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牛粪和白菜尾菜混合厌氧发酵产甲烷潜能和动力学解析

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黑龙江八一农垦大学学报 2023年第6期35卷 81-87页

作者：于欣卉黄思思张富涛邹怀晨毕少杰王彦杰黑龙江八一农垦大学生命科学技术学院大庆163319 黑龙江省寒区环境微生物与农业废弃物资源化利用重点实验室

厌氧发酵是利用畜禽粪污资源化的重要手段。然而,牛粪中木质纤维素含量高、难以降解,导致其厌氧发酵产气效率低,限制了在牛粪中的应用。为优化牛粪厌氧发酵性能,拓宽原料来源,在中温(37℃)下进行不同比例白菜尾菜与牛粪混合的批次试验(... 详细信息

厌氧发酵是利用畜禽粪污资源化的重要手段。然而,牛粪中木质纤维素含量高、难以降解,导致其厌氧发酵产气效率低,限制了在牛粪中的应用。为优化牛粪厌氧发酵性能,拓宽原料来源,在中温(37℃)下进行不同比例白菜尾菜与牛粪混合的批次试验(混合比例为100:0、75:25、50:50、25:75和0:100)。结果表明,与白菜混合发酵可以提高牛粪的厌氧发酵性能。当白菜与牛粪混合比例为75:25时,产甲烷潜能达到最大值(419 mL·g^(-1))。此外,根据Gompertz模型的拟合结果,最佳混合比例下的累积甲烷产量、有效产甲烷时间和产甲烷速率均显著优于其他组。因此,白菜尾菜与牛粪混合厌氧发酵是实现较好产气效果的一种有效方法。

关键词：牛粪白菜尾菜厌氧发酵产甲烷潜能产甲烷动力学

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SPAC厌氧反应器的动力学特性研究

浙江大学学报（农业与生命科学版） 2009年第2期35卷 222-227页

作者：汪彩华郑平陈建伟唐崇俭余燚浙江大学环境与资源学院环境工程系浙江杭州310029

采用模拟废水,研究新型螺旋自循环(spiral automatic circulation,SPAC)厌氧反应器的动力学特性.通过物料衡算建立容积去除率与出水浓度间的关系,并用Monod模型拟合得到该反应器的最大比污泥活性qmax为1.010d-1,半速率常数KS为1.115g·L... 详细信息

采用模拟废水,研究新型螺旋自循环(spiral automatic circulation,SPAC)厌氧反应器的动力学特性.通过物料衡算建立容积去除率与出水浓度间的关系,并用Monod模型拟合得到该反应器的最大比污泥活性qmax为1.010d-1,半速率常数KS为1.115g·L-1,理论最大容积去除率(LVR)max为47.3g·L-1·d-1,实测容积去除率为最大值的80%左右.容积甲烷产率与容积去除率以及污泥生长速率与容积甲烷产率之间均具有良好的相关性.以蔗糖为基质时,基质甲烷产率系数为0.396L·g-1 CODremoved,菌体与甲烷产率之比为0.1785g·L-1.通过测定甲烷产量,可方便地了解反应器效能.

关键词： SPAC反应器基质降解动力学产甲烷动力学菌体生长动力学

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地黄渣半连续式厌氧处理试验研究

地黄渣半连续式厌氧处理试验研究

作者：王甲武汉工程大学

学位级别：硕士

全球面临来自环境污染与能源紧缺的压力,将厌氧生物技术用于有机固废的处理,可同时实现治理污染与生产能源。传统的固相或半固相厌氧反应器效率很低,为拓展厌氧消化技术的应用与发展,急切需要进行与之相应的高效厌氧反应器的开发研究,... 详细信息

