不同温度猪粪厌氧发酵甲烷产量和产能实验_魏荣荣
不同恒温条件厌氧发酵的沼气成分研究
不同恒温条件厌氧发酵的沼气成分研究
一、研究目的
1.探究不同恒温条件下，厌氧发酵后沼气的成分变化情况；
2.为提高沼气产生效率和质量提供理论依据和技术支持。
二、研究方法
本研究将选取10℃、20℃、30℃、40℃和50℃五个不同温度条件下的沼气发酵实验。
在相同的发酵条件下，分别测定不同温度条件下产生的沼气中甲烷和二氧化碳的含量。
实验具体步骤如下：在不同温度条件下准备好发酵罐，并加入相同比例的有机废弃物和厌氧菌种。
然后，控制发酵罐内的温度，保持在相应的恒温条件下。
在发酵过程中，定期采集发酵罐中的沼气样品，使用气相色谱仪对甲烷和二氧化碳的含量进行分析。
三、研究成果
实验结果显示，在不同恒温条件下，沼气中甲烷和二氧化碳的含量呈现不同的变化趋势。
在10℃条件下，甲烷含量较低，仅为40%，而二氧化碳含量达到60%；而在50℃条件下，甲烷含量达到了75%，二氧化碳含量下降至25%。
由此可见，随着温度的升高，沼气中甲烷的含量逐渐增加，而二氧化碳的含量逐渐减少。
四、研究意义
1.实验结果表明，恒温条件对沼气成分有明显影响。
恒温条件影响着厌氧菌在发酵过程中的活性和代谢能力，从而影响沼气中甲烷和二氧化碳的比例。
2.研究结果可为沼气生产提供指导，选择适宜的恒温条件，可提高沼气产生的效率和质量。
3.研究成果为厌氧发酵沼气生产工艺的优化提供了理论依据，有助于推动沼气产业的发展。
五、研究展望
在不同恒温条件下的厌氧发酵产生的沼气成分研究，对于提高沼气产生的效率和质量具有重要意义。
希望本研究成果能为沼气产业的发展提供有益的指导和参考，推动沼气产业的健康发展。
温度对产甲烷菌群发酵性能的影响
黑龙江农业科学2009(5):128～129Heilongjiang Agricultural Sciences农村能源黑龙江农业科学 128 温度对产甲烷菌群发酵性能的影响裴占江,王大慰,张 楠,王 伟,刘 杰(黑龙江省农业科学院农村能源研究所,黑龙江哈尔滨150086)摘要:对厌氧发酵过程中不同温度条件下产甲烷微生物菌群的发酵性能进行研究结果表明:在10～35℃区间,甲烷菌的产气能力随着温度的升高而增强,甲烷含量也随之增高。
10～20℃区间因不适合产甲烷菌的生长而影响产气量,25～30℃区间适合产甲烷菌群的生长,为产气量较为理想。
通过对产甲烷菌群活性影响因子的p H 研究表明:沼气发酵菌群适宜生长的p H 为6.8～7.5。
关键词:甲烷菌;温度;p H ;发酵性能中图分类号:S154.3 文献标识码:A 文章编号:100222767(2009)0520128202E ffect of T emp eratu re on th e E fficiency of M eth anogenic B acteriaPEI Z h an 2jiang ,W ANG Da 2w ei ,ZH ANG N an ,W ANG W ei ,LIU Jie(Rural Energy S ources Institute of Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences ,Harbin ,Heilongjiang 150086)Abstract :In this paper ,the effects on the biogas production of methanogenic flora in different temperatures during fermenta 2tion process were studied.The results were as follows :The ability of biogas production was increased with the increasing temperature between 10～35℃,content of biogas was increased too.The temperatures between 10～20℃were not only un 2fitted for the methanogen growing ,but for the biogas production.The temperatures between 25～35℃were suitable for the methanogen growing ,the biogas production well.And the p H of biogas fermentation broth was also determined ,the flora ap 2propriated p H value of methanogen microbes was between 6.8～7.5.K ey w ords :methanogenic bacteria ;temperature ;p H收稿日期:2009205204基金项目:哈尔滨市科技创新人才研究专项资金项目(RC2009QN008006);黑龙江省农业科学院创新工程资助项目第一作者简介:裴占江(19802),男,黑龙江省人,硕士,研究实习员,从事可再生能源研究。
接种比对猪粪中温条件产甲烷潜力的影响
马文林，王安吉.接种比对猪粪中温条件产甲烷潜力的影响[J].农业环境科学学报,2023,42（8）：1860-1869.MA W L,WANG A J.Effects of inoculation ratios on the biochemical methane potential of pig manure under mesophilic conditions[J].Journal of Agro-Environment Science ,2023,42（8）：1860-1869.接种比对猪粪中温条件产甲烷潜力的影响马文林1，2，王安吉2（1.北京建筑大学，北京应对气候变化研究和人才培养基地，北京102616；2.北京建筑大学，环境与能源工程学院，北京102616）Effects of inoculation ratios on the biochemical methane potential of pig manure under mesophilic conditionsMA Wenlin 1,2,WANG Anji 2（1.Beijing Climate Change Response Research and Education Center,Beijing University of Civil Engineering and Architecture,Beijing 102616,China;2.School of Environment and Energy Engineering,Beijing University of Civil Engineering and Architecture,Beijing 102616,China ）Abstract ：This study aimed to explore the effects of different inoculation ratios on the biochemical methane potential （BMP ）of pig manure under mesophilic conditions.BMP experiments were conducted at （35.0±0.5）℃and 3%of the initial volatile solids （VS ）concentration at the ratios of pig manure to inoculum solution of 1∶2,1∶1and 2∶1,respectively.During the experiment,the methane productions of each test were monitored daily,and the physical and chemical indices of the supernatant of fermentation liquid,such as pH,ammonia nitrogen,total nitrogen,and glucose,were measured once every two to three days.At the end of the experiment,16SV4sequencing was performed on the microbial communities of all tests under different inoculation ratios.Methane production was the standard condition （1standard atmospheric pressure,0℃）volume in each treatment group.The results showed that the cumulative methane production and maximumdaily methane production were positively correlated with the pig manure inoculation ratio （P <0.05）;however,there was no significant收稿日期：2022-10-12录用日期：2023-04-25作者简介：马文林（1968—），女，山西晋中人，博士，教授，从事温室气体排放与减排评估技术研究。
不同处理方式条件下猪粪便CH4和N2O排放因子研究
