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小麦秸秆高浓度厌氧梯度预发酵的中试研究

中国沼气 2024年

作者：陈若曦何会班赵业华宋晓乐刘松袁旭峰崔宗均北京化工大学中国农业大学北京盈和瑞环境科技有限公司

针对现有主流秸秆沼气工程中秸秆原料疏水性强，浮渣结壳严重而运行稳定性差，产气效率低，以及传统“水解酸化”技术碳损失严重等问题，采用高浓度厌氧梯度反应器，以小麦干秸秆为原料在中试规模下(112 m3)探讨了短时间的厌氧预发酵对... 详细信息

针对现有主流秸秆沼气工程中秸秆原料疏水性强，浮渣结壳严重而运行稳定性差，产气效率低，以及传统“水解酸化”技术碳损失严重等问题，采用高浓度厌氧梯度反应器，以小麦干秸秆为原料在中试规模下(112 m3)探讨了短时间的厌氧预发酵对小麦干秸秆的浸水及甲烷回收发酵效果，以期获得秸秆前处理技术的突破。结果表明，随着水力停留时间从20天缩短到5天，虽然日产气量、甲烷浓度逐渐下降，有机酸有所积累，但5天停留时间下，仍能获得1.73 m3·m-3d-1的容积产气率和39.2%的甲烷含量，有效减少了原料碳素损失；在反应器内仅需2.5 d的发酵达到了静止下96 h的吸水效果，秸秆能够完全吸水沉降。随着物料停留时间的缩短，反应器内有机酸含量增加，其浓度依次为丁酸含量(6600～18381 mg·L-1)，乙酸(516～4002 mg·L-1、丙酸(196～1213 mg·L-1)，但pH值仍保持7以上。16S高通量测序结果表明，Firmicutes和Bacteroidetes是反应器内水解优势菌，Methanosarcina和Methanobacterium是两个优势甲烷菌属。随着水解加深，Methanosarcina的丰度相对下降，Methanobacterium的丰度相对上升，而总甲烷菌数量下降，导致甲烷产量略有减少。综合产酸、产气能力及秸秆沉降特性，表明本研究采用的高浓度厌氧梯度发酵秸秆吸水效果和甲烷回收效果显著，在秸秆沼气工程中具有良好应用潜力。

关键词：秸秆沼气梯度厌氧发酵秸秆吸水沉降预发酵产气中试研究

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论另类非常规天然气——生物天然气的开发

天然气工业 2013年第1期33卷 137-144页

作者：程序崔宗均朱万斌中国农业大学生物质工程中心

非常规天然气目前已成为热门话题,在调研分析的基础上,论述了又一种已经初露锋芒、但在我国还远远未被重视的非常规天然气——生物天然气。任何有机物在无氧条件下,都可发生微生物厌氧发酵而产生沼气,再经过净化和提纯,就成为与常规天... 详细信息

非常规天然气目前已成为热门话题,在调研分析的基础上,论述了又一种已经初露锋芒、但在我国还远远未被重视的非常规天然气——生物天然气。任何有机物在无氧条件下,都可发生微生物厌氧发酵而产生沼气,再经过净化和提纯,就成为与常规天然气完全同质的生物天然气(Bio-Natural Gas),又称生物甲烷(Biomethane)。其实质是将需要几亿年地质过程才能完成产生天然气的过程,压缩到几个月乃至更短的时间。在最近不到20年内,生物天然气在欧盟国家已发展成具相当规模的产业。与页岩气和煤层气相比,其技术成熟度和经济可行性更为优越:能够大量地提供任何可再生能源均无法提供的实物态车用燃料和燃气,而且是碳"零排放"乃至"负排放"的。我国生物天然气的资源非常丰富,近中期内有年产1 500×108 m3以上的潜力,但迄未引起足够的重视。创建若干个1 0×108 m3级的生物天然气"绿色气田",对从根本上破除对产业沼气的偏见、大幅度减少温室气体排放量以及提高能源自给率都具有重大现实意义。

