将秸秆资源转化为沼气能源,为农村居民提供可再生能源,促进农村可持续发展。
秸秆-牛粪作为沼气原料的产气规律研究
Research on the Discipline of Generating Gas of Straw - Cow dung as BiogasFeedstockA Thesis Submitted to Chongqing Universityin Partial Fulfillment of the Requirement for theMaster’s Degree of EngineeringByMo ZhongleiSupervised by Prof. Peng ShiniSpecialty: Architecture and Civil EngineeringField EngineeringFaculty of Urban Construction and Environment Engineering of Chongqing University, Chongqing, ChinaMay, 2014摘要我国地域广阔且农村人口居多,拥有大量的生物质资源,但是农户对于眼前的这些资源却不能有效的加以利用。
例如,秸秆类原料采用传统的、低端的直接燃烧方式;粪便用做农家肥却不做任何处理,使得环境受到污染且资源没能得到高效利用。
开发以秸秆和粪便为原料的沼气发酵技术是解决农户生活用能和改善农村卫生环境的重要手段。
此外,由于我国化石能源的短缺,迫切需要开发新能源,而沼气作为一种代替性能源,具有非常可观的发展空间。
本课题主要研究秸秆—牛粪厌氧发酵的产气规律。
本实验通过监测发酵过程中沼气产量、PH值及甲烷含量的变化,初步分析接种物、温度、压力及不同原料对沼气发酵中产气量和甲烷含量的影响。
本研究主要获得以下研究成果:(1)与不加接种物相比,添加30%沼液的牛粪不仅能提前产气,而且可以缩短批量发酵时间。
添加接种物后,接种物经过一段适应期,便能迅速繁殖,其产气量和甲烷含量都要高于不添加接种物的牛粪。
发酵玉米秸秆的原理是什么
发酵玉米秸秆的原理是什么发酵玉米秸秆是利用微生物的生长代谢产物质对秸秆进行生化转化,降解其中的纤维素等难以降解的物质,使之成为具有营养价值和生物活性的有机肥料。
该过程主要依据微生物活动,因此需要适当的温度、水分、气体和pH值等条件,以创造适合微生物生长繁殖的环境。
发酵过程的化学反应是深层次的、复杂的生化反应,主要涉及以下几个方面:1. 中性加浸条件下纤维素分解成糖玉米秸秆中含有很高的纤维素,是一种难以消化的有机物。
在发酵中,菌群会分泌各种纤维素水解酶,将纤维素分解成较易消化的单糖、双糖和低聚糖。
这些物质能被微生物利用并转化为生长所需的营养物质。
2. 产酸作用在发酵过程中,微生物会分泌大量的有机物和酸性物质,使秸秆的pH值降低,达到2至5左右。
这种酸性环境能够破坏细胞壁,释放细胞内的有机物。
同时,酸性环境还能杀死一些有害微生物,增加了有益菌的生长空间和优势。
3. 氨化作用发酵过程中,微生物的代谢作用可以解决一些难以降解的有机物质。
其中比较重要的就是氨化作用。
氨化是一种将有机物质分解为氨气、硫化物和甲烷等形式的化学反应。
在微生物生长的过程中,还有产氨作用,将大分子蛋白质分解为各种氨基酸。
这些废弃物可以进一步加剧发酵过程中的氨化作用,使之转化为无机氮,提高有机肥料的肥力。
4. 固氮作用发酵还能激活一些氮酶和其他微生物,它们能够将空气中的氮转化为氨和亚硝酸盐等有机肥料中的一种主要成分,大大增加有机肥料的营养价值。
总之,玉米秸秆的发酵过程就是通过微生物分解和转化物质,促进有机肥料的形成。