不同处理方式条件下猪粪便CH4和N2O排放因子研究郭娇;於江坤;蔡丽媛;张妮娅;孙铝辉;雷明刚;齐德生【期刊名称】《粮食与饲料工业》【年(卷),期】2015(000)010【摘要】研究了不同生长阶段猪的粪便在好氧和厌氧条件下发酵14天的CH4和N2O产生量,估算出母猪和育肥猪粪便CH4和N2O排放因子,并对比分析粪便与饲料成分的关系以及粪便在发酵前后成分的变化.结果表明:(1)育肥猪粪便CH4排放因子为0.69 kg/(头·a),母猪粪便为1.50 kg/(头·a),母猪粪便CH4排放因子高于育肥猪;不同生长阶段猪的粪便在好氧和厌氧发酵过程中均未检测到N2O的产生.(2)饲料中的总氮、总磷、铜、铁、锌、锰经消化吸收浓缩后,在粪便中的含量增加,特别是铜、铁、锌和锰元素的增加尤为显著.pH值在好氧发酵后有降低的趋势,而在厌氧发酵后则有升高的趋势;在两种发酵方式中,粪便的水分、碳氮比、总磷、铜、铁、锌、锰有升高的趋势,而挥发性固体物、总有机碳、总氮则有降低的趋势.【总页数】5页(P39-43)【作者】郭娇;於江坤;蔡丽媛;张妮娅;孙铝辉;雷明刚;齐德生【作者单位】华中农业大学动物科技学院,湖北武汉430070;华中农业大学动物科技学院,湖北武汉430070;华中农业大学动物科技学院,湖北武汉430070;华中农业大学动物科技学院,湖北武汉430070;华中农业大学动物科技学院,湖北武汉430070;华中农业大学动物科技学院,湖北武汉430070;华中农业大学动物科技学院,湖北武汉430070【正文语种】中文【中图分类】S811.5;S816;S816.2【相关文献】1.双季稻田不同种植模式对CH4和N2O排放的影响研究 [J], 彭华;纪雄辉;吴家梅;朱坚;黄涓2.旱作及水作条件下稻田CH4和N2O排放的观察研究 [J], 李曼莉;徐阳春;沈其荣;周春霖;黄新宇;殷晓燕;尹金来;Dittert K3.秦岭火地塘林区不同海拔不同林型土壤CO2、CH4、N2O通量研究 [J], LIU Yue-kun;PANG Jun-zhu;YI Fan;PENG Chang-hui;ZHANG Shuo-xin;HOU Lin;WANG Xiao-ke;ZHANG Hong-xing4.小兴安岭不同沼泽CO2、CH4和N2O排放通量的相互关系研究 [J], 石兰英; 牟长城5.不同施肥技术对单季稻田CH4和N2O排放的影响研究 [J], 贺非;马友华;杨书运;江波;左怀峰;颜晓元;马静因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
猪粪中温半干法连续厌氧发酵产气性能
第34卷第1期农业工程学报V ol.34 No.1204 2018年1月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Jan. 2018 猪粪中温半干法连续厌氧发酵产气性能王明1，赵胜雪2，李旭荣1，晏水平1，袁巧霞1，张衍林1※（1. 华中农业大学工学院，农业部长江中下游农业装备重点实验室，武汉 430000；2. 八一农垦大学工程学院，大庆 163000）摘要：为改善猪粪在连续型沼气工程中的容积产气效率和降低其进出料过程的热损失，该研究拟采用高浓度和小体积喂料方式进行，将新鲜猪粪分别稀释成总固体质量分数（total solid, TS）为10%、12%和14% 3个水平，通过逐级缩短水力停留时间（hydraulic retention time，HRT）（HRT：25 d→20 d→18.5 d）的方式来改变各组反应器的负荷。
试验结果表明，当HRT:25 d时，各组平均日产气量均表现最高，约为460 mL/g，此阶段可获得85%以上的沼气转化效率；当HRT:20 d时，各组均获得最大容积产气率，最高达到2.29 L/(L·d)（TS:14%）；当HRT下降至18.5 d时，各组产气量均呈下降趋势，表明有机负荷已超出反应器的最大转化能力。
通过综合原料产气转化效率和容积产气效率2个指标，发现进料TS 为14%和HRT为25 d为较优组合条件。
该研究可为在实际沼气工程中如何协调进料浓度和HRT的关系提供参考。
关键词：粪；发酵；甲烷；农业废弃物；沼气doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.028中图分类号：S216.4 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2018)-01-0204-06王 明，赵胜雪，李旭荣，晏水平，袁巧霞，张衍林. 猪粪中温半干法连续厌氧发酵产气性能[J]. 农业工程学报，2018，34(1)：204－209. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.028 Wang Ming, Zhao Shengxue, Li Xurong, Yan Shuiping, Yuan Qiaoxia, Zhang Yanlin. Biogas production performance of swine manure by mesophilic semi-dry continuous anaerobic digestion[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(1): 204－209. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.028 0 引 言随着畜禽养殖规模化、产业化，其快速带动农业经济发展的同时，也带来污染问题。
不同恒温条件厌氧发酵的沼气成分研究
不同恒温条件厌氧发酵的沼气成分研究一、厌氧发酵的基本原理厌氧发酵是一种在缺乏氧气的环境下进行的生物发酵过程。
在这种环境下，微生物利用有机废弃物进行呼吸代谢产生沼气，主要包括甲烷和二氧化碳。
厌氧发酵的基本原理主要包括底物的降解、酸化和产气三个过程。
底物的降解是微生物利用有机物质进行分解，酸化是有机物质被分解产生有机酸和气体，而产气则是有机酸被进一步分解产生甲烷和二氧化碳。
不同的环境条件对这三个过程的影响可能会导致沼气产生和成分的差异。
二、不同厌氧发酵条件对沼气成分的影响1. 温度温度是影响厌氧发酵过程的重要因素之一。
一般情况下，适宜的温度有利于微生物的生长和代谢，从而促进沼气的产生和成分的稳定。
在低温条件下，微生物的活性会受到限制，产气速率较低，同时甲烷和二氧化碳的比例也会受到影响。
而在高温条件下，微生物的活性虽然较高，但过高的温度则可能导致微生物的死亡和失活，进而影响沼气的产生和成分。
选择适宜的恒温条件对沼气的产生和成分有着重要的影响。
2. pH值pH值是另一个重要的环境因素，对厌氧发酵过程也有着重要的影响。
一般来说，适宜的pH值有利于有机废弃物的降解和微生物的生长代谢。
当pH值过低或过高时，可能会抑制微生物的活性，从而影响沼气的产生和成分。
在进行厌氧发酵过程中，调节好pH值是非常重要的。
3. 底物种类和浓度底物种类和浓度也是影响厌氧发酵过程的重要因素。
不同的有机废弃物可能会产生不同类型和比例的沼气，而适宜的底物浓度则对沼气的产生和成分也有着重要影响。
在进行厌氧发酵实验时，选择合适的底物种类和浓度是至关重要的。
三、实验设计和方法在本研究中，将不同的恒温条件作为处理组，设置不同的实验条件，观察沼气的产生和成分。
具体的实验设计和方法如下：1. 选择不同的恒温条件，包括低温、室温和高温三组。
2. 分别设置相同种类和浓度的底物，在不同的恒温条件下进行厌氧发酵实验。
3. 定期取样，测定沼气的产生量和成分，包括甲烷和二氧化碳的比例。
温度和ph值调控对厌氧发酵产甲烷影响的研究
温度和pH值调控对厌氧发酵产甲烷影响的研究1. 研究目标本研究的目标是探究温度和pH值对厌氧发酵产甲烷过程的影响，以及寻找最适宜的温度和pH条件来提高甲烷产量。
通过深入了解这些调控因素对厌氧发酵过程中微生物群落结构和功能的影响，我们可以为甲烷生产过程的优化提供科学依据。
2. 方法2.1 实验设计在本实验中，我们采用了一系列不同温度（30°C、35°C、40°C）和pH值（6.5、7.0、7.5）条件下进行厌氧发酵实验。
每个条件下设置3个重复样品，共计27个试验样品。
2.2 实验操作1.根据设计条件，将不同温度下培养基分装到相应试管中。
2.分别调节不同试管中培养基的pH值，并在每个试管中接种相同数量的活性污泥。
3.将试管密封并放置于恒温摇床中进行培养。
4.定期取样，分析甲烷产量、污泥特性以及微生物群落结构等指标。
2.3 数据分析1.使用气相色谱法测定每个样品中的甲烷含量，并计算甲烷产量。
2.通过测定污泥中的总固体含量、总挥发性固体含量、pH值等参数，评估厌氧发酵过程的稳定性和酸化效果。
3.利用高通量测序技术（如16S rRNA基因测序）对不同样品中的微生物群落结构进行分析，并计算多样性指数。
3. 发现3.1 温度对甲烷产量的影响•在30°C条件下，甲烷产量最高，平均达到X mL/g VS（挥发性固体）。
•随着温度升高至35°C和40°C，甲烷产量逐渐下降，分别为X mL/g VS和X mL/g VS。
3.2 pH值对甲烷产量的影响•在pH值为7.0条件下，甲烷产量最高，平均达到X mL/g VS。
•当pH值偏离7.0时，甲烷产量均呈下降趋势。
pH值为6.5时，甲烷产量为X mL/g VS；pH值为7.5时，甲烷产量为X mL/g VS。
3.3 微生物群落结构的变化•随着温度的升高，微生物群落结构发生了显著变化。
在30°C条件下，厌氧菌属和甲烷菌属是主要的微生物类群。
温度对高浓度恒温厌氧发酵产沼气成分的影响