关键词：中国生物天然气产业沼气非常规天然气 “绿色气田” 技术成熟度经济可行性

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呼之欲出的中国生物天然气战略性新兴产业

天然气工业 2013年第9期33卷 141-148页

作者：程序崔宗均朱万斌中国农业大学生物质工程中心

生物天然气能源具有低成本、绿色、清洁、环保、可持续性等优势,是替代汽油、天然气、石油液化气和煤炭等最好的生物质可再生能源。鉴于欧盟国家近年来成功开发车用生物天然气的经验,为推动我国生物天然气产业的发展,分析了当前我国在... 详细信息

生物天然气能源具有低成本、绿色、清洁、环保、可持续性等优势,是替代汽油、天然气、石油液化气和煤炭等最好的生物质可再生能源。鉴于欧盟国家近年来成功开发车用生物天然气的经验,为推动我国生物天然气产业的发展,分析了当前我国在这个领域存在的5大问题(中国传统沼气产业的转型升级、新型城镇化难题、温室气体减排、治霾问题、提高能源自给)。结果表明:生物天然气车用时比汽油、柴油及常规天然气能更有效地减少汽车尾气CO2和致霾物的排放,在当前我国面临石油和天然气对外依存度急剧上升,迅速增加的机动车已成为大中城市雾霾天气的"罪魁祸首",农民苦于找不到能长久居"卖方市场"产品的大背景下,应尽快开发我国的生物天然气产业。进一步介绍了欧盟各国成功开发、应用生物天然气能源的经验和做法,剖析了中国沼气行业当前陷入重重困境的根源。结论认为:国家能源主管部门应抓住难得的机遇,做出规划,制定扶持政策;沼气企业和技术人员要更新观念,推进传统沼气工程的转型和技术升级,以建成生物天然气战略性新兴产业。

关键词：沼气转型车用生物天然气霾治理碳减排多功能战略性新兴产业欧盟国家中国

菌群预处理对高粱秸秆乙醇-甲烷联合转化效率的影响

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农业环境科学学报 2022年第3期41卷 631-638页

作者：曹燕篆苏婉樊文华卜玉山刘奋武聂督李佳佳崔宗均山西农业大学资源与环境学院山西太谷030801 农业农村部环境保护科研监测所天津300191 中国农业大学农学院北京100193

生物燃料的生产和利用可减少人类对化石能源的依赖。秸秆富含木质纤维素,是生产生物燃料的重要原料之一,但其结构致密、复杂,生物降解难度大,需要预处理以提高能源转化效率。本研究利用复合菌系MC1预处理高粱秸秆,分析了不同处理时间秸... 详细信息

生物燃料的生产和利用可减少人类对化石能源的依赖。秸秆富含木质纤维素,是生产生物燃料的重要原料之一,但其结构致密、复杂,生物降解难度大,需要预处理以提高能源转化效率。本研究利用复合菌系MC1预处理高粱秸秆,分析了不同处理时间秸秆的降解特性,比较了秸秆单产甲烷发酵与乙醇-甲烷联产发酵的生物转化效率。结果表明:复合菌系MC1能有效降解高粱秸秆,预处理5 d秸秆的质量损失率达到39.64%,其水解液中可溶性化学需氧量(sCOD)及挥发性有机酸(VFAs)浓度达到最高,分别为8.10 g·L^(-1)和2.92 g·L^(-1)。预处理后秸秆单产甲烷发酵时,5 d-预处理体系的甲烷产量(以挥发性固体计)最大,达到180.68mL·g^(-1),比未处理秸秆提高了60.56%。预处理后秸秆乙醇-甲烷联产发酵时,5 d-预处理体系乙醇(以挥发性固体计)和甲烷产量最高,分别为79.18 g·kg^(-1)和239.50 mL·g^(-1),比未处理秸秆分别提高了173.78%和138.74%,且总产能达到11 947.04 kJ·kg^(-1),是未处理秸秆总产能的2.45倍。高粱秸秆预处理后进行乙醇-甲烷联产比其单产甲烷总产能高出8.21%~65.06%,表明微生物菌群MC1预处理与乙醇-甲烷联合转化是提高高粱秸秆能源转化效率的有效手段。