这些微生物包括厌氧和需氧菌,它们的代谢作用,以及环境条件的调控,是发酵玉米秸秆成功的关键。
在实际应用中,需要注意控制好发酵温度、水分、PH值和气体,尽可能的利用微生物的作用,提高肥料的质量和效益。
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玉米秸秆与巢湖蓝藻混合厌氧发酵的产沼气性能一、研究背景近年来巢湖水质富营养化严重,每年的8、9月份经常会爆发蓝藻。
据测定,巢湖年平均蓝藻质量浓度为6~8 mg/L,总蓝藻量可达50~70万t(干生物量)。
目前应对蓝藻爆发的有效手段仍然是组织人力打捞。
由于蓝藻含有藻毒素,氮磷含量高,如不能有效处理,仍有可能造成二次污染。
另一方面,蓝藻富含多糖和蛋白,是一种生物质资源。
厌氧消化是目前有机废弃物的有效处理方式之一。
该处理过程条件温和,运行成本低而且可以有效地分解藻毒素。
然而,由于蓝藻氮含量较高,碳氮比较低,不适宜直接用于厌氧消化过程。
为了提高厌氧发酵的转化效率,近年来不同底物混合厌氧发酵成为研究的热点之一。
混合厌氧发酵是指发酵特性存在互补性的2种或2种以上原料作为厌氧发酵基质进行的生物降解过程。
我国是一个农业大国,农作物秸秆年产量约为7亿吨左右,列世界之首。
但目前我国农作物秸秆的利用率不高,相当数量被自然腐败或燃弃,其中被焚烧。
由于没有得到很好的利用。
近年来各地大面积焚烧秸秆的现象时常发生,秸秆燃烧热值低,不仅造成资源浪费,而且污染环境,毁坏树木和耕地,影响交通安全,甚至引发火灾、交通事故等重大安全事故。
一般认为混合厌氧发酵能起到稀释有毒化合物、提高营养物的平衡、增强微生物的协同效应并进而提高有机质厌氧转化效率的作用。
在中国农村秸秆沼气化工程发展过程中,面临的一大难题是如何提高秸秆类原料厌氧消化的转化效率。
鉴于此,进行了玉米秸秆和巢湖蓝藻混合厌氧发酵试验,考察了不同秸秆和蓝藻混合比例对沼气产率及产气速率的影响,并分析了沼液及沼渣的主要组分,以期为资源化利用蓝藻和秸秆探索一条新的技术途径。
二、国内外研究动态混合厌氧发酵概念的提出可以追溯到20 世纪80 年代初。
Hills首次尝试将牛粪和大麦秸秆混合发酵产沼气,试验发现牛粪能提高大麦秸秆的发酵效率。
此后,混合发酵技术被逐渐引入到沼气发酵产业中: 动物粪便与农作物秸秆的混合发酵被应用于农业和畜牧养殖业产生的废弃物处理过程中;城市污水污泥( sewage sludge,SS) 和OFMSW 的混合发酵被运用到城市垃圾的处理过程中;此外,在工业生产过程中产生的各种废弃物与动物粪便、污水污泥的混合发酵也陆续报道。
发酵底物混合厌氧发酵不是简单地把两种或两种以上的底物混合后厌氧发酵,而要求混合的底物( 如一种主要的底物和一种次要的添加物) 能够在营养元素、pH、缓冲能力等方面相互调节,产生积极的相互作用,并且不会导致抑制现象,提高发酵效率,混合发酵能够充分利用原来难以发酵的秸秆、城市固体有机垃圾和工业废弃物等,变废为宝,为垃圾处理及利用提供了一条更好的途径.自2007年以来,随着沼气研究的不断升温,混合发酵的研究出现骤增趋势,得到了全世界不同学科和领域的广泛关注。
董诗旭等人通过对滇池蓝藻接种污泥,研究了在发酵前后蓝藻总固体(totalsolids,TS)、挥发性固体(volatile solids,VS)以及甲烷产量;国外,Alberto等人采用了两步法发酵研究藻类作为资源产甲烷的潜力。
王寿权等对猪粪与蓝藻混合发酵进行了产甲烷效率的试验研究,在质量比为2.0时产气效果最佳。
