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进料浓度对玉米秸秆与牛粪全混式厌氧发酵特征影响研究

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农业工程学报 2019年第14期35卷 221-227页

作者：冯晶赵兰兰赵立欣姚宗路于佳动罗娟陈建坤农业部规划设计研究院农村能源与环保研究所农业部农业废弃物能源化利用重点试验室北京100125 黑龙江八一农垦大学大庆163319

目前,中国大多数沼气工程均采用农作物秸秆与畜禽粪便为主要原料,但对于实际沼气工程的工艺控制,尤其是对于沼气工程进料混配及发酵浓度等控制工艺仍缺少参考和支撑。该研究采用玉米秸秆与牛粪原料,在中温条件下,利用纯牛粪、纯秸秆以... 详细信息

目前,中国大多数沼气工程均采用农作物秸秆与畜禽粪便为主要原料,但对于实际沼气工程的工艺控制,尤其是对于沼气工程进料混配及发酵浓度等控制工艺仍缺少参考和支撑。该研究采用玉米秸秆与牛粪原料,在中温条件下,利用纯牛粪、纯秸秆以及秸秆与牛粪干物质比(S:CM)=1:1、1:3、3:1条件的混合原料,按照不同干物质浓度(total solid,TS)=3%、6%、8%,梯次启动CSTR反应器,系统探讨物料配比与发酵浓度对反应器产气量、甲烷体积分数、pH值、氧化还原电位(oxidation-reduction potential,ORP)、挥发酸(volatile fatty acids,VFAs)含量等运行特征的影响。结果表明,正常运行时,纯秸秆与纯牛粪条件下厌氧发酵产气效果显著低于混合原料,且所有条件下反应器的产气量基本都随着发酵浓度升高而升高。在发酵浓度为8%条件下,S:CM=3:1和1:1的反应器容积产气率在运行130和150 d后分别达到峰值0.78和0.76 L/(L·d)。随着反应器的持续运行,170 d后各反应器的产气率与pH值降低,而VFAs与ORP升高。S:CM=3:1和1:1的反应器容积产气率降低至0.6 L/(L·d),pH值降低至6.5左右。这主要是由于恒定的搅拌功率条件下,随着反应器内TS升高,搅拌转速降低,进而在反应器内产生搅拌死区与浮渣等问题,导致反应器内局部酸化,造成系统整体失稳。在启动期间,所有5个条件下反应器内ORP呈缓慢上升趋势。运行172d后,S:CM=1:1条件下ORP迅速增加至高于–300mV。总体而言,厌氧系统中VFA浓度随着进料中秸秆比例增加而增加,且丙酸积累发生并变得更加严重。这也在一定程度上表明,与采用秸秆与粪便混合原料厌氧发酵相比,采用纯秸秆原料厌氧发酵生产沼气厌氧反应器的运行稳定性较差。

关键词：发酵秸秆粪沼气进料浓度产气特性

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进料浓度对鸡粪连续中温厌氧消化的影响

环境工程学报 2019年第12期13卷 2963-2972页

作者：杨祎楠强虹裴梦富王瑾西北农林科技大学资源环境学院杨凌712100 西北农林科技大学机械与电子工程学院杨凌712100

针对高固体鸡粪厌氧消化运行困难问题,利用完全混合式厌氧反应器(CSTR),通过逐级提高进料总固体浓度(TS)的方法,研究不同进料TS((5.20±0.56)%、(7.24±0.36)%、(9.30±0.26)%和(6.22±0.26)%)的鸡粪连续中温厌氧消化效果。实验结果表明... 详细信息