关键词：复合菌系MC1 高粱秸秆乙醇甲烷产能

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高温堆肥的生物化学变化特征及植物抑制物质的降解规律

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农业环境保护 2001年第4期20卷 206-209页

作者：朴哲崔宗均苏宝林中国农业大学作物学院农学系北京100094

采用现场堆肥制作过程中生化指标检测及种子发芽实验方法，研究了高温堆肥的生化变化特征及植物抑制物质的降解规律。结果表明，在堆肥制作中， pH和电导率较堆制前有所提高，且在持续高温阶段高于后期熟化阶段；纤维分解酶始终保持旺... 详细信息

采用现场堆肥制作过程中生化指标检测及种子发芽实验方法，研究了高温堆肥的生化变化特征及植物抑制物质的降解规律。结果表明，在堆肥制作中， pH和电导率较堆制前有所提高，且在持续高温阶段高于后期熟化阶段；纤维分解酶始终保持旺盛的活性，堆制前、中、后期各出现一个峰；脲酶活性在堆制前期迅速上升，中后期基本趋于稳定；相反过氧化氢酶活性前期呈下降趋势，在中后期有所回升；在整个堆肥制作中，堆肥浸提液严重影响种子发芽，最终堆制结束时发芽率也没有明显的提高。

关键词：农业废弃物高温堆肥生物化学特征植物抑制物质降解规律

柳枝稷与苜蓿的共发酵对厌氧发酵体系产气效率及微生物群落的影响

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中国农业大学学报 2022年第12期27卷 200-212页

作者：孙宇刘燕陈啸天于海茹袁旭峰赵洪颜崔宗均延边大学农学院吉林延吉133002 中国农业大学农学院北京100193 四川硕盟农业科技有限公司成都610093 延边州特色产业中心吉林延吉133002

为了探究远离畜牧区厌氧发酵的原料碳氮营养合理配比问题。以柳枝稷与紫花苜蓿为试验材料,进行两者5种相同含固率、不同配比的批次发酵试验,柳枝稷和苜蓿不同TS配比如下:A组为0∶4;B组为1∶3;C组为1∶1;D组为3∶1;E组为4∶0。通过对产... 详细信息

为了探究远离畜牧区厌氧发酵的原料碳氮营养合理配比问题。以柳枝稷与紫花苜蓿为试验材料,进行两者5种相同含固率、不同配比的批次发酵试验,柳枝稷和苜蓿不同TS配比如下:A组为0∶4;B组为1∶3;C组为1∶1;D组为3∶1;E组为4∶0。通过对产气量、pH、挥发性脂肪酸以及微生物群落变化的分析,探究发酵体系营养平衡及产甲烷特性。结果表明:柳枝稷与苜蓿为原料的5个组产气趋势均为三峰曲线,发酵1d后出现第一峰,5~8d出现第二峰,9~12d出现第三峰,随后下降至很低点;试验中苜蓿含量较多的A、B、C组产气高峰出现的早,在第9d产气基本结束,随着柳枝稷含量的增加产气峰往后延迟,D组在12d产气结束,纯柳枝稷的E组在15d产气结束,这时5个组分别完成总产气量的95.6%、93.3%、93.8%、94.4%、97.2%;累积产气量随柳枝稷含量的增加而增加,5个组甲烷产量分别为291.7、287.7、320.3、357.4和362.2mL/g VS;随柳枝稷含量的提高,发酵体系pH的下降和挥发性酸的积累明显,纯柳枝稷的发酵体虽然产气多,但发酵体系稳定性下降,其中D组可以明显提高厌氧发酵体系的碳氮营养平衡和缓冲能力,提高发酵体系的稳定性;对5个组的微生物群落进行分析,结果表明:细菌主要的优势菌群为厚壁菌门和拟杆菌门,古菌的优势菌群为甲烷鬃毛菌和甲烷杆菌。综上,柳枝稷与苜蓿按原料含固率3∶1混合进行厌氧发酵,有利于厌氧发酵水解菌群和产甲烷菌群的大量增殖及产甲烷反应。

关键词：柳枝稷苜蓿厌氧共发酵碳氮平衡产气效率边际土地

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生长调节剂及增产菌对稻田异养固氮的影响

中国农业大学学报 1992年第S1期 94-99页

作者：崔宗均苏宝林王守林

用赤霉素(GA_3)、多效唑(MET)、增产菌处理稻田及分离培养的固氮菌,观察了三者对乙炔还原活性(ARA)的影响。田间处理12g·hm^(-2)GA_3后1个月内,稻株茎基部、根系及根际土 ARA 均被提高。处理450ghm^(-2)MAT 后1个月内,茎基部 ARA 受抑... 详细信息