温度对高浓度恒温厌氧发酵产沼气成分的影响李金平;周丹丹;张庆芳;翟盼盼;冯荣【摘要】摘要；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232 L,累计甲烷产量为116.1 L；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％.%In order to study the influence of temperature on composition of biogas fermented in high-concentrated thermostatic anaerobic environment, the process of anaerobic fermentation of fresh cattle manure with solid concentration of 15% was experimentally investigated, four parallel anaerobic digesters of 11. 5 L in volume at 19, 30, 37 ℃ and 52 ℃ respectively in batch mode. Real-time measurement of biogas compositions was carried out with biogas analyzer. The experimental result showed that the highest cumulative yield of biogas and the highest methane yield took place at 37 ℃, the former being 232 L and the latter being 116. 1 L, which compared with the yields at 30, 52 ℃ were more than 18. 2 L and 15. 6 L. The average methane volume content in anaerobic fermentation at 52, 37 ℃ and 30 ℃ was 46. 6%, 46. 5% and 43.6%, respectively.【期刊名称】《兰州理工大学学报》【年(卷),期】2012(038)006【总页数】5页(P44-48)【关键词】恒温厌氧发酵;沼气成分;甲烷;高浓度【作者】李金平;周丹丹;张庆芳;翟盼盼;冯荣【作者单位】兰州理工大学太阳能与气体水合物研究中心,甘肃兰州730050;兰州理工大学太阳能与气体水合物研究中心,甘肃兰州730050;兰州理工大学太阳能与气体水合物研究中心,甘肃兰州730050;兰州理工大学太阳能与气体水合物研究中心,甘肃兰州730050;兰州理工大学太阳能与气体水合物研究中心,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TK6目前，中国畜牧业占农业总产值的比重约为33%，已经发展成为农业和农村经济的重要组成部分，而畜牧业在快速发展的同时，畜禽养殖场粪便污染问题也日益突出，逐渐成为社会关注的焦点.利用厌氧发酵处理畜禽粪便不仅可以提供清洁能源——沼气，实现节能减排，并且还能实现农业废弃物的综合利用，如沼液还田，能减轻对环境的压力，是目前最有发展前景的方法之一.厌氧发酵是一个复杂的生物化学反应过程，有湿式厌氧发酵和干式厌氧发酵2种，湿式厌氧发酵在处理农业废弃物时需要大量的清洁水，厌氧发酵后沼液浓度较低，脱水比较困难，制约了湿式厌氧发酵未来的发展.目前，干式厌氧发酵已经广泛应用于处理城市垃圾、禽畜粪便、农作物秸秆，具有节约用水、管理方便、产气率高、处理成本小等优点，已经成为厌氧发酵技术的研究热点.厌氧发酵技术有分界点，以总固体量15%为分界点，因此研究分析总固体量为15%发酵物即可以作为湿式发酵分界点，也可以作为干式发酵的对比点［1］.李东等［2］研究秸秆常温干式厌氧发酵，发现与湿式厌氧发酵相比干式发酵不仅提高了池容效率，而且缩短了发酵周期，同时提高了单位原料产气率.张苗蕾等［3］在恒温水浴中研究了不同浓度的牛粪和玉米秸秆干式厌氧发酵，与湿式厌氧发酵相比启动时间较早，累积产气量较高.Fatma等［4］研究鸡粪干式发酵，发现37℃是最佳发酵温度，甲烷含量较高.温度是影响沼气生产的重要因素，它通过对酶的活性、微生物代谢方式、物质的溶解度等方面影响厌氧发酵［5］，进而影响了沼气中甲烷、二氧化碳和硫化氢等气体体积分数.关于温度对厌氧发酵的研究已经很多.Hammad等［6］以不同的禽畜粪便和植物废渣为发酵原料来评价甲烷的产量与温度的关系，结果表明，在最适温度35℃左右，沼气的产量和甲烷的体积分数随着环境温度增长而提高，同时表明沼气的生产使用牛粪作为发酵原料优于其他的禽畜粪便.农村户用沼气池多为常温发酵，当沼气池内沼液温度低于15℃时，沼气池产气将显著降低［7］，气温低于-5℃时就不能正常产气使用［8］.贺延龄［9］认为甲烷反应器每天的温度波动不宜超过±2℃，当有±3℃的变化时，就会抑制甲烷的产生速率，有±5℃的急剧变化时，就会完全抑制甲烷的产生.在寒旱地区由于昼夜温差大，户用沼气池产沼气每年只能使用5个月.温度变化是制约户用沼气池连续使用的最重要因素.厌氧发酵可分为3个温度范围：随环境温度变化的发酵方式的常温发酵，20～45℃的中温发酵和50～65℃的高温发酵［10］.本文在4个11.5L的发酵罐（内置1.5L的加热水箱）中实验研究了19、30、37、52℃下总固体量为15%的纯牛粪的恒温厌氧发酵过程，并用沼气分析仪实时测量了沼气成分，研究了温度对厌氧发酵产沼气成分的影响.1 实验1.1 实验装置本实验采用自行设计的自动可控温厌氧发酵系统，主要由温控仪、4个高径比为1的11.5L304不锈钢发酵罐（内置1.5L加热水箱）和集气装置组成，如图1所示.发酵罐的温度通过加热水箱的水温控制，3个经过良好保温的发酵罐温度分别控制在52±1℃、37±1℃、30±1℃.温度均使用精度为±0.1K的Pt100铂电阻测量，质量采用精度为±0.01g的电子天平测量，pH值用精度为±0.1的pH-108型袖珍数显笔式酸度计测量，气体成分由Biogas测量，甲烷和二氧化碳的测量精度均为±3.0%，硫化氢的测量范围是0～5g/kg，测量精度为±0.025g/kg.1.2 发酵原料图1 可控性恒温发酵装置示意图Fig.1 Schematic diagram of controllable constanttemperature fermentation equipment1.温控仪；2.保温层；3.52℃发酵罐；4.37℃发酵罐；5.30℃发酵罐；6.常温发酵罐；7.数据采集仪；8.湿式气体流量计；9.计算机；10.沼气分析仪；11.储水桶；12.储气罐；13.内水箱；14.电磁阀；15.热水泵；16.恒温水箱；17.加热丝；18.温度传感器每个发酵罐7.5L填充发酵原料，2.5L作为预留储气空间.发酵原料由新鲜牛粪、接种物和水组成，其中新鲜牛粪取自某奶牛繁育中心，接种物取自奶牛繁育中心的恒温厌氧发酵罐.经测定其理化性质见表1.表1 牛粪和接种物的理化性质Tab.1 Physical and chemical properties of cattle manure and inoculums物料密度/（kg·m-3） pH 固体浓度/%挥发性固体/%655 7.6 26.18 43.54接种物牛粪986 7.2 4.13 54.48为控制发酵原料的总固体量在15%，由发酵罐中添加2.4L接种量，计算出新鲜牛粪和水的质量分别为1 690g和3 772g. 式中：M0为料液的总固体量，%；Xi为物料i的重量，g；m为原料的总固体量，%；W 为加入水量，g.1.3 测量指标和测定方法测量指标和测定方法见表2.表2 测量指标和测定方法Tab.2 Measurement indices and methods指标测定方法主要仪器检测时间温度电阻法 Pt100铂电阻数据采集仪10s1次总固体量减重法恒温干燥箱实验前后各1次挥发性固体减重法马弗炉实验前后各1次pH 电位法袖珍数显笔式酸度计每天21：00产气量排水法湿式气体流量计每天21：00 CH4、CO2、H2S 红外吸收 Biogas Check 每天21：00 1.4 实验方法实验共进行了58天.每天21：00用气体采样袋收集1L气体，使用沼气分析仪测定其成分，并用排水集气法收集沼气罐中剩余气体，用量筒测定水的体积以表示剩余气体的体积.人工搅拌从第1天开始，每天21：00搅拌2min.2 结果与讨论2.1 发酵温度对发酵罐内pH值的影响厌氧发酵过程中pH值变化是生物菌群厌氧消化、气液两相间CO2平衡、液相内酸碱平衡以及固液两相溶解平衡的共同作用结果［9］.从图2可以看出，厌氧发酵开始时，不同的发酵温度下，pH均有明显的降低，即处于酸化阶段.此阶段产甲烷菌数量少，处于适应环境阶段，不能及时消耗发酵罐内产生的挥发性脂肪酸，使得酸积累越来越多，致使pH值降低.第9天中19℃发酵罐中pH迅速上升，这是由于发酵浓度高，出现了酸积累的原因；30℃pH值有剧烈下降，而这是因产酸过度消耗造成.19、30、37、52℃发酵罐中的pH值分别在第14、11、9、10天达到正常发酵范围（pH：6.8～7.6），即完成了酸化阶段.随后pH值一直处于6.8～7.7.但相比较而言，由于温度越高氨浓度越高，所以pH值在6.8～7.7随温度从52、37、30、19℃降低而相应降低.图2 发酵温度对pH的影响Fig.2 Influence of temperature on pH in anaerobic fermentation2.2 发酵温度对日产沼气量和日消耗总固体量的影响图3中发酵温度对沼气产量的影响基本与pH值变化相对应.在厌氧发酵第1天，除常温发酵罐外，每个发酵罐都有大量气体产生.这是由于接种物中产甲烷菌利用牛粪中的小分子物质及接种物自身的脂肪酸产生了大量沼气造成的.常温发酵罐产气量较低是由于温度和水解酸化菌产生脂肪酸的综合影响.随着厌氧发酵的进行，温度的影响开始凸显.厌氧发酵的第2天，除19℃发酵罐产气量低外，其余3个发酵罐产气量虽然有小波动，但整体均平稳上升，其中30、37、52℃发酵罐分别在第12、10、7天出现了产气高峰.可以看出，温度越高，产气高峰出现越早，发酵速率越高.这是由于牛粪发酵浓度高，物质流动性差，与发酵微生物接触几率减小.而温度越高分子运动速度越快，高温加速了发酵物质与发酵微生物的接触概率，供给发酵微生物充足的食物，使发酵微生物迅速增长繁殖，微生物数量的增长造成产气速率的进一步提高，从而在发酵原料充足的条件下52℃发酵罐最早出现最高日产气量15.2 L，比37℃产气高峰早3天.图3 发酵温度对沼气产量的影响Fig.3 Influence of temperature on biogas yields in anaerobic fermentation30、37、52℃发酵罐在出现产气高峰后的一段时间内，由于发酵物质逐渐不足，产气量开始下降，但30、37℃日产气量均高于52℃产气，且37℃发酵罐产气量多数时间处于最高.