全球面临来自环境污染与能源紧缺的压力,将厌氧生物技术用于有机固废的处理,可同时实现治理污染与生产能源。传统的固相或半固相厌氧反应器效率很低,为拓展厌氧消化技术的应用与发展,急切需要进行与之相应的高效厌氧反应器的开发研究,而其厌氧动力学研究是高效厌氧器的设计及其反应过程控制的关键。国内的中成药六味地黄丸生产过程中会产生大量的地黄渣,该药渣含丰富的营养物质,相比餐厨垃圾的高油脂高盐分和市政污泥的高无机物含量及重金属,地黄渣更适宜通过厌氧消化进行处理。对于厌氧消化过程而言,地黄有效成分提取过程中的蒸煮及减压蒸馏,可视为厌氧消化中的热水解预处理,促进其植物细胞溶解,也提高厌氧消化效率。显然,将地黄药渣经厌氧处理不仅可以无害化处理此类生物质固体废弃物,而且获得清洁能源。本文以中成药六味地黄丸生产过程中会产生的地黄渣为研究对象,在实验室条件下对其进行厌氧消化特性研究,根据地黄渣产甲烷势、最佳含固率及排泥量的影响,确定最佳反应条件以进行序批式和半连续式厌氧消化实验,对序批式和半连续式厌氧消化反应进行产甲烷动力学分析。由于厌氧代谢过程由多种菌群联合协同完成,其中间产物较为复杂,但对于驯化完成的厌氧菌群,其最终目标产物为甲烷。显然,在零级反应阶段,厌氧菌群的增殖不受底物浓度的限制,单位时间甲烷产量仅与厌氧菌群生物量相关。因此,本文首次提出以零级反应期间单位时间内表观的甲烷体积增量ΔV表征厌氧微生物增量Δx,并根据地黄渣厌氧反应动力学特性推导得出其厌氧菌群表观增殖动力学规律。并且,文中以上述的研究结果为依据设计了半连续式厌氧处理操作方式,以单次进出料周期为研究对象,对半连续式厌氧消化反应器进行物料平衡分析,进而得出以地黄渣为底物时半连续式厌氧消化反应器的容积产气率、容积负荷率、产沼气量与反应器有效容积的关系式和进出料量关系等相关参数模型,为厌氧微生物量及其增殖速率的表征提供新的思路,为半连续式厌氧消化处理类似有机固体废弃物的过程控制和优化设计提供理论依据。本文的主要研究结果如下:1.地黄渣的厌氧处理特性通过序批式进料的厌氧发酵实验确定地黄渣甲烷产率为92.8ml/g·vs,表明地黄渣是一种优质的厌氧消化原料适宜进行厌氧消化处理;分别设置消化混合物的ts为10%、15%、20%和25%,对比各发酵罐的产气情况,并确定了地黄渣厌氧发酵的最佳ts为15%;设置排泥周期为3天,并分别设置发酵罐的排泥量为总泥量的1/4、1/6和1/8,,对比分析各厌氧反应器零级反应阶段累计产甲烷量、产甲烷速率,确定地黄渣厌氧消化排泥量及排泥周期应根据厌氧菌群增殖量的变化而变化。2.序批式与半连续式进料的厌氧消化实验及动力学特性(1)按最佳泥药ts比为2:1进行序批式进料混合发酵,进料周期为7天并连续运行四个周期,结果表明四个周期内累计产甲烷量变化不大,但周期内第一天产甲烷量占总产甲烷量的比例由52.88%提高到63.95%,厌氧菌群生物量的增加使相同进料的转化速率明显增大,其0级反应动力学常数k分别为:143.1ml/h、150.2ml/h、159.5ml/h和170.7ml/h。(2)对序批式地黄渣厌氧发酵进行了动力学模型分析,结果表明,在序批式发酵的一个进料周期内产甲烷过程可分为两个阶段:第一阶段为00h,在此期间,累计甲烷产量处于零级反应,有益菌群无底物竞争,处于稳定增殖阶段,甲烷累积产量呈线性增长,其线性方程为:y1=106.88t1+81.667,其中y1为在时间t1(h,0产甲烷量(ml);第二阶段为第2068h,在此期间,有益菌群代谢模式为一级反应,无vfa累积并处于水解酸化限速阶段,其方程为:y2=3140[1-exp(-0.0337t2)],其中y2为在时间t2(h,20产甲烷量,实测数据与拟合曲线相关性分别为r2=0.9901和r2=0.9921。(3)以10小时为周期对地黄渣厌氧处理进行半连续式操作,对其中四个连续周期进行动力学分析,其零级反应动力学常数k分别为:240.47ml/h、254.39ml/h、264.45ml/h和279.75ml/h。半连续式操作实验持续160小时,共产生甲烷36833ml,处理地黄渣1173g。10小时内产甲烷量随着生物量的增加而逐渐增加,从第一个周期的1527ml到本轮实验结束时上升至3093ml。3.厌氧菌群表观增殖动力学分析及半连续式厌氧处理相关参数的确定通过公式推导,确定零级反应期间单位时间内甲烷体积增量ΔV与厌氧微生物增量Δx成正比关系,对微生物比增殖速率定义方程x=x0eμt及Monod方程(?)等方程进行推导及修改,根据实验数据对半连续式厌氧反应过程中周期内产甲烷量的自然对数进行作图,得出厌氧菌群的表观比增殖速率为0.121d-1,世代期为5.7d。通过产甲烷

关键词：地黄渣产甲烷动力学半连续式厌氧消化微生物增殖动力学容积产气率

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金银花露与午时茶药渣中温厌氧特性

环境工程技术学报 2017年第4期7卷 489-494页

作者：徐俊虎郭强缪巍史波芬刘涛中国城市建设研究院有限公司北京100120

以金银花露和午时茶药渣为研究对象,在(37±1)℃下利用自制的厌氧反应装置对药渣进行半固相中温厌氧试验,按厌氧污泥与药渣总固体质量比为1∶2、1∶1、2∶1和3∶0将厌氧污泥接种至药渣中。结果表明:当厌氧污泥与药渣总固体质量比为1∶1... 详细信息

