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总固体浓度、碳氮比和水力停留时间对奶牛粪便厌氧发酵产气及其沼液性质的影响

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总固体浓度、碳氮比和水力停留时间对奶牛粪便厌氧发酵产气及其沼...

作者：乔小珊西南大学

学位级别：硕士

随着社会物质生活水平的不断提高,人们对于奶制品的需求量也越来越大。因此奶牛养殖场生产规模和数量也逐渐增加,随之带来的奶牛粪便污染问题不容小觑。如今奶牛粪便的处理问题已成为奶牛养殖场能否达标排放和可持续发展的关键。厌氧发... 详细信息

随着社会物质生活水平的不断提高,人们对于奶制品的需求量也越来越大。因此奶牛养殖场生产规模和数量也逐渐增加,随之带来的奶牛粪便污染问题不容小觑。如今奶牛粪便的处理问题已成为奶牛养殖场能否达标排放和可持续发展的关键。厌氧发酵法因其具有动力消耗低、污泥产量少、能消除臭气、杀死致病菌和致病虫卵以及产生生物能源（沼气）等特点被奶牛养殖场广泛采用。而厌氧发酵过程文受多个因素的影响,在影响厌氧发酵的因素中总固体浓度（TS）、碳氮比（C/N）和水力停留时间（HRT）对于厌氧发酵过程的影响较大且人为调控简单、方便、更加经济可行;另一方面对于TS、C/N和HRT对奶牛粪便厌氧发酵综合分析方面的研究较少。因此本文采用序批式工况和半连续式工况相结合的方法,研究TS、C/N和HRT对奶牛粪便厌氧发酵产气与沼液性质的影响并寻求高效产气与沼液性质低值排放的适宜发酵参数TS、C/N和HRT,为奶牛养殖场沼气工程的参数选择提供理论依据。以奶牛粪便为发酵原料,采用序批式发酵方式,改变发酵料液TS和C/N,得到不同TS不同C/N下的产气效果（沼气产气速率、累积产气量、干物质产气率和平均甲烷含量）以及发酵过程中沼液性质（pH、VFA、COD、TN、NH、-N、TP）的动态变化曲线。结果表明,C/N为25条件下,厌氧发酵过程较稳定且启动较快;TS为2%-10%时,池容产气率由0.16m3/m3d逐渐增加到0.54m3/m3.d。干物质产气率、平均甲烷含量均在C/N为25、TS为6%时最高,分别达到236.46mL/g VS和68.59%;此时沼液COD去除率、氨氮变化率、TP去除率分别达到48.47%、80%和55%以上。以产气效果（干物质产气率、平均甲烷含量）、沼液性质（COD、 TN、TP去除率）为响应指标,采用因子序列生成法分析,进一步确认了序批式发酵产气效果好且沼液性质利于后续处理的适宜发酵参数是TS为6%和C/N为25。同样地,以奶牛粪便为发酵原料,采用半连续式发酵方式，固定筛选山的适宜发酵料液TS和C/N,得到不同HRT下的产气效果（沼气产气速率、累积产气量、干物质产气率和平均甲烷含量）以及发酵过程中沼液性质（pH、VFA、COD、TN、NH4+-N、TP）的动态变化曲线。结果表明,在整个试验周期中,前50d能正常产气而后10d则出现酸抑制现象;最大池容产气率为0.45m3/m3.d,出现在HRT为20d时,这个结果也为因子序列生成法所确认。为能预测奶牛粪便厌氧发酵过程中的产气状况便于人为操作和调控为实际应用提供理论依据和研究基础。对适宜参数TS为6%和C/N为25条件下的序批式发酵产气状况和TS=6%、C/N=25、HRT=20d条件下的半连续式发酵产气状况进行动力学分析,模拟了日产气量、累积产气址对发酵时间的动力学方程,均能很好拟合奶牛粪便厌氧发酵日产气量与累积产气量的变化曲线。综上所述,TS、C/N和HRT对奶牛粪便厌氧产气及其沼液性质有显著性影响,以产气效果好以及沼液COD去除率、TN去除率、TP去除率高为目标筛选的适宜发酵参数TS为6%、C/N为25、HRT为20d。本试验由于时间关系只以奶牛粪便作为发酵原料,只考虑了TS、C/N和HRT分别对厌氧发酵产气与沼液性质的单因素影响,在后续试验中可以进一步研究多原料多因素对厌氧发酵产气与沼液性质的复合影响。