针对高固体鸡粪厌氧消化运行困难问题,利用完全混合式厌氧反应器(CSTR),通过逐级提高进料总固体浓度(TS)的方法,研究不同进料TS((5.20±0.56)%、(7.24±0.36)%、(9.30±0.26)%和(6.22±0.26)%)的鸡粪连续中温厌氧消化效果。实验结果表明,进料TS由(5.20±0.56)%提高为(9.30±0.26)%,挥发性固体(VS)产气率由(0.64±0.05)L·g^-1下降为0.07 L·g^-1,有机物去除率明显减少,挥发性脂肪酸(VFAs)由(0.53±0.02)g·L-1累积至(1.62±0.02)g·L^-1,总氨氮浓度(TAN)和游离氨浓度(FA)分别由(1.06±0.11)g·L^-1和(0.07±0.02)g·L^-1累积至3.40 g·L^-1和0.68 g·L^-1,消化过程受到氨抑制。采用Boltzmann模型对不同氨氮浓度下VS产甲烷率和VS去除率进行模拟,拟合结果表明,TAN升高所引发的FA持续累积导致高固体鸡粪厌氧消化氨抑制逐步形成,与VS产甲烷率相比,VS去除率对氨氮的抑制响应具有滞后性。降低进料TS至(6.22±0.26)%,氨抑制得到有效缓解,但反应器处于"抑制稳定状态"。因此,为保证反应器长期高效平稳运行,建议鸡粪连续中温厌氧消化的进料浓度不超过7.24%。研究为高固体鸡粪厌氧消化的工程化应用提供参考。

关键词：鸡粪厌氧消化进料浓度氨抑制

进料浓度对猪粪混合稻秆厌氧产甲烷特性的影响

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农业资源与环境学报 2021年第2期38卷 305-316页

作者：桂伦陈莎莎黄振侠吁安姚健陈柳萌江西省农业科学院农业应用微生物研究所南昌330200 江西省农业生态与资源保护站南昌330046

为研究猪粪(Pig manure,PM)与稻秆(Rice straw,RS)的组配比例与进料的固形物(Total solid,TS)浓度对中温条件下厌氧产甲烷特性的影响,通过批次厌氧发酵试验摸清不同挥发性固体(Volatile solids,VS)配比(PM/RS=1∶0、4∶1、2∶1、1∶1、1... 详细信息

为研究猪粪(Pig manure,PM)与稻秆(Rice straw,RS)的组配比例与进料的固形物(Total solid,TS)浓度对中温条件下厌氧产甲烷特性的影响,通过批次厌氧发酵试验摸清不同挥发性固体(Volatile solids,VS)配比(PM/RS=1∶0、4∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶4、0∶1)下的原料产甲烷规律,并选择VS配比(均以PM/RS计)为1∶1、4∶1的混合原料开展进料浓度(TS分别为4.6%、7.1%、9.6%、12.1%)梯度提升的连续厌氧发酵试验。结果表明:批次发酵试验中VS配比为4∶1时产甲烷性能表现最好,产甲烷潜力(P值)、反应动力常数(k)、最大产甲烷速率(Rm)及甲烷产率达到峰值时间(t_(max))分别为380.3 mL·g^(-1)VS、0.098 d^(-1)、37.2 mL·g^(-1)VS·d^(-1)、4.4 d。连续发酵试验中,在水力停留时间为30 d、VS配比为4∶1时连续产甲烷性能更优,甲烷产率、产甲烷潜力转化率和容积产甲烷率分别达到354.8 mL·g^(-1)VS、93.3%、0.88 L·L^(-1)·d^(-1)。但混合物料中猪粪比例越高,发酵系统的氨抑制风险也越高。在进料浓度达到12.1%条件下,VS配比为4∶1时的游离氨浓度是VS配比为1∶1时的1.47倍,达到223.2 mg·L^(-1)。研究表明,猪粪与稻秆混合原料VS配比为4∶1(配比后的C/N=22^23∶1)时,可提高发酵原料转化效率和容积产甲烷率;同时,进料TS浓度低于12.1%(有机负荷率为2.87 g VS·L^(-1)·d^(-1))可降低厌氧发酵中的氨抑制,保证沼气工程稳定运行。

关键词：猪粪稻秆进料浓度混合发酵产甲烷特性

梯度提高进料浓度对鸡粪连续中温发酵产甲烷的影响

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农业工程学报 2018年第9期34卷 233-239页

作者：乔玮熊林鹏毕少杰任征然尹冬敏董仁杰中国农业大学工学院北京100083 国家能源生物燃气高效制备及综合利用技术研发(实验)中心(中国农业大学) 北京100083