以金银花露和午时茶药渣为研究对象,在(37±1)℃下利用自制的厌氧反应装置对药渣进行半固相中温厌氧试验,按厌氧污泥与药渣总固体质量比为1∶2、1∶1、2∶1和3∶0将厌氧污泥接种至药渣中。结果表明:当厌氧污泥与药渣总固体质量比为1∶1时,药渣产甲烷效果最佳,金银花露和午时茶药渣最终产甲烷量为78.2和109.0 mL/g。在接种厌氧污泥与混合药渣总固体质量比为1∶1前提下,金银花露药渣与午时茶药渣总固体质量比分别按0∶3、1∶1、1∶2、2∶1和3∶0配制厌氧发酵底物,在同样温度下进行厌氧发酵试验。结果表明:金银花露药渣与午时茶药渣总固体质量比为1∶2时,最终产甲烷量为138.2 mL/g,且在0~96 h厌氧反应产气较快,其动力学行为符合0级反应动力学方程,反应速率常数(k)为1.11 mL/(h·g)。为获得最大的产甲烷速率,厌氧反应应控制在0级反应阶段。

关键词：金银花露午时茶协同厌氧消化产甲烷动力学

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地黄药渣中温厌氧特性研究

湖北文理学院学报 2015年第5期36卷 21-26页

作者：徐俊虎黄升谋湖北文理学院化学工程与食品科学学院湖北襄阳441053 武汉工程大学化学与环境工程学院湖北武汉430074

在六味地黄丸制造过程中会产生大量的地黄药渣,该药渣富含蛋白质、淀粉、纤维素,葱酮、木质素、生物碱和微量元素.若利用厌氧消化技术对该固体废物进行资源化处理,能够实现从有机固体废物到清洁能源的转换,达到环境与能源的双赢.文章通... 详细信息

在六味地黄丸制造过程中会产生大量的地黄药渣,该药渣富含蛋白质、淀粉、纤维素,葱酮、木质素、生物碱和微量元素.若利用厌氧消化技术对该固体废物进行资源化处理,能够实现从有机固体废物到清洁能源的转换,达到环境与能源的双赢.文章通过自制厌氧消化器,以地黄药渣为原料,在37±1℃条件下进行研究,分别设置地黄药渣/接种污泥总固体质量比2：1,1：1,1：2,0：1,对比各消化器产气速率、产甲烷总量、产甲烷动力学常数等.结果表明,当地黄药渣/接种污泥的总固体质量比为1：1时,产气效果最佳,其0级反应的时间为0~12h,产气量为757 m L,产气动力学常数k为2.34 m L/h.另取两组厌氧消化器在相同条件下实验,只向其中一个消化器添加微量元素,结果表明外加微量元素对地黄药渣厌氧消化的影响不大,说明地黄药渣含有足够的微量元素满足厌氧菌的生长要求.

关键词：地黄药渣中温厌氧半固相产甲烷动力学

有机负荷对餐厨垃圾厌氧消化性能影响及动力学分析

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中国沼气 2023年第4期41卷 26-30页

作者：赵婉情阳红刘海鑫黄飚孙春江易卫华刘军中船重工环境工程有限公司湖北武汉430000

为探究有机负荷对餐厨垃圾厌氧消化系统的影响,在50 L全混合式厌氧消化反应器(CSTR)进行进料负荷从0.72增至3.86 kgVS·m^(-3)d^(-1)的梯度实验。同时采用Modified Gompertz模型研究不同进料负荷(1、2、3、4、5 kgVS·m^(-3)d^(-1))产... 详细信息

为探究有机负荷对餐厨垃圾厌氧消化系统的影响,在50 L全混合式厌氧消化反应器(CSTR)进行进料负荷从0.72增至3.86 kgVS·m^(-3)d^(-1)的梯度实验。同时采用Modified Gompertz模型研究不同进料负荷(1、2、3、4、5 kgVS·m^(-3)d^(-1))产甲烷动力学特性,开展生化产甲烷潜力(BMP)试验。结果表明,日产气量和挥发性脂肪酸(VFA)随着负荷的增加而波动上升,而吨VS产气量和碱度则随之下降;在负荷3.15 kgVS·m^(-3)d^(-1)阶段,VFA为2000 mg·L^(-1)左右,酸碱比在0.13左右,容积产气率在2.25 L·L^(-1)左右,系统稳定性强且厌氧消化效率高,此负荷为最佳负荷。BMP试验显示Modified Gompertz模型适合描述餐厨垃圾厌氧消化过程,最大产甲烷量和最高产甲烷率均随着负荷的增加而提高。

关键词：餐厨垃圾厌氧消化进料负荷产甲烷动力学