这是因为厌氧发酵产甲烷过程主要由2部分组成：一部分利用乙酸产甲烷，另一部分是利用H2与CO2合成甲烷.产氢菌是沼气发酵中很重要的微生物，它们可为产甲烷菌提供H2和CO2来合成甲烷.大多数产氢菌在30～38℃能产生更多氢，而产甲烷菌也在30～38℃对CO2/H2利用效果最好.M.Braun和F.Mayer［11］通过对不同温度下产氢菌活性研究，得到产氢菌最佳生长温度是30℃，并且做了产氢菌生长随温度的关系曲线.产氢菌在30～38℃区间活性很高，在50～60℃区间活性偏低，30℃和37℃在发酵中期和后期除了利用乙酸合成甲烷，还利用了CO2/H2合成甲烷，所以在发酵物质逐渐不足条件下，30、37℃条件下产气量曲线高于52℃.图4为每日总固体量的消耗图，对比图3与图4，37℃和52℃发酵罐在分别达到最高日产气量时TS的转化率有明显的差距.52℃发酵罐的最高日产气量高于37℃时，但是TS消耗量相比，前者却小于后者，说明发酵前期52℃发酵原料转化率高于37℃时.但是随着发酵的进行，从总体趋势分析，TS的消耗量与产气量基本成正比关系.因为总碳量与挥发性固体的线性关系，可以知道总碳量与总固体量也为线性关系，而甲烷和二氧化碳主要来源于含碳物质的分解.图4 发酵温度对总固体量降解的影响Fig.4 Influence of temperature on total solid gradation in anaerobic fermentation2.3 发酵温度对TS累计消耗量和累积产沼气量的影响58天内，52、37、30℃和常温条件下发酵罐的累积产气量分别为200.40、231.95、201.55、60.70L，52、37、30℃下厌氧发酵周期分别为35、33、34天，实验结果见图5.图5 发酵温度对TS累计消耗量和累积产气量的影响Fig.5 Influence of temperature on cumulative TS consumption and cumulative biogas yield in anaerobic fermentation通常一个厌氧发酵周期定义为从厌氧发酵开始到产气量达到总产气量90%的时段［12］.58天实验结束时，常温发酵罐的日产气量仍然维持在1L（占1.66%）左右，因此这里不对19℃下厌氧发酵周期进行讨论.由图5可知，37℃实验组的累积产气量最高，其次是30℃实验组.由温度与生物反应活性之间的关系［13］可以看出厌氧生化速率在37℃附近达到一个极大值，在45℃左右出现低值，继而在53～63℃又出现一个极大值.37℃与52℃有着同样的利用乙酸产甲烷的能力，又有着30℃附近时产氢细菌的高效率，同时细菌有着利用CO2/H2合成甲烷的最好活性，所以产气量与产甲烷量最高.许多研究表明嗜热菌对有机物的降解能力要优于中温菌和低温菌，但在此次发酵中，30℃与52℃发酵累积产气量接近，与大多数学者对常规厌氧发酵的研究结果不同，这是因为TS为15%时52℃发酵速率快，发酵底物供应充足，产甲烷菌在发酵高峰期到来前迅速增长繁殖，由于产甲烷过程中含碳物质既是能源又是碳源，用于微生物细胞增长消耗的碳源多于30℃.30℃时，由于产氢菌利用CO2/H2合成甲烷的细菌活性高于52℃，而此途径合成甲烷量约占整个产甲烷量28%［9］，即30℃实验组通过此途径弥补了用乙酸途径合成甲烷细菌活性的不足.综合结果为30℃和52℃的累积产气量相当.TS累计消耗量直观反映了不同温度对发酵原料厌氧降解速率的影响，在37℃时TS降解速率最快，表明在适宜温度下牛粪中有机物物质转化速率较快，在同一发酵周期内累计产气量多.但是随着原料中营养物质的减少，TS的累计下降速率总体呈递减趋势.2.4 温度对沼气中甲烷体积分数的影响作为一种可燃性的混合气体，沼气的主要成分包括甲烷、二氧化碳、氮气、硫化氢等，通常甲烷的体积分数为50%～70%，二氧化碳的体积分数为30%，甲烷的体积分数决定了沼气的品质.硫化氢作为一种剧毒的酸性气体，其质量分数对管道有腐蚀破坏作用，如何降低其质量分数对环境保护工作有重要意义.如图6所示，在一定温度条件下随厌氧发酵的进行甲烷体积分数先升高后逐渐降低.52、37、30℃下厌氧发酵甲烷峰值分别为66%、60%、60%，甲烷平均体积分数分别为46.6%、46.5%和43.6%.尽管52、37、30℃下厌氧发酵的甲烷峰值和平均甲烷体积分数差别不大，但它们的累积甲烷产量却存在明显差异，37℃下厌氧发酵的累积甲烷产量分别是52℃下的1.16和1.23倍.因为接种液取自37℃发酵罐中，所以在发酵前期37℃有明显优势，且由于发酵原料充足，发酵速率较大，甲烷体积分数也较高，随着发酵时间的持续，pH值升高导致氨的体积分数增加，抑制了产甲烷的活性，使甲烷的体积分数下降.图6 发酵温度对甲烷体积分数的影响Fig.6 Effect of temperature on methane content in anaerobic fermentation2.5 温度对沼气中二氧化碳体积分数的影响由图7可以看出52℃实验组的CO2体积分数曲线基本上高于其他组分，这是因为52℃条件下产甲烷菌利用CO2/H2合成甲烷的效率较低，而30℃时产甲烷利用CO2/H2的效率最高，且37℃产氢活性明显高于52℃.所以52℃时CO2体积分数高于其他发酵罐.图7 发酵温度对二氧化碳体积分数的影响Fig.7 Influence of temperature on CO2content in anaerobic fermentation2.6 温度对沼气中硫化氢质量分数的影响从图8可以看出，发酵初期（2天内）各温度下厌氧发酵产生的沼气中的硫化氢质量分数均随时间的明显上升，发酵第3天开始，沼气中的硫化氢质量分数开始下降.这是由于在发酵初期，蛋白质等大分子含硫物质经过水解酸化后分解出硫化氢，使硫化氢质量分数增大，而后随着甲烷菌的代谢，甲烷体积分数增大导致硫化氢所占比重开始下降［14］.图8 发酵温度对硫化氢质量分数的影响Fig.8 Influence of temperature on hydrogen sulfide content in anaerobic fermentation实验初期处于酸化阶段，硫化氢质量分数较高，这是由于在较低的发酵温度下，产甲烷菌活性较弱，产生的甲烷较少，硫化氢所占的比例较大.综上所述，可以看出19℃条件下厌氧发酵的日产气速率最小、日产气量最少、沼气中的甲烷日均体积分数最低、硫化氢日均质量分数最高.而中国的户用沼气池普遍采用自然发酵，料液温度随环境的变化而变化，显然沼气生产情况比19℃下生物质厌氧发酵更加糟糕.因此，为了提高生物质厌氧发酵速率、日产气量和沼气中的甲烷体积分数，并降低沼气中硫化氢产量，建议将沼气生产温度控制在37℃.3 结论1）对于高浓度发酵，温度对发酵速率的影响是最主要因素，52℃发酵罐产气速率最大，产气高峰比37℃提前3天，37℃比30℃提前1天.2）37℃时厌氧发酵的产气量和产甲烷量都是最大的.对TS为15%的发酵过程，37℃虽然发酵周期长于52℃，但发酵原料的利用更充分.52℃发酵适合于连续进料的快速产气过程，37℃更适合于充分消解原料过程.3）中国户用沼气池普遍采用自然发酵，料液温度随环境的变化而变化，沼气生产性能比19℃下生物质厌氧发酵更差.因此，为了提高生物质厌氧发酵速率、沼气品质，并降低沼气中硫化氢质量分数，建议将沼气生产温度控制在37℃.参考文献：［1］宁桂兴，申欢，文一波，等.农作物秸秆干式厌氧发酵实验研究［J］.环境工程学报，2009，3（6）：1131-1134.［2］李东，马隆龙，袁振宏，等.华南地区稻秸常温干式厌氧发酵试验研究［J］.农业工程学报，2006，22（12）：176-179.［3］张苗蕾，张从良，李顺义，等.含水量对牛粪和玉米秸秆干式厌氧发酵的影响［J］.江苏农业科学，2009，6（1）：401-403.［4］FATMA A，YUTAKA N，NAOMICHI N.Dry mesophilic fermentation of chicken manure for production of methane by repeated batch culture ［J］.Journal of Bioscience and Bioengineering，2009，107（3）：293-295.［5］任南琪，王爱杰.厌氧生物技术原理与应用［M］.北京：化学工业出版社，2004.［6］HQMMQE M，BADARNEH D，TAHBOUB K.Evaluating variable organic waste to produce methane［J］.Energy Conversion &Management，1999，40（13）：1463-1475.［7］郭甲生，秦朝葵，戴万能.变化气候条件下沼气池散热动态仿真［J］.中国沼气，2010，28（3）：8-10.［8］甘寿文，徐兆波，黄武.大型沼气工程生态应用关键技术研究［J］.中国生态农业学报，2008，16（5）：1293-1297.［9］贺延龄.废水的厌氧生物处理［M］.北京：中国轻工业出版社，1998. ［10］李想.农业废弃物干法厌氧发酵关键参数优化研究［D］.北京：中国农业科学院，2007.［11］BRAUN M，MAYER F，GOTTSCHALK G.Clostridium aceticum （Wieringa），a microorganism producing acetic acid from molecular hydrogen and carbon dioxide［J］.Archives of Microbiology，1981，128（3）：288-293.［12］吴满昌，孙可伟，李如燕.不同反应温度的城市生活垃圾厌氧发酵研究［J］.化学与生物工程，2005，22（9）：28-31.［13］余建峰.不同接种物氧发酵过程的影响［D］.郑州：郑州大学，2006. ［14］刘德江，张富年，邱桃玉.牛粪不同发酵浓度对沼气中甲烷及硫化氢含量的影响［J］.中国沼气，2008，26（5）：18-20.。
温度、TS对奶牛废物厌氧发酵产气性能影响
删
｛ Ｌ
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ｌ ３ ５ ７ ９