关键词：沼气沼液总固体浓度碳氮比水力停留时间

不同温度下总固体浓度对厌氧发酵产气特性的影响

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不同温度下总固体浓度对厌氧发酵产气特性的影响

作者：宋籽霖西北农林科技大学

学位级别：硕士

沼气技术在缓解农村能源紧张问题的同时,还可以有效解决日益突出的环境污染问题,为土壤提供有机肥料,改善土壤、水体以及农村空气质量。为提高农村户用沼气产气量、最大限度发挥原料产气潜力,本试验在室内模拟发酵过程,研究了中温条件... 详细信息

沼气技术在缓解农村能源紧张问题的同时,还可以有效解决日益突出的环境污染问题,为土壤提供有机肥料,改善土壤、水体以及农村空气质量。为提高农村户用沼气产气量、最大限度发挥原料产气潜力,本试验在室内模拟发酵过程,研究了中温条件下总固体浓度对厌氧发酵产气特性(包括产气速率、累积产气量、产气效率)的影响,并通过SAS软件得出不同原料最适宜的发酵总固体浓度和温度,以期对户用沼气投料量有一定的理论指导,更大限度的实现农村废弃物的有效利用。通过自行研究设计的可控性恒温发酵装置,利用农村废弃物(麦秆、玉米秆、鸡粪、牛粪)进行厌氧发酵,以常温厌氧发酵池的底物为接种物,在20～40℃温度范围内,以5℃为梯度,设置4%、8%、12%、16%、20% 5个总固体浓度,进行批量厌氧消化试验,探索产气量与发酵料液总固体浓度和温度之间的关系,确定不同原料的最佳发酵温度以及进料量。主要结论如下: (1)在中温范围内(20～40℃),以作物秸秆、畜禽粪便或者粪秆混合物为原料进行发酵,在各试验浓度下均能够正常产气。最大产气速率一般随着温度和总固体浓度的升高而上升。不同总固体浓度的料液在各个温度下,产气速率虽不同,但是变化趋势基本类似:达到产气峰值后震荡下降,整个发酵过程中通常会有2～3次产气高峰。 (2)在中温条件下以秸秆为原料进行发酵,麦秆在温度为40℃,总固体浓度为16%时累积产气量最大;玉米秆在温度为30℃,总固体浓度为20%时累积产气量最大。麦秆在25.0℃,15.6%时产气效率最高;玉米秆在16.9%时,在中温范围内温度越高,产气效率越高。 (3)在中温条件下以畜禽粪便为原料进行发酵,鸡粪、牛粪均在温度为40℃,总固体浓度为20%时累积产气量最大;鸡粪在34.9℃,7.3%时产气效率最高;牛粪在9.2%时,在中温范围内温度越高,产气效率越高。 (4)在中温条件下以粪秆混合物为原料进行发酵,鸡粪、麦秆混合原料在温度为40℃,总固体浓度为16%时累积产气量最大;鸡粪、玉米秆混合原料在温度为25℃,总固体浓度为20%时累积产气量最大;牛粪、麦秆与牛粪、玉米秆混合原料均在温度为30℃,总固体浓度为20%时累积产气量最大。鸡粪、麦秆混合物在36.4℃,11.8%时产气效率最高;鸡粪、玉米秆混合物在32.8℃,14.6%时产气效率最高;牛粪、麦秆混合物在39.8℃,10.5%时产气效率最高,牛粪、玉米秆混合物在8.9%,高于30℃时,温度越高产气效率越高。 (5)发酵原料本身的特性(碳氮比、纤维含量等)对发酵最适宜的总固体浓度有较大影响,即在实际操作中可依据原料不同适当调整投料量,以获得更好发酵效果。

关键词：厌氧发酵总固体浓度秸秆畜禽粪便产气量产气效率

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总固体浓度对猪粪中温连续厌氧发酵的影响

陕西科技大学学报 2017年第4期35卷 27-31页

作者：常华李海红闫志英西安工程大学陕西西安710048 中国科学院成都生物研究所四川成都610041

以猪粪为原料,在中温(35℃)连续厌氧发酵的条件下,研究总固体浓度(TS)对产甲烷的影响.采用5L自制厌氧发酵装置,设置总固体浓度分别为4%、6%、8%、10%、12%进行连续厌氧发酵实验,以日产甲烷量、日产甲烷浓度、氨氮和挥发酸为评价指标.结... 详细信息