胡萍等对蓝藻与污泥混合厌氧发酵产沼气进行了初步研究,在蓝藻与厌氧颗粒污泥物料比为6∶1时,干物质累计产甲烷量为50 mL/g,分别是蓝藻与消化污泥、剩余污泥混合发酵时的1.5倍和2.3倍。
三、拟采取的研究方案、技术路线厌氧污泥取自啤酒厂污水厌氧反应器,用作接种微生物菌群。
巢湖蓝藻取自安徽省合肥市包河区义城镇的巢湖岸边,蓝藻自然晾干后,密封保存,置于-20°C冰箱中备用。
玉米秸秆取自于县郊区农田,秸秆经机械破碎过1 mm筛。
试验中所用玉米秸秆、蓝藻及污泥的主要纤维素组成及成分分析分别分析。
试验方法及装置以250 mL血清瓶作为反应器,蓝藻和玉米秸秆挥发性固体总质量为50 g /L,接种污泥挥发性固体为5 g/L。
按照表3 所列分别加入玉米秸秆、巢湖蓝藻、厌氧污泥以及1 mL/L 的厌氧常量元素和微量元素溶液,pH值调节至6.80±0.01,加蒸馏水至总体积150 mL。
鼓氮气1 min,然后用铝塞密封,置于35°C空气浴摇床中。
试验期间,每隔2d测定产气量。
常量元素溶液的组成:FeCl3·6H2O 15 g/L;MgCl2·6H2O 125g/L。
微量元素溶液的组成:NiCl2²6H2O 0.5g/L;CaCl21.0g/LNH4Mo7O240.5g/L;CoCl2²6H2O 0.5g/L;MnCl2²4H2O0.5g/L;ZnCL20.25g/L;CuCl2²2H2O 0.35g/L。
不同反应器中加入的反应物料样品处理及分析玉米秸秆和沼渣木质纤维素组分的测定采用范氏(Van Soest)洗涤纤维分析法。
沼液经离心10min(8000r/min)后再使用0.45 µm的滤膜过滤,滤液用于化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)、磷酸盐、氨氮、总有机碳(total organic carbon, TOC)、总碳(total carbon,TC)等的分析测试。
固体残留为沼渣,使用去离子水洗涤2次之后用于组分测定。
总固体(total solid, TS)和挥发性固体(volatile solid,VS)的测定参照标准方法;COD测定采用重铬酸钾法(GB 11914-1989);磷酸盐和氨氮的测定分别采用钼锑抗分光光度法和纳氏试剂分光光度法;甲烷含量测定采用气相色谱法,色谱柱为毛细管柱RTX-1 型载气为氮气,进样量20µL。
TOC和TC的测定利用德国TOC分析仪。
元素分析分别利用氧、碳氢氮元素分析仪(Vario EL cube)分析测定。
四、实验中可能遇到的问题及解决方案COD测定过程中遇到的问题:在实验中,经常遇到COD数据测不准,测出的数据忽高忽低,没有规律的问题。
查阅相关文献,结合本次试验,原因可能有以下几种:1 样品的预处理研究发现水样中含油是导致COD 值偏高的首要因素,且两者之间呈正相关。
若水样中含乳化油和悬浮物,在回流过程中杂质基本被除去,因此采用传统的回流滴定法比较合适。
若采用分光光度法则需要先对样品进行预处理,去除杂质的干扰。
在实际操作中可参考水质氨氮分析(分光光度法)中水样的预处理方法,对于絮凝剂用量问题可以根据实际情况进行调整。
2 取样的影响在实验过程中正确的取样方式是测定结果准确性的重要保证。
由于污水处理中被监测的水样均匀性较差,取样的均匀性与代表性极为重要。
应避免人为混入油或悬浮物等杂质。
正常情况下的样品不作过滤处理。
需要特别注意以下几点:首先,充分振荡水样。
取样前需充分振荡,使悬浮物分散开,保证取样的均匀性。
另外,摇匀后应立即快速取样分析。
其次,取样量不能太少。
取样量太少的话,污水中高耗氧的颗粒因分布不均匀而移取不到,导致测定结果与实际不符。
实际操作中建议取样量为20mL。