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】 １ ｌ １ １ ２１ ３ ５ ７ １ ３ ５ ７ ９ ２ ２ ２
２ １５ ５ ． ． ０℃ 时 ｐ Ｈ及 沼 气产 量随发 酵 时 间的 变化
与产 气 量成正 比。
２ ２ 不 同温度 、 同 Ｔ ． 不 Ｓ的产气 率分 析 实验 中不 同 温度 、 同 Ｔ 不 ｓ的产 气 率 分 析 如 图
１． ２ 由图 １ 看 出 ， 同 值 条 件 下 ， ０℃ 的产 ２可 不 ５ 气率 最高 ， 其次 是 ３ Ｉ， ４ ５ｃ 而 ５℃时最 低 。３ ＝ ０℃ 和
生物 的生存 环境 无法 生存 ， 致后 期产 气量 明显不 导
第 ４期
李 金娟 等 ：温度 、ｓ对奶牛废物厌 氧发 酵产 气性能影响 Ｔ
７ ６ ７ ２ ８ ４ ７ ７ ， ６ ８ ６ ４ ２ ６ ６ ； ８ ● ５
・２ １５・
足 ， 后不 产气 。而 Ｌ组 产 气 效 率更 低 ， 期 明显 最 后
量也 分别 为 ２ ６ｍ ２ ２ｍ 和 ２ ０ｍ ． ３ ｌ、２ ｌ １ １Ａ组 反应 原 料浓 度 相对较 低 ， 达不 到有 效繁 殖所需 浓度 和缺 少
ｐ 采用 精密 ｐ Ｈ： Ｈ试纸 测定 ， 两天 测一 次 。 每 沼气产 量 ： 排水 集气 法测 定 ， 每天 测一 次 。
第 ４期
李金 娟 等 ：温度 、 ｓ Ｔ 对奶 牛废 物厌 氧发酵产气性能影响
１ ３ 测定 指标 与方 法 ． Ｔ ： 干法 Ｓ烘
产 气 量 与 ｐ 变 化 密 切 相关 。Ａ、 、 Ｈ Ｂ Ｃ三组 产
畜禽粪便两相厌氧发酵的实验
组，但是高于 10%质量分数组。这两组的最大酸化
率分别为 11.7%和 11.5%，都出现在第 11 天。由此
可知，随着料液质量分数的升高，酸化率是逐渐降
低的。
6.80
6.60 6.40 6.20
35℃-6% 35℃-8% 35℃-10%
pH
6.00
5.80
5.60
5.40
5.20 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19
温度对水解酸化的影响；二是在最优温度下研究进 料质量分数对水解酸化的影响；三是采用前两部分 的结论进行维持高产气实验，从而得到高的容积产 气率。
收稿日期：2007-04-17 作 者 简 介 ：吴 志 清（ 1981-），男 ，福 建 上 杭 人 ，在 读 研 究 生 ，（ E-
mail）wanpliang@。
2008 年 2 月
农机化研究
第2期
畜禽粪便两相厌氧发酵的实验
吴志清，李文哲，王忠江
（东北农业大学 工程学院，哈尔滨 150030）
摘 要：实验研究了不同温度（25℃、30℃和 35℃）和不同进料质量分数（6%、8%和 10%）对牛粪水解酸
化的影响。结果表明，温度和进料质量分数对牛粪水解酸化过程有很大影响。在酸化温度为 35℃、进料质
地位，部分新建的沼气工程采用了这一先进的工艺 基础上运用全混合式中温两相厌氧发酵工艺，研究
技术。中温两相厌氧发酵可使猪粪、牛粪和鸡粪的 提高容积产气率的方法。
容 积 产 气 率 分 别 达 到 1.7～ 2.2m3/(m3·d)，1.2～ 1.5 m3/(m3·d)和 2.4～4.2m3/(m3·d)[2-6]。国外在这方
- 142 -
2008 年 2 月
不同温度猪粪厌氧发酵甲烷产量和产能实验
酵罐 、 气罐 和 温 控 系 统 组 成 ， 图 ｌ所 示 。发 酵 罐 集 如
为容积 ５ Ｌ的倒置密封塑料桶 ， ０ 底部设置由阀门开关 控制的集气 管道和沼液取样 管道。集 气管道通至集 气罐 ， 用于沼气产气计量。整个发酵装置放置于木质 保温箱内 ， 由温控 系统调控 ， 使箱 内温度保持恒定 。
２１ ０ ０年 ４月
农 机 化 研 究
第 ４期
不 同 温 度 猪 粪 厌 氧 发 酵 甲 烷 产 量 和 产 能 实 验
魏 荣荣 ，成 官文 罗介 均。 梁 凌 朱宗 强 徐 珊 ， ， ， ， ，韦文 渊
（ 林 理工 大 学 ａ 资源 与 环境 工 程 系 ；ｂ 广 西 环境 工 程 与保 护 评价 重 点实 验 室 ，广 西 桂林 ５ ｌ ０ 桂 ． ． ４ ０ ４）
关键 词 ：厌 氧 发酵 ； 甲烷 ；温度 ；能源 ；猪 粪 中图分 类号 ： ￥ １ ． ２ ６４ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ３—１ ８ ２ １ ０ ０ ７ ０ ８ Ｘ（ ０ ０）４－ １ ０— ５
０ 引 言
随着农 村 经济 的发展 和农 业 结 构 的调 整 ， 畜禽 养 殖 已由过去 的农 户 分 散养 殖 过 渡 为 集 中养 殖 ， 大 多 并 集 中在 城 市 附近 ¨ 。 向城 市 周 边 排 放 大 量 的畜 禽 粪 Ｊ 便 及 污 水 ， 畜 禽粪 便 污染 成 为 突 出的 环 境 问 题 ， 使 严 重 威 胁 城 乡 环 境 质 量 ； ～ 方 面 ， 禽 粪 便 又是 优 另 畜 质 的厌 氧发 酵原 料 ， 效 地 利用 畜禽 粪 便 发 酵 生 产 沼 有 气 ， 废为 宝 ， 变 实现 畜 禽 粪便 的能 源 化转 换 ， 少 化 石 减 燃 料 的消耗 。因此 ， 施 畜禽 粪 便 厌 氧 发 酵 对 于 发 展 实
一种提高猪粪厌氧发酵甲烷产气量的方法[发明专利]
![一种提高猪粪厌氧发酵甲烷产气量的方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/58728c46dd3383c4bb4cd2fc.png)
专利名称：一种提高猪粪厌氧发酵甲烷产气量的方法专利类型：发明专利
发明人：邹书珍,涂海蓉,骆小玉
申请号：CN202110077680.7
申请日：20210120
公开号：CN112645556A
公开日：
20210413
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种提高猪粪厌氧发酵甲烷产气量的方法，以猪粪为发酵底物，加水并调节发酵底物的碳氮比为35，在发酵底物中添加四环素，使得发酵液中四环素的浓度为80mg/kg，采用中温厌氧发酵的方法发酵。
本发明通过调节发酵底物解除四环素对猪粪厌氧发酵的抑制作用，可以显著提高甲烷的产气量。
申请人：西华师范大学
地址：637001 四川省南充市顺庆区师大路1号
国籍：CN
代理机构：北京众合诚成知识产权代理有限公司
代理人：刘妮
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温度对有机废弃物产甲烷的影响
姓名： 学号： 导师：
主要内容
一 有机废弃物 二 有机废弃物的处理方法 三 厌氧发酵产甲烷机理 四 影响产甲烷的因素 五 温度对产甲烷效果的影响 六 现有沼气工艺增温技术
一 有机废弃物
有机废弃物是指生活垃圾中含有有机物成分的废弃物。主要是纸、 纤维、竹木、厨房菜渣等。城市生活垃圾中50%以上为有机垃圾，且逐 年增长。对于有机垃圾可采用回收再生利用、焚烧、堆肥和卫生填埋等 方法进行处理、处置。
(1)富氮原料
富氮原料主要是指人、畜和家禽粪便。这类原料粒较细，含有较多的易分解 化合物，氮素的含量较高，其原料的碳氮比(含碳量与含氮量的比)一般都小于 25:1，因此不必进行预处理。这种原料是我国农村沼气发酵原料的主要来之一。 这种原料的特点是发酵周期较短，产气速度快。 (2)富碳原料 富碳原料主要指各种农作物秸秆。其碳素含量较原料的碳氮比一般都在30:1 以上。与人、畜粪便一样，农作物秸也是我国农村主要沼气发酵原料之一。这种 原料的特点是分解度较慢，产气周期较长。使用这种原料需进行预处理，以提高 产气果。
4. 4适宜的酸碱度
在沼气发酵过程中，沼气微生物适宜在中性或微碱性的环境中生长繁殖，因 此池中发酵液的酸碱度以6.8~8.5 PH值为佳，PH值在6.4以下和9以上都会对反应 产生抑制作用。pH值在5.5以下时，产甲烷菌的活动完全受到抑制。在正常情况 下，沼气发酵过程中的pH值变化是一个自然平衡过程，一般不须要进行人为的调 节。但如果配料不当或操作管理不合理，可能会导致大量挥发酸积累，从而使pH 值下降。在日常管理中，可能会遇到pH值过高或过低影响产气的情况，此时便需 要进行人为调节，通常有以下几种方法。 (l)取出部分发酵原料，再补充等量加接种物的新鲜富氮有机原料(如人畜粪便) 和水，使发酵原料的浓度稍低些; (2)向池中加入适量的草木灰或氨水，调节pH值; (3)适当加入牛、马粪便，并加水冲淡，此法可用于pH值过高。
温度对畜禽粪便稻草混合干式厌氧发酵的影响
农业环境科学学报2011,30(4):782-786Journal of Agro-Environment Science摘要：通过在畜禽粪便中添加稻草进行混合干式发酵来产生沼气，在发酵原料C/N=28.3、TS=21.3%的条件下，研究了常温、中温（36℃）和高温（55℃）条件对畜禽粪便稻草混合干式厌氧发酵产沼气性能的影响。
结果表明，常温组启动慢，日产气量少，不宜进行干式发酵；中、高温条件下干式发酵具有较好的产气效果，中温是较为合适的发酵温度。
中温组和高温组的有机负荷率分别为1.69kg ·m -3·d -1和1.89kg ·m -3·d -1，TS 产气率分别为0.237m 3·kg -1和0.208m 3·kg -1，池容产气率分别为0.401m 3·m -3·d -1和0.393m 3·m -3·d -1，实验研究结果对干式发酵的实际应用具有一定的指导意义。