通过长期中温甲烷发酵试验,考察了不同进料总固体质量分数(total solid,TS)(5%、7.5%、10%和15%)和有机负荷(organic loading rate,OLR)(2.5、3.75、5和7.5 g/(L·d))下鸡粪中温甲烷发酵效果,采用批次试验测定了各阶段污泥利用乙酸的产... 详细信息

通过长期中温甲烷发酵试验,考察了不同进料总固体质量分数(total solid,TS)(5%、7.5%、10%和15%)和有机负荷(organic loading rate,OLR)(2.5、3.75、5和7.5 g/(L·d))下鸡粪中温甲烷发酵效果,采用批次试验测定了各阶段污泥利用乙酸的产甲烷活性。330 d的连续试验显示,TS由5%增至15%,出料氨氮质量浓度由(2 110±370)mg/L增至(6 890±220)mg/L,挥发性脂肪酸由(360±100)mg/L增至(8 800±500)mg/L,TS产甲烷率由(253±9)m L/g降至(173±22)m L/g。长期采用TS10%和15%的进料,氨氮质量浓度分别达到(6 510±300)和(6 890±220)mg/L,TS产甲烷率分别为(203±13)和(173±22)m L/g,比TS5%的降低了20%和32%。批次试验结果表明,氨氮累积导致微生物利用乙酸产甲烷的能力降低,当氨氮质量浓度达到6 500和7 000 mg/L时,乙酸产甲烷活性分别降低59%和98%。鸡粪中温甲烷发酵能够在进料TS为5%和7.5%下稳定运行;进料TS达到10%,甲烷发酵水解、酸化和产甲烷将受到抑制,造成有机物转化率的降低。该研究建议鸡粪中温甲烷发酵的TS不超过10%。

关键词：粪发酵甲烷进料浓度中温

进料浓度对多种有机固废协同中温厌氧消化的影响

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能源工程 2022年第6期42卷 27-31,41页

作者：艾冰薛胜荣王飞浙江大学能源清洁利用国家重点实验室浙江杭州310027

多种有机固废协同干式厌氧消化制气具有较好的应用前景,然而目前进料浓度对产气情况的影响,以及高浓度进料下产气速率受到抑制的机理研究还存在不足。进行了8%和14%进料浓度下的餐饮垃圾、厨余垃圾和污泥协同中温厌氧消化实验,分析不同... 详细信息

多种有机固废协同干式厌氧消化制气具有较好的应用前景,然而目前进料浓度对产气情况的影响,以及高浓度进料下产气速率受到抑制的机理研究还存在不足。进行了8%和14%进料浓度下的餐饮垃圾、厨余垃圾和污泥协同中温厌氧消化实验,分析不同进料浓度对产气情况的影响,探究过程参数影响产气速率的机理。结果表明,进料浓度的提高可以显著提高产气速率。8%进料浓度阶段的产气速率为24.0 L/d,14%进料浓度阶段的产气速率为32.0 L/d,比8%进料浓度阶段高33.4%;8%进料阶段甲烷浓度略低于14%进料阶段。同时,持续的高浓度进料会出现轻微的产气抑制现象,其抑制机理是体系VFA累积与乙酸浓度下降。第35~39天的VFA浓度为18120 mg/L,超过酸抑制阈值,乙酸浓度呈下降趋势;平均日甲烷产量为27.9 L/d,与14%进料浓度阶段相比下降了13%,但比8%进料浓度阶段高16.1%。

关键词：协同厌氧消化进料浓度产气速率酸抑制

进料浓度对模拟移动床雌马酚对映体分离效能的影响

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辽宁化工 2023年第10期52卷 1441-1444页

作者：苏木玲余卫芳张璐李志雄温州大学化学与材料工程学院浙江温州325035

通过调节模拟移动床(SMB)进料口处样品初始进样浓度,可以有效提高目标产物的单位产量。以分离雌马酚对映体作为研究对象,在一定的纯度约束条件下,同时对产品纯度和单位产量进行多目标优化。基于多目标优化所获得非劣解,比较和分析了5个... 详细信息