以猪粪为原料,在中温(35℃)连续厌氧发酵的条件下,研究总固体浓度(TS)对产甲烷的影响.采用5L自制厌氧发酵装置,设置总固体浓度分别为4%、6%、8%、10%、12%进行连续厌氧发酵实验,以日产甲烷量、日产甲烷浓度、氨氮和挥发酸为评价指标.结果表明:随着TS浓度的递增,日平均产甲烷量分别为2.38L、3.80L、2.35L、2.68L、2.04L;产甲烷浓度均维持在56%左右,只有TS浓度为12%时低于50%;挥发性脂肪酸(VFA)的浓度与TS呈正比,且TS浓度大于6%时,丁酸和乙酸会在系统内累积,抑制产甲烷菌的活动.综合各项指标,当TS浓度为6%时,厌氧发酵体系运行最稳定,产气性能最好.

关键词：总固体浓度猪粪厌氧发酵甲烷

不同固体浓度青贮玉米秸秆与牛粪混合发酵产沼气性能研究

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中国沼气 2017年第1期35卷 29-34页

作者：李志忠姚兴泉任海伟王宇杰李金平兰州理工大学生命科学与工程学院兰州730050 兰州理工大学西部能源与环境研究中心兰州730050 甘肃省生物质能与太阳能互补供能系统重点实验室兰州730050

为考察青贮秸秆与牛粪的混合厌氧发酵条件,文章研究了3种不同总固体浓度(10%,12%和14%)对二者中温发酵产沼气性能的影响,并用修正Gompertz模型对其产气过程进行动力学拟合。结果表明,总固体浓度为12%时的沼气产量和品质均高于另外2种固... 详细信息

为考察青贮秸秆与牛粪的混合厌氧发酵条件,文章研究了3种不同总固体浓度(10%,12%和14%)对二者中温发酵产沼气性能的影响,并用修正Gompertz模型对其产气过程进行动力学拟合。结果表明,总固体浓度为12%时的沼气产量和品质均高于另外2种固体浓度,该条件下的发酵液p H值,VFAs,COD和NH+4-N浓度变化有利于沼气发酵。用修正Gompertz模型能很好地拟合累积产甲烷量随时间的变化,拟合得到3个试验组的最大产甲烷速率分别为211.12,345.31和210.93 m L·d-1。说明TS 12%时的青贮玉米秸秆与牛粪混合发酵产沼气效果最佳。

关键词：青贮玉米秸牛粪混合发酵总固体浓度修正Gompertz模型

TS对青贮玉米秸秆与牛粪混合消化产气特性影响

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太阳能学报 2019年第4期40卷 1085-1092页

作者：任海伟姚兴泉李金平李志忠王宇杰张东兰州理工大学西部能源与环境研究中心兰州730050 兰州理工大学生命科学与工程学院兰州730050 西北低碳城镇支撑技术协同创新中心兰州730050

为优化筛选青贮玉米秸秆与牛粪混合消化时的总固体浓度(TS),在37℃中温条件下,系统研究TS分别为10%、12%和14%时的产沼气性能、发酵液性质以及秸秆消化前后的理化特征。结果表明:青贮玉米秸秆与牛粪在TS为12%时的混合发酵产气效果优于10... 详细信息

为优化筛选青贮玉米秸秆与牛粪混合消化时的总固体浓度(TS),在37℃中温条件下,系统研究TS分别为10%、12%和14%时的产沼气性能、发酵液性质以及秸秆消化前后的理化特征。结果表明:青贮玉米秸秆与牛粪在TS为12%时的混合发酵产气效果优于10%和14%时,该条件下秸秆中纤维素和半纤维素的降解率分别为17.05%和45.13%。秸秆发酵前后的微观形貌和纤维素结晶度分析发现,秸秆的木质纤维结构变化明显,纤维素结晶度减小,且TS为12%时秸秆消化降解最严重,结晶指数最小。总之,适宜青贮玉米秸秆与牛粪混合发酵的TS值为12%,且消化过程中半纤维素最易于分解,但木质素几乎不被降解。