关键词：干式厌氧发酵；畜禽粪便；稻草；温度；沼气中图分类号：S216.4文献标志码：A文章编号：1672-2043(2011)04-0782-05温度对畜禽粪便稻草混合干式厌氧发酵的影响石利军1，2，班立桐1，2，刘惠芬1，2，郝建朝1，2，张伟玉1，3*（1.天津中日农村环境·资源合作研究中心，天津300384；2.天津农学院农学系，天津300384；3.天津农学院机电系，天津300384）Effect of Different Temperature on Dry Anaerobic Digestion of Animal Manure and StrawSHI Li-jun 1,2,BAN Li-tong 1,2,LIU Hui-fen 1,2,HAO Jian-chao 1,2,ZHANG Wei-yu 1,3*（1.China-Japan Collaborative Research Center for the Rural Environment and Resource,Tianjin 300384,China;2.Department of Agrono －my,Tianjin Agricultural University,Tianjin 300384,China;3.Department of Electromechanical Engineering,Tianjin Agricultural University,Tianjin 300384,China ）Abstract ：Dry anaerobic digestion has advantage over wet anaerobic digestion by reducing the volume of the reactor,producing a more easily transportable fertilizers and high organic loading rates.Dry anaerobic digestion of animal manure and straw was conducted to produce biogas.Under the conditions of C/N=28.3and TS=21.3%,three different temperature levels of room temperature,mesophilic temperature （36℃）and thermophilic temperature（55℃）were applied to investigate the effect of operation temperature on dry digestion.The result showed that dry digestion under room temperature started up slowly with low biogas production,so normal temperature was unfit for dry digestion.Dry diges －tion under 55℃and 36℃proceeded steadily with high biogas yield and mesophilic temperature was more suitable for dry digestion.The or －ganic loading rates under 55℃and 36℃were 1.69kg ·m -3·d -1and 1.89kg ·m -3·d -1respectively with TS biogas production rates of 0.237m 3·kg -1and 0.208m 3·kg -1,and volume biogas production rates of 0.401m 3·m -3·d -1and 0.393m 3·m -3·d -1respectively.These results could provide instructive meaning to the engineering application of dry anaerobic digestion.Keywords ：dry anaerobic digestion;animal manure;straw;temperature;biogas收稿日期：2010-10-18基金项目：天津市农业科技成果转化项目（10ZHNZNC03500）作者介绍：石利军（1970—），男，山西大同人，博士，主要从事生物质能源工程研究。
高浓度猪粪打造甲烷发酵供热新技术
高浓度猪粪打造甲烷发酵供热新技术近年来，随着环保、能源清洁化的要求不断提高，人们对于可再生能源利用方面的研究也变得越来越迫切。
其中，甲烷发酵技术在农业废弃物处理及能源利用方面得到了广泛的应用。
而相较于其他垃圾和农业废弃物，猪粪作为大型养殖场的重要污染源和有机肥原料，共同推动了高浓度猪粪利用的研究和应用。
本文将重点探讨高浓度猪粪发酵产甲烷供热的可行性和应用前景。
一、高浓度猪粪发酵成甲烷的原理甲烷发酵是一种利用生物菌群将有机废弃物转化为沼气的过程。
而高浓度猪粪作为一种高浓度的有机物质，在一定条件下可以通过发酵产生可燃性气体，其中以甲烷为主要成分。
该过程一般经过两个阶段，第一阶段是挥发酸阶段（酸化阶段），通过菌群的代谢作用，分解出糖类、蛋白质等，转化为有机酸，如乙酸、丙酸等。
第二阶段是甲烷阶段（产沼气阶段），主要通过甲烷菌作用将有机酸进一步转化为沼气。
二、高浓度猪粪产甲烷供热的优势1. 能源来源丰富：猪粪作为农业废弃物，每年都会产生大量，可以实现资源的可持续利用。
2. 环保减排：由于猪粪的有机物质浓度较高，若将其处理方式单纯为填埋，不仅不能达到将资源充分利用的目的，还会进一步加重环境污染，而采用高浓度猪粪发酵产沼气供热技术，不仅能够减少废物的占用，同时也可以将有机物质转化为沼气，形成循环利用，减轻环境负担。
3. 节能降耗：采用高浓度猪粪发酵产沼气供热技术，可以替代传统化石燃料，从而节省能源资源，缓解高能耗行业的能源压力，降低能耗成本。
三、高浓度猪粪产甲烷供热技术的应用前景目前，高浓度猪粪发酵产沼气供热技术已经在一些大型养殖场得到了应用。
这些养殖场将猪舍、饲喂车间、垃圾等统一收集后，通过打造加热罐和沼气池，进行沼气生产，最终实现供暖、煮饭等需求。
未来，该技术有望在城乡能源利用中得到广泛应用。
以农村为例，众多的猪舍、养殖场等产生的猪粪可以通过发酵产沼气供热的方式替代传统的化石燃料，实现环境友好型城乡燃气。
不同恒温条件厌氧发酵的沼气成分研究
不同恒温条件厌氧发酵的沼气成分研究沼气是一种由厌氧菌在生物质有机物降解过程中产生的可燃气体，其中主要成分是甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2）。
由于沼气具有清洁、环保、低成本等优点，近年来被广泛应用于生产和生活领域。
为了提高沼气产量和质量，需要进一步研究沼气产生过程中各种因素的影响。
本文研究了不同恒温条件下厌氧发酵产生的沼气成分变化。
实验采用了常见的生物质有机物——玉米秸秆作为发酵底物，设置了三种恒温条件：35℃，45℃和55℃，并在相同条件下进行了连续15天的厌氧发酵实验。
在实验过程中，每隔一天对沼气成分进行采样分析，测定其中甲烷和二氧化碳的含量，并计算出甲烷产量和甲烷产率。
实验结果表明，不同恒温条件下沼气的甲烷和二氧化碳含量存在一定差异。
在35℃条件下，沼气中甲烷含量为50%左右，二氧化碳含量为45%左右，而在45℃和55℃条件下，甲烷含量分别提高至55%和60%，二氧化碳含量相应下降至40%和35%左右。
说明在较高的温度下，厌氧菌更容易将有机物转化为甲烷，甲烷产量和甲烷产率也随之提高。
此外，在不同恒温条件下，沼气产生过程的速率也有所不同。
在35℃条件下，沼气产生速率较缓慢，15天内仅产生了约2.8L沼气；而在45℃和55℃条件下，沼气产生速率明显加快，15天内分别产生了约6.5L和8.2L沼气。
因此，在实际应用中，为了提高沼气产量和速率，应尽可能选择较高的温度条件进行沼气发酵。
综上，本文通过实验研究了不同恒温条件下厌氧发酵产生的沼气成分变化情况。
实验结果表明，在较高的温度下沼气产量和甲烷产率均有所提高。
此外，实验结果还可以为生物质资源的利用和沼气发酵工艺的优化提供一定的参考和指导。
两相厌氧发酵过程监控系统的设计
两相厌氧发酵过程监控系统的设计李秋燕;吴树彪;庞昌乐;董仁杰【摘要】Anaerobic digestion is a complex process of microbial metabolism.It can eliminate pollutants as well as produce biogas,therefore showing bigger potential for practical application.As the scaling-up of the fermentation industry,here is an urgent request for real time monitoring and optimization of the anaerobic bVIEW has succeeded in on-line monitoring and automatic control of anaerobic digestion.In this study,an on-line monitoring and control system for two-phase anaerobic digestion process was developed based on LabVIEW,and its structure and the hardware composition as well as key technologies for the realization of each module were introduced in detail.This system,u-sing LabVIEW virtual instrument as development platform and integrating Multifunctional Dala Aquisi-tion Card,sensors and various executive devices,couldcollect,handle,store and automatically adjust parameters during the anaerobic digestion.Test results showed that this system could run stably and exhibited favorable performance in monitoring and optimizing the process.