若水样的COD 值较大,可先稀释再取20mL 进行测定。
3 加热条件的影响采用重铬酸钾法测定COD 值时,加入反应物后,摇匀后置于加热器上回流。
加热回流温度对测定结果影响较大。
温度偏低,反应不完全,结果偏低。
温度偏高,结果偏高,还可能引起暴沸。
消化过程中应保持水样处于稳定沸腾状态。
应从开始沸腾时刻计时,分别记录每个样品的起沸时间,保证每个样品消解完全。
4 消除氯离子干扰在COD 测定过程中,水中的某些具有还原性的无机物也能被强氧化剂氧化,使得实际测得COD 值与理论值不符。
由于水中氯离子普遍存在,能被重铬酸盐氧化且与催化剂AgSO4反应产生的沉淀影响测定结果,因此COD 测定过程中必须消除氯离子的影响。
以下是几种消除氯离子干扰的方法。
HgSO4络合法目前的国家标准(GB 11914-89)采用的是HgSO4络合法,由于HgSO4毒性较大,向环境排放的废液中汞污染问题严重。
研究发现,采用HgSO4络合法并不能完全消除氯离子干扰,尤其高氯低COD 的水样测定误差更大。
因此,实际操作中人们很少采用HgSO4络合法消除氯离子干扰。
Cl2校正法Cl2校正法目前已制定行业标准(HJ/T 70-2001),测量结果准确度较高,适用于高氯废水中COD 的测定。
但由于操作过程多了一次Cl2测定,耗时长,操作繁琐。
AgNO3沉淀法采用AgNO3沉淀法时,当待测水样中存在悬浮物,生成的AgCl 沉淀会与之共沉淀和絮凝,这些沉淀被除去导致测量结果偏低。
另外,除去Ag+沉淀后,剩余的硝酸根相当于硝酸,与硫酸混合后可氧化一些还原物质,导致结果比使用硫酸汞测得值偏低。
操作过程中使用昂贵的银盐,提高了成本,但使用后可进行回收利用。
标准曲线法标准曲线法不需要加HgSO4,但由于不同操作员使用的实验条件不同,导致氯氧化程度不同,因此标准曲线每次实验之前要重新绘制,且不易为其他人所用,操作比较繁琐。
密封消解法密封消解法是在密闭容器中进行消化,当Cl-氧化成Cl2并达到平衡后,再使用一定的掩蔽剂。
与标准法相比,用时短,结果准确度和精密度高,可有效的测定高氯废水。
由于消解过程在密闭环境,消解程度难以确定,而且实验操作过程的安全性需要格外重视。
叠加法运如艳通过对污水厂高氯水样的分析,提出一种叠加法测定COD 值。
此法将待测水样分为可滤和不可滤两部分,分别采用国标法和标准曲线校正法进行测定,两者总和即水样COD 值。
该方法适用于含悬浮物的高氯废水COD 值的测定,其测定结果准确、可靠。
氨氮的测定也会经常出现测不出的现象,以下是一些解决方法:试剂的配制及存放纳氏试剂通常有两种配制方法: 第一种方法利用KI、HgCl2、KOH 配制,第二种方法利用KI、HgI2、NaOH配制,两种方法均可以产生显色基团[HgI4]2-。
有文献报道第二种方法配制的纳氏试剂空白值较高,比第一种方法高一倍。
第一种方法配制的纳氏试剂在暗处存放,可稳定一个月,时间再长会使实验的空白值偏高,从而使氨氮标准曲线的截距增大,曲线失去线性关系。
解决这一问题可采用在冰箱中 4 ℃冷藏,使用期限可达半年。
如果使用中因冷藏而出现试剂的重结晶,可提前一天放置到常温中,使结晶物自行溶解,而后使用。
滤纸空白的影响标准方法中提到对水样进行絮凝沉淀预处理需要将絮凝后的水样过滤。
滤纸中微量的氨会对空白值产生影响,不同厂家的滤纸空白值差别较大,有时同厂家不同批次滤纸间空白值也有明显差别,有些含氨量高的滤纸即使多次洗涤,其空白值仍难以满足实验要求,并不时有纤维从滤纸上冲到水样中,影响测定。
因此在实验中对絮凝后的水样进行静置沉淀或离心后,直接取上清液测定,既可减少步骤,又不会产生操作误差。