关键词：青贮秸秆厌氧消化总固体浓度化学组分结构特性

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响应面法分析优化牛粪厌氧发酵工艺参数

环境工程学报 2014年第8期8卷 3395-3402页

作者：乔小珊李希希付茂梅陈玉成西南大学资源环境学院重庆400716 重庆市农业资源与环境重点实验室重庆400716 宜宾市辐射环境监测站宜宾644000

选取总固体浓度(TS)、碳氮比(C/N)和发酵时间(T)等3个发酵工艺参数,以沼气产率、甲烷含量和COD去除率作为发酵过程响应指标,运用响应面法(RSM)优化牛粪厌氧发酵工艺条件。结果表明,根据实验数据建立的3个二次多项式数学模型都具有高度... 详细信息

选取总固体浓度(TS)、碳氮比(C/N)和发酵时间(T)等3个发酵工艺参数,以沼气产率、甲烷含量和COD去除率作为发酵过程响应指标,运用响应面法(RSM)优化牛粪厌氧发酵工艺条件。结果表明,根据实验数据建立的3个二次多项式数学模型都具有高度耦合性(<0.01),并且回归系数(R2)均大于0.9,说明预测值与实验值之间具有很好的拟合度。根据二次多项式方程运用响应面法单独优化沼气产率、甲烷含量和COD去除率的最优条件分别为TS=6.18%,C/N=25.51,T=34.12 d;TS=6.97%,C/N=25.81,T=36.45 d;TS=4.51%,C/N=24.86,T=36.08 d。结果发现,提高沼气产率和甲烷含量与提高COD去除率的最优TS和C/N值是相反的,进一步采用Design-Expert软件寻找出三者共同的优化条件,结果为TS=6.49%,C/N=25.36和T=35.37 d。该条件下沼气产率为230.62 mL/g VS,甲烷含量为70.50%以及COD去除率为57.51%。

关键词：响应面法厌氧发酵总固体浓度碳氮比

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离心微滤对猪场废水固液分离效果研究

中国生态农业学报（中英文） 2022年第6期30卷 1027-1035页

作者：胡旭朝董红敏尹福斌陈永杏中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所/农业农村部设施农业节能与废弃物处理重点实验室北京100081

固液分离是畜禽废水处理的关键技术,不仅可以将固体物质分离出来进一步肥料化利用,还可减少废水中污染物浓度从而降低后续处理负荷。本文主要针对传统的固液分离设备效果差和效率低的问题,以离心微滤机为研究对象,通过系统监测,科学评... 详细信息

固液分离是畜禽废水处理的关键技术,不仅可以将固体物质分离出来进一步肥料化利用,还可减少废水中污染物浓度从而降低后续处理负荷。本文主要针对传统的固液分离设备效果差和效率低的问题,以离心微滤机为研究对象,通过系统监测,科学评价猪场废水总固体浓度(1%、2%、3%、4%和5%)和离心微滤机筛网孔径(15μm、25μm和50μm)对去除率的影响。结果表明,随着总固体浓度的增高和筛网孔径的减小,水质指标的去除率有增加趋势。随筛网孔径的增大离心微滤机单位时间内的处理量也随之增加,50μm时处理量为14~19 m^(3)∙h^(−1),15μm与25μm时处理量为2~7 m^(3)∙h^(−1)。综合考虑,总固体浓度为5%和筛网孔径为50μm为最佳处理组,水质指标中总固体浓度、化学需氧量和总磷的去除率分别为57%、29%和43%。该离心微滤机与其他固液分离设备相比,具有分离效果好和能耗低的优点,因此在处理猪场废水时具有较好的应用前景。

关键词：畜禽废水总固体浓度筛网孔径水质指标去除率

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臭氧处理剩余污泥的减量化实验研究

环境工程学报 2012年第11期6卷 4228-4234页

作者：何楚茵金辉卜淳炜温子成李赟中山大学环境科学与工程学院广州510275 广东省环境污染控制与修复技术重点实验室广州510275

采用质子交换聚合物膜电解法(PEM)产生臭氧,单独对剩余污泥进行氧化破解实验,结果表明,随着臭氧化反应时间的增加,污泥微生物细胞裂解,胞内物质进入到污泥溶液中,污泥固体物质减少,使得TS和VTS均显著下降,处理40 min后,其去除率分别达到... 详细信息