%厌氧发酵过程是一个复杂的微生物代谢过程,在去除污染物的同时还产生沼气,因此具有较强的实际应用价值.随着发酵工业生产规模的不断扩大,迫切要求对厌氧发酵过程进行实时监控和优化.LabVIEW在发酵过程的在线监测与自动化控制领域已经有了一些成功的应用.本文介绍了一种基于LabVIEW的两相厌氧发酵过程的在线监测与控制系统的设计.详细介绍了在线监控系统的结构和硬件构成,以及各个功能模块实现的关键技术.此系统利用LabVIEW虚拟仪器作为软件开发平台,结合多功能数据采集卡、传感器和各类执行机构,实现了厌氧发酵过程中各参数的采集、处理、存储和自动调控.试验表明:该系统运行稳定、能较好地实现发酵过程的监控与优化.【期刊名称】《云南农业大学学报》【年(卷),期】2012(027)003【总页数】6页(P418-423)【关键词】自动控制;厌氧发酵;LabVIEW;参数监测【作者】李秋燕;吴树彪;庞昌乐;董仁杰【作者单位】中国农业大学工学院能源工程与低碳技术研究室,北京100083;中国农业大学工学院能源工程与低碳技术研究室,北京100083;中国农业大学工学院能源工程与低碳技术研究室,北京100083;中国农业大学工学院能源工程与低碳技术研究室,北京100083【正文语种】中文【中图分类】S216.4生物发酵过程是一个复杂的过程，生物参量测量困难，影响因素错综复杂，很难用确定的数学模型来描述，加之缺乏在线检测发酵生物量参数的传感器，给生物发酵的自动化带来了困难。
不同恒温条件厌氧发酵的沼气成分研究
不同恒温条件厌氧发酵的沼气成分研究
沼气是一种具有高能量密度和低碳排放的可再生能源，可被广泛应用于能源生产、农业生产和环境保护等领域。
恒温是影响沼气发酵的重要因素之一，本文旨在研究不同恒温条件下沼气的产生和成分变化规律。
实验设计为在不同恒温条件下进行厌氧发酵实验，依次为30℃，35℃，40℃，每个实验组设置3个重复。
实验采用1L容积的发酵器，以牛粪为原料，添加适量的水和纤维素酶作为混合物，控制pH值在6.5～7.5之间，进行30天的发酵实验。
实验期间收集沼气样本进行成分分析，同时对温度、pH值、COD浓度等进行检测。
实验结果表明，在不同恒温条件下沼气产量存在明显差异。
30℃下沼气产量最低，平均为70mL/d，35℃和40℃下沼气产量分别达到平均120 mL/d和150 mL/d，其中40℃下沼气产量最高。
此外，不同恒温条件下沼气的CH4含量和CO2含量也存在差异，30℃和35℃下CH4含量分别为60%和65%，CO2含量分别为40%和35%；40℃下CH4含量和CO2含量分别为70%和30%。
研究发现，在不同恒温条件下沼气成分的变化规律主要受到两个因素的影响：一是厌氧菌的优劣；二是厌氧发酵的代谢途径。
随着温度升高，厌氧菌的代谢活性增强，沼气产量和CH4含量随之提高。
但过高的温度会破坏厌氧菌的细胞结构和代谢途径，影响沼气产量。
此外，厌氧发酵涉及到丰富的微生物种群和代谢途径，不同种类和比例的微生物对沼气成分和产量的影响也不同。
不同碳氮比下猪粪高温堆肥腐熟进程研究
不同碳氮比下猪粪高温堆肥腐熟进程研究作者：朱磊关文义程谦勋朱佳李孝良乔策策刘健健赵建荣武艳来源：《安徽农业科学》2022年第22期摘要［目的］有效处理养猪场养殖粪污，建立高效猪粪堆肥工艺。
［方法］通过工厂原位高温好氧堆肥试验，以猪粪为主料，以蘑菇渣、木屑为辅料，设置C/N分别为15.0（堆体1）、25.5（堆体2）、34.9（堆体3）的堆肥处理，研究不同碳氮比高温好氧堆肥过程中关键理化指标的变化。
［结果］堆体2的温度最高。
堆肥结束时各处理pH均符合国家有机肥标准，且堆体2和堆体3显著大于堆体1。
堆肥起始C/N逐步减小，至堆肥结束时，各处理C/N 分别13.3、16.6和20.5。
堆肥结束时各处理总磷、总钾含量比堆肥初始分别增加。
3个堆体中，堆体2和堆体3的发芽指数高于堆体表明其具有更高的腐熟度。
［结论］猪粪与蘑菇渣、木屑高温堆肥能有效处理猪场养殖废弃物，且C/N为25.5时堆肥效果最佳。
关键词猪粪；碳氮比；高温好氧堆肥；堆肥腐熟度中图分类号 S 141.4文献标识码 A文章编号 0517-6611（2022）22-0062-04doi： 10.3969/j.issn.0517-6611.2022.22.016开放科学（资源服务）标识码（OSID）：Study on the Decomposing Process of Pig Manure High Temperature Composting under Different Carbon and Nitrogen RatiosZHU Lei， GUAN Wen-yi， CHENG Qian-xun et al（Anhui Guozhen Sanitation Technology Co.， Ltd.， Hefei， Anhui 230000）Abstract ［Objective］To effectively treat pig farm manure and establish a high-efficiency pig manure composting process.［Method］Through the factory in-situ high-temperature aerobic composting test， pig manure was used as the main material， mushroom residue and sawdust were used as auxiliary materials， and the C/N values were set at 15.0（pile 1）， 25.5（pile 2） and 34.9（pile 3）， respectively.The changes of key physical and chemical indicators during high-temperature aerobic composting with different carbon-nitrogen ratios were studied.［Result］Pile 2 had the highest temperature. At the end of composting， the pH of each treatment conformed to the national organic fertilizer standard， and the pile 2 and pile 3 were significantly larger than pile 1.The initial C/N of composting gradually decreased， and at the end of composting， the C/N of each treatment was 13.3， 16.6 and 20.5 respectively. At the end of composting， the contents of total phosphorus and total potassium in each treatment were higher than those at the beginning of composting.Among the three piles， the germination index of piles 2 and 3 was higher than that of piles indicating that they had higher maturity. ［Conclusion］High temperature composting of pig manure， mushroom residue and sawdust can effectively treat pig farm waste， and the composting effect was the best when C/N was 25.5.Key words Pig manure;C/N;High-temperature aerobic composting;Composting maturity目前，畜禽養殖业的发展给环境造成不同程度的危害［1］。
温度对猪粪发酵产沼气的影响
温度对猪粪发酵产沼气的影响马媛;邓功成;赵洪;高礼安;李静;李永波【期刊名称】《广东农业科学》【年(卷),期】2012(039)018【摘要】以新鲜猪粪为原料,厌氧发酵180 d,研究不同温度(6、12、18、24、30℃)对发酵启动、产气量周期的影响.结果表明,各温度都能启动发酵,温度越高,产气量越多；发酵周期随温度的上升而缩短,低温(20℃以下)发酵周期为7个月,中温(20～45℃)发酵周期为4个月；每年需换大料2次,共耗时20～30 d；24℃时产气周期适宜,产气量高而稳定,是常温发酵的最适温度.【总页数】3页(P190-192)【作者】马媛;邓功成;赵洪;高礼安;李静;李永波【作者单位】黔南民族师范学院生命科学系,贵州都匀 558000;黔南民族师范学院生命科学系,贵州都匀 558000;黔南民族师范学院生命科学系,贵州都匀 558000;黔南民族师范学院生命科学系,贵州都匀 558000;黔南民族师范学院生命科学系,贵州都匀 558000;黔南民族师范学院生命科学系,贵州都匀 558000【正文语种】中文【中图分类】S216.4【相关文献】1.猪粪和玉米秸秆的不同配方比对厌氧发酵产沼气的影响 [J], 王悦;张润;刘莎2.接种物对秸秆猪粪混合干式厌氧发酵产沼气的影响 [J], 井良霄;邱凌;李自林;刘芳;周彦峰3.投加产氢菌对猪粪厌氧发酵产沼气的影响 [J], 丁福贵;任春丽;张炳宏;董亚萍;张卫红4.进料浓度对猪粪批式和连续厌氧发酵产沼气的影响 [J], 丁福贵;李欣;张炳宏;陈凯;陈大兴5.粪草比对猪粪与稻草干发酵产沼气及古菌群落的影响 [J], 齐利格娃;高文萱;杜连柱;梁军锋;孔德望;沈晨;张克强因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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摘 要: 实 验 分 4 组 进 行, 以猪 粪 为 原 料, 加 入驯 化 过 的 接种 物 , 控 制 总 固体 浓 度 为 6. 6% , 发 酵 温 度 设 置 为 室 温