用赤霉素(GA_3)、多效唑(MET)、增产菌处理稻田及分离培养的固氮菌,观察了三者对乙炔还原活性(ARA)的影响。田间处理12g·hm^(-2)GA_3后1个月内,稻株茎基部、根系及根际土 ARA 均被提高。处理450ghm^(-2)MAT 后1个月内,茎基部 ARA 受抑,根系及根际土ARA 受促进。GA_3及 MET 处理后过1个月,各部位 ARA 逐渐接近对照。增产菌田间处理后,根系 ARA 先被促进,处理后约20天又下降,低于对照。根际土 ARA 处理后1个月内也被促进,随后接近对照。对分离培养的固氮处管时,MET 显著促进其 ARA(约5倍),GA_3微弱促进(约30%),增产菌则无促进作用。GA_3及 MET 对分离培养的固氮菌 ARA 的抑制浓度为80mg·kg^(-1)和2500mg·kg^(-1)远高于田间处理浓度。比较 GA_3、MET、增产菌对田间处理与分离培养菌处理结果认为三者对稻株 ARA 的影响是通过影响稻株代谢而起作用的。

关键词： GA5 MET 增产菌稻田固氮

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北方稻田异养固氮活性变化

中国农业大学学报 1992年第S1期 87-93页

作者：苏宝林崔宗均王守林

用乙炔还原法研究吉林延边地区与北京两个不同生态区稻田异养固氮活性变化,结果表明,两地稻田根际土乙炔还原活性(ARA)均在分蘖期及抽穗期出现高峰,并前期高峰比后期高峰高。北京稻田根系 ARA 也与根际土同步出现两次高峰,但前期高峰低... 详细信息

用乙炔还原法研究吉林延边地区与北京两个不同生态区稻田异养固氮活性变化,结果表明,两地稻田根际土乙炔还原活性(ARA)均在分蘖期及抽穗期出现高峰,并前期高峰比后期高峰高。北京稻田根系 ARA 也与根际土同步出现两次高峰,但前期高峰低于后期高峰。延边稻苗根系和两地茎基部 ARA 只有抽穗的一次高峰。延边稻田茎叶 ARA 有明显的单峰变化,而北京稻田则极微,这与两地空气湿度差异一致。在 ARA 高峰期两地相比,根系 ARA 较一致,根际土及茎部 ARA 以北京远高于延边,此现象又与两地气温差异一致。延边稻田土移至北京种稻时,各部位 ARA 变化趋势接近延边原地,而变化量则接近北京稻田。

关键词：北方稻田固氮活性变化

堆肥中高效降解纤维素林丹复合菌系的构建及功能

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环境科学 2005年第4期26卷 186-190页

作者：牛俊玲李国学崔宗均王伟东刘建斌中国农业大学资源环境学院北京100094 中国农业大学农学与生物技术学院北京100094

以4种高温期的堆肥样品为材料,经2种筛选方法、多代淘汰及其不同系之间优化组合,最后筛选驯化出一组能有效降解纤维素和林丹的复合微生物菌系.该复合系对滤纸、脱脂棉、稻秸粉和锯末等不同纤维素材料均有较强分解能力,相比之下对天然纤... 详细信息

以4种高温期的堆肥样品为材料,经2种筛选方法、多代淘汰及其不同系之间优化组合,最后筛选驯化出一组能有效降解纤维素和林丹的复合微生物菌系.该复合系对滤纸、脱脂棉、稻秸粉和锯末等不同纤维素材料均有较强分解能力,相比之下对天然纤维素含量高的碳源(如滤纸、脱脂棉)分解活性更高.两者的CMC糖化活性在第5d都达到40U以上,分解率达到95%以上.该复合菌系能在较大的pH范围内保持高的纤维素林丹分解活性,在pH为7.0、8.0、9.0条件下林丹降解率均较高,达到45%以上,而纤维素分解率也都在90%以上.而且在pH6～9之间的培养条件下,林丹降解与滤纸分解之间有很好的一致性.

关键词：堆肥纤维素林丹分解菌复合系功能