通过调节模拟移动床(SMB)进料口处样品初始进样浓度,可以有效提高目标产物的单位产量。以分离雌马酚对映体作为研究对象,在一定的纯度约束条件下,同时对产品纯度和单位产量进行多目标优化。基于多目标优化所获得非劣解,比较和分析了5个进样浓度对SMB生产性能的影响。

关键词：模拟移动床进料浓度多目标优化雌马酚

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进料浓度对鸡粪长期高温甲烷发酵的影响

中国环境科学 2018年第7期38卷 2593-2601页

作者：乔玮毕少杰熊林鹏任征然董仁杰中国农业大学工学院北京100083 国家能源生物燃气高效制备及综合利用技术研发实验中心(中国农业大学) 北京100083 中国农业大学烟台研究院山东烟台264670

通过固定水力停留时间(HRT)为20d,逐步提高进料总固体(TS)浓度为5.0%,7.5%和10.0%的方式提高有机负荷(OLR),在高温(55±1)℃条件下开展鸡粪长期甲烷发酵实验并测定了各阶段污泥的比产甲烷活性(SMA),探究氨氮浓度对鸡粪高温甲烷发酵的影... 详细信息

通过固定水力停留时间(HRT)为20d,逐步提高进料总固体(TS)浓度为5.0%,7.5%和10.0%的方式提高有机负荷(OLR),在高温(55±1)℃条件下开展鸡粪长期甲烷发酵实验并测定了各阶段污泥的比产甲烷活性(SMA),探究氨氮浓度对鸡粪高温甲烷发酵的影响.结果显示,当进料TS由5.0%增至10.0%,出料氨氮浓度由(2.5±0.3)g/L增至(6.1±0.2)g/L,挥发性脂肪酸(VFAs)由(0.4±0.1)g/L增至(26.1±1.5)g/L,p H值由(8.3±0.2)降至(6.9±0.1),产气率由(267.2±12.5)mL/g TS_(in)降至49.8±8.2m L/g TS_(in),甲烷浓度由(67.2±1.3)%降至(36.0±1.7)%.长时间采用TS10.0%的进料浓度,发酵系统中氨氮浓度最高达到7.5g/L,VFAs浓度达到27.0g/L,产气下降明显.氨氮抑制鸡粪高温甲烷发酵产气的初始浓度为2.5~3.0g/L.进料TS大于7.5%,鸡粪高温甲烷发酵会受到氨氮抑制.氨氮浓度的升高导致高温发酵体系利用乙酸产甲烷的能力降低,氨氮浓度达到5.5g/L,SMA降低60.0%;氨氮浓度达到7.0g/L,污泥利用乙酸产甲烷的活动几乎停止.

关键词：进料浓度鸡粪甲烷发酵高温

发酵温度、进料浓度和水力停留时间对连续式厌氧发酵效果的影响

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中国沼气 2014年第4期32卷 43-47页

作者：席江王超冉毅蒋鸿涛农业部沼气科学研究所成都610041

连续式厌氧发酵的研究对于指导沼气工程的设计和运行有着重要的现实意义。发酵温度、进料浓度和水力停留时间等三个参数对于连续式厌氧发酵的效果有着重要影响。文章综述了这三个参数对不同厌氧系统容积产气率、原料产气率、去除率和缓... 详细信息

连续式厌氧发酵的研究对于指导沼气工程的设计和运行有着重要的现实意义。发酵温度、进料浓度和水力停留时间等三个参数对于连续式厌氧发酵的效果有着重要影响。文章综述了这三个参数对不同厌氧系统容积产气率、原料产气率、去除率和缓冲能力等的影响,为该领域的进一步深入研究提供了一定的借鉴意义。

关键词：连续式厌氧发酵温度进料浓度水力停留时间

进料浓度和速率影响分子蒸馏过程的仿真和分析研究

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进料浓度和速率影响分子蒸馏过程的仿真和分析研究