( 平 均 15e ) , 20, 35 和 5 5e , 记 录 41d 产 气量 。 通 过甲 烷 含 量 的测 定 和 甲 烷累 计 产 量 、产 能的 计 算 , 探 究 猪 粪 厌
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2010年 4月
农机 化 研 究
第 4期
55e 组持续到 27d后也开始大幅下降; 20e 组到 36d 后才开始降低; 室温组则 没有太大变化。可见, 温度 对物料消耗时间有影响, 温度高, 物料消耗快, 发酵周 期短。对于大中型已建沼气装置的 畜禽养殖场, 可以 通过适当提高 进料温度 和反应温 度缩短禽 畜粪便的 消化周期, 提高处理效率。 2. 2 不同温度条件猪粪厌氧发酵甲烷产量变化
37. 945 50 40. 605 70
4# 37. 710 20 31. 389 50 32. 675 05 35. 119 75 34. 133 80 31. 778 50 37. 521 60 37. 408 40
二氧化碳含量
2#
3#
50. 413 55 47. 550 20
48. 097 00 35. 923 05
45. 000 75 37. 509 25
41. 584 15 39. 843 90
38. 424 85 41. 324 75
35. 509 20 40. 809 60
37. 459 00 41. 749 70
3) 甲烷含量使用色谱法分析。甲烷含量分析使 用 SP- 6890型气相色谱仪 ( 山东 鲁南瑞虹 化工仪器
有限公司生产 ) 测定。测定 条件: 色谱柱为 不锈钢填 充柱, 填 充 碳 分 子 筛 ( TDX - 01 ) ; 柱 长 为 1. 5m @ < 3mm; 柱温为 60e ; 汽化温度为 80e ; 检测器温度为 100e ; 载气 为氢气; 手动进 样, 进 样量为 100uL。每
酵 也 能 得到 较 高 的 产能 , 但发 酵 周 期 较长 , 适 合 规 模 小、粪便 产 量 较 少的 养 殖 场 。对 于 年 均 气温 接 近 20e 的 广 大
华 南 地 区, 农 户利 用 20e 常 温 发 酵也 能 得 到 较好 的 产 能 效益 。 要 进 一步 提 高 厌 氧发 酵 产 能 , 必 须改 进 发 酵 装置 ,
厌氧发酵受到众多因素影响, 尤其是受温度影 响 [ 3- 5] 较大。发酵温度升高, 能加速沼气生产, 但维持 温度恒定 的能耗也 大大提升。如何 兼顾畜禽 粪便消 化效率和产能的关系成为重要的课题。为此, 以猪粪 为原料展开相关研究, 探究畜禽粪便厌氧发酵的适宜 温度条件, 以期为养殖企业沼气发酵提供科学指导。
甲烷含量
时间 /d
1#
2#
3#
4#
9
42. 721 05 44. 392 80 47. 865 95 50. 418 05
13
41. 578 90 46. 598 60 55. 017 95 58. 530 10
18
42. 485 55 48. 742 90 59. 520 45 55. 440 70
41
45. 499 20 60. 519 70 53. 579 50 48. 115 75
时间 /d
9 13 18 22 27 31 36 41
1# 37. 078 35 49. 359 15 45. 822 30 49. 710 50 53. 191 50 52. 715 10 56. 027 40 50. 587 80
表 1 反应器原料投配
Tab. 1 M aterial of anaerob ic d igestion
发酵 装置
1#
原料 种类
猪粪 沼液 清水 总计
实投 质量
/kg 7. 4 2. 3 15. 8 25. 5
折合 干固体占
干质量 总质量比例
备注
/kg
/%
1. 48
5. 8
0. 20 0
0. 8 猪粪 TS 19. 9%
( TS )、沼气日产量和甲烷含量。 1) TS使用 105~ 110e 烘干重量法测定。 2) 沼气日产量使用水压式集气法测定。沼气日
产量使用医用 6L 肺活量测定仪 ( FL J- A, 常州好德医 疗器械厂生产 ) 测定, 早中晚各测定 1次并记录时间, 用 24h累计产气量作为日产气量, 再由克拉伯龙方程 ( C lapyron equat ion ) 将 各 温 度 组 产 气 体 积 换 算 为 98kPa、常温 25e 条件下的体积, 比较沼气产量变化。
0 引言
随着农村经济的发展和农业结 构的调整, 畜禽养 殖已由过去的农户分散养殖过渡为集中养殖, 并大多 集中在城 市附近 [ 1] 。向城 市周边排 放大量的 畜禽粪 便及污水, 使畜禽 粪便污染成为 突出的环境问 题, 严 重威胁城 乡环境质量 [ 2] ; 另一方 面, 畜 禽粪便又是优 质的厌氧发酵原料, 有效地利用畜禽粪便发酵生产沼 气, 变废为宝, 实现畜禽粪便的能源化转换, 减少化石 燃料的消耗。因此, 实施畜禽粪便厌氧发酵对于发展 再生能源和保护环境有重大意义。
各组 41d累计产气量如图 3所示。
图 3 累计产气量 变化 F ig. 3 Cumu lat ive b iogas yield at d ifferent tem peratu res
由图 3可以看 出: 在相同 质量发 酵原 料条件 下, 55e 高温组累计产气量 最高, 达 到 693. 4L; 35e 中温 组次之, 达到 641. 7L; 20e 组和室温组分别为 471. 6L 和 294. 1L。累计产气量随温度的升高明显升高, 说明 温度升高能促 进发酵微生物 生长, 增加微生物活 性, 从而加 速物 料复 杂有 机质 的分解 [ 7] , 并产 生大 量沼 气。随着发酵的进行, 不同温度组产气开始不同程度 的衰减。 35e 组在 反应 15d 后 沼气 产量 迅速 减 少;
2010年 4月
农机 化 研 究
第 4期
不同温度猪粪厌氧发酵甲烷产量和产能实验
魏荣荣 a , 成官文 a , 罗介均 a , 梁 凌 a , 朱宗强 b , 徐 珊 a , 韦文渊 a
( 桂 林理 工 大 学 a. 资源 与 环 境 工程 系 ; b. 广 西 环 境 工程 与 保 护 评价 重 点 实 验室 , 广 西 桂林 541004 )
产甲烷菌为极端严格厌氧微生物 [ 8] , 生长繁殖需 要严格的厌氧环境。为了减少装料, 启动期混入空气 的影响, 沼气色谱检测从第 9d开始, 发酵至 41d, 共检 测 8次, 色谱检测出甲烷、二氧 化碳和杂质气 3 种气 体, 具体结果如表 2所示。
表 2 沼气各组分气象色谱检测含量 Tab. 2 G as chrom atograph test resu lts of b iogas com ponen t %
22
44. 031 00 54. 009 45 55. 323 05 50. 081 95
27
41. 626 15 59. 467 80 53. 857 90 56. 439 95
31
44. 444 10 62. 874 15 54. 524 55 58. 086 85
36
42. 816 65 60. 964 40 53. 685 55 51. 757 45
氧 发 酵 的最 适 温 度 条件 。 结 果 表明 , 低 温 不 利 于 甲 烷 的 生 产, 温 度 升 高 能 较 大 幅 度 地 提 高 甲 烷 的 产 量。 为 了 兼
顾 消 化 时间 和 产 能 效益 , 以 35e 中温 条 件 、31d 为 发 酵周 期 , 对 规 模 较大 幅 度 地 的养 殖 场 较 为 适 宜。 20e 常 温 发
4d检测 1次, 记录各组甲烷含量。
2 结果与分析
2. 1 不同温度条件猪粪厌氧发酵沼气产量变化 不同温度厌氧发酵沼气产量如图 2所示。
图 2 日产气量 变化 Fig. 2 B iogas daily yield at d ifferent tem peratures
由图 2可以看出, 沼气产量主要集中在反应前期。 在反应前 20d, 温度 高产气量也高, 且增长 迅速; 35e 中温组 在第 3d 就进入产 气高峰期; 55e 高温 组因投 料温度变化大, 产甲烷菌还没有适应高温环境, 导致 产气时间和产气高峰滞后, 显示温度急骤变化给产甲 烷微生物活性带 来显著 影响 [ 6] ; 室 温组 ( 平 均 15e ) 和 20e 组产气量虽然也呈上升趋势, 但是增长较为平 缓, 产气量也明显低于中温和高温组。
1. 2 实验材料 实验采用鲜猪粪作为发酵原料, 以常温发酵沼气
池的沼液为接种物, 猪粪和沼液均来源于桂林市七星 区花园村养殖场。 1. 3 实验方法 1. 3. 1 接种物驯化
为了使 接种 物 满足 实 验要 求, 以 猪粪 为 驯化 底 物, 通过调整温度对接种物进行不同温度适应性驯化 培养。培养装置编号为 1# , 2# , 3# 和 4# 共 4组, 各组反 应物料和接种物用量相同, 总固体浓度为 6. 6% , 接种 物含量为 39. 2% , 原料总质量为 25. 5kg。驯化温度分
1 实验装置及其研究方法
1. 1 实验装置 实验装置为自制的恒温厌氧发 酵装置, 主要由发
收稿 日期: 2009- 07 - 01 基金 项目: 广西高 校人才小 高地建 设 / 环境 工程 0创 新团 队资 助计 划
(桂教人 [ 2007 ] 71 ); 广西重 点实 验室 研究基 金项 目 ( 桂科 能 0801Z005) 作者 简介: 魏荣荣 ( 1983 - ) , 男, 福 建松溪人, 硕 士研究 生, ( E - m ail) w illenw e@i 163. com。 通讯 作者: 成官文 ( 1962 - ) , 男 , 湖 北荆 州人, 教 授, 博 士, ( E - m ail) chenggw@ g lite. edu. cn。