采用质子交换聚合物膜电解法(PEM)产生臭氧,单独对剩余污泥进行氧化破解实验,结果表明,随着臭氧化反应时间的增加,污泥微生物细胞裂解,胞内物质进入到污泥溶液中,污泥固体物质减少,使得TS和VTS均显著下降,处理40 min后,其去除率分别达到57.33%和72.76%;SCOD前30 min呈线性增长,通入臭氧60 min后,由处理前的3 501.24mg/L上升到6 298.32 mg/L,增长率达79.88%;SV30及滤饼含水率均呈下降趋势,表明剩余污泥的沉淀性能及脱水性能得到明显改善。实验结果表明,直接利用臭氧对剩余污泥进行处理,可获得良好的减量化效果。

关键词：剩余污泥减量化臭氧总固体浓度挥发性总固体浓度溶解性COD

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农村有机固体废弃物高效产沼技术研究

农村有机固体废弃物高效产沼技术研究

作者：杨雪梅东南大学

学位级别：硕士

近年来随着种植业和养殖业的蓬勃发展,农村生活状况得到了显著改善,但是在这一进程中人们往往只注重经济发展,忽视环境保护问题,没有协调好经济和环境的平衡关系。农业生产过程当中如秸秆、畜禽粪便和餐厨垃圾等农村有机固体废弃物如果... 详细信息

近年来随着种植业和养殖业的蓬勃发展,农村生活状况得到了显著改善,但是在这一进程中人们往往只注重经济发展,忽视环境保护问题,没有协调好经济和环境的平衡关系。农业生产过程当中如秸秆、畜禽粪便和餐厨垃圾等农村有机固体废弃物如果未妥善处置,不仅会导致环境的污染还会造成资源的浪费。针对这种现状,本文采用两相厌氧消化技术对以秸秆为主要原料的农村有机固体废弃物进行产沼处理,分别研究了水解产酸过程、产甲烷过程和两相厌氧过程中的工艺条件和工艺参数,主要研究内容和结论如下：考察了水解产酸过程中的优化发酵条件,主要研究了发酵温度和产酸模式(湿式、半干式和干式)对产酸效能的影响,及自循环产酸模式下有机酸和溶解性COD的变化情况。结果表明：湿式产酸在20℃～40℃温度范围内,产生VFA的浓度随着发酵温度的升高随之升高,为丁酸型发酵;半干式产酸发酵在20℃～35℃温度范围内,产生的VFA浓度随着温度的升高而升高,但是40℃实验组产酸浓度不再升高,产生的VFA浓度低于35℃,在产酸发酵温度为35℃时获得最高产酸量,发酵类型为丁酸型发酵;干式产酸发酵在20℃～30℃温度范围内,产生的VFA浓度随着发酵温度的升高而升高,但是30℃、35℃、40℃实验组产酸浓度不随温度的升高而升高,30℃时获得最高产酸量,且发酵类型为丙酸型。考察了三种产酸发酵方式的自循环时间和产酸效率。三种产酸发酵方式均在自循环第5天时,VFA浓度值达到最高,分别达到1623.09mg/L,4284.05mg/L,4986.94mg/L。从三种发酵方式自循环过程中单位VS产生的COD、VFA情况来看,半干式厌氧发酵方式单位VS产生的COD和VFA量最多,且速率最快,分别达到195.11mg/gVS和71.40mg/gVS。研究了产甲烷相在中温范围(30℃～37℃)中小幅度温度变化对产沼的影响。结果表明：产气相在35℃条件下日产气量、累计产气量、累计产气速率和甲烷含量均高于33℃和30℃,且35℃累计总产气量相比较33℃和30℃分别增加了31.07%和169.88%。这说明产甲烷菌对温度比较敏感,减少2℃或者5℃均会对其产生抑制作用。研究了小幅度温度变化对产气相中微生物的影响。从DGGE电泳图谱、聚类相似性分析、微生物多样性三个方面综合分析可以看出,35℃实验组不仅产甲烷优势菌种数量较多,而且微生物多样性和均匀性均大于33℃和30℃实验组。考察产甲烷相水力停留时间对两相厌氧发酵产沼过程的影响,结果表明：水力停留时间为3天的实验组虽然VFA去除率、甲烷含量都低于水力停留时间为4.5天的实验组,但差距不明显,但水力停留时间为3天的实验组加速了产酸相中VFA的溶出速率,且得到最高产气量达到4.49 L,比水力停留时间4.5天和1.5天实验组分别高6.24%和58.57%,当水力停留时间为1.5天时发酵系统不稳定,产甲烷相不能稳定地进行产气。

关键词：水解产酸产甲烷总固体浓度发酵温度水力停留时间