0 引言

厌氧发酵是微生物在无氧的环境下将有机质通过水解、酸化、乙酸化和产甲烷化4个阶段的转化，生成甲烷和二氧化碳的过程。厌氧发酵可以充分利用各种有机废弃物，从而减少垃圾排放和污染，减排温室气体。厌氧发酵生产的沼气可用于发电，或净化提纯后作为天然气使用。干式厌氧发酵是指使用干物质含量（Total solid，TS）大于20%（通常为20%～40%）的原料进行厌氧发酵的发酵工艺，与湿发酵相比，具有有机负荷高、污水产量少、设备能耗低、发酵剩余物易处理、操作简便等优点[1]。若发酵原料为禽畜粪便、秸秆等农林废弃物，则发酵后的沼渣可直接作为有机肥料。此外，干发酵产生的沼气中甲烷含量更高，硫含量更低，运行良好的干发酵系统产出的沼气几乎不需要脱硫，这主要是因为干发酵采用批式进出料的方式，体系内因氧的存在不易生成H2S[2]。

（2）辅助材料成本。报废的动力电池需要用酸、碱、有机溶剂、沉淀剂等进行处理，回收的工艺不同以及最后产品的不同，所使用的辅助材料也有所不同。

基于以上文献的研究,提出了一种基于卡尔曼滤波的微弱信号跟踪方法,通过扩展卡尔曼滤波方法结合软件锁相环的方法滤除噪声干扰并对信号进行跟踪,旨在通过对感应式磁力仪算法的改进实现对高动态环境下微弱信号的提取。

在欧洲，干发酵工程在已建成的厌氧发酵工程中贡献了约54%的产能，并且干发酵工艺的市场占有率自2005年起一直在增加，新型的干湿耦合发酵工艺也受到人们的关注 [3]，[4]。 Li和Karthikeyan综述比较了常见的干发酵工艺，阐述了不同工艺的特点和适用性[1]，[5]。由于干发酵系统难以设置搅拌装置，一般通过渗滤液回流的方式强化微生物接种、促进传质。李超比较了渗滤液回流的方式、阶段、比例和处理方式等，讨论了渗滤液回流干式发酵的典型工艺[6]。

在干发酵工艺中，使用多种底物进行混合干发酵也是常见的情况。本研究使用鸡粪和玉米秸秆作为发酵底物，开展了鸡粪干发酵、玉米秸秆预处理后干发酵、鸡粪和玉米秸秆混合干发酵等实验，考察了不同底物干发酵的特性，并研究了沼液回流对发酵性能的影响。

本研究使用500 mL玻璃发酵瓶在ANKOM RFS微生物产气测量系统 （图1）中进行批式实验。该产气测量系统提供了压力传感器模块，发酵体系的沼气产量通过压力传感器以压力的形式经无线网络传输至计算机；时间、发酵温度和大气气压等数据也被自动记录在电子表格中。通过压力、温度和气体体积的转换公式，即可将压力换算成沼气的体积。沼气成分通过气相色谱仪进行分析[7]。

1 材料与方法

1.1 发酵原料和接种物

玉米秸秆厌氧干发酵的产气性能如图3所示。由图3可知：本批实验的发酵周期为43 d，未处理、水热处理、质量分数为1%和2%的NaOH溶液处理的玉米秸秆累计单位VS产甲烷量分别为 51.5，108.6，86.1 和 154.4 mL/g； 未处理组除了发酵前两天产了大量的CO2以外，其它时间的产气量都很低；水热处理组一直维持着较为平稳的产气过程，产气速率上升到峰值后开始缓慢下降；1%和2%的NaOH溶液预处理的玉米秸秆的产气趋势相似，在发酵前期产气量较少，之后产气量逐渐上升，但2%的NaOH溶液预处理的玉米秸秆的产气效果更好。

 

表1 实验原料及接种物性质Table 1 Properties of feedstock and inoculum

  

注：TS的测量以新鲜物料的质量为基准；VS的测量以干物质的质量为基准。

 

物料名称 T S/% V S/% C含量/% N含量/%鸡粪 8 0.7 6 4 6.7 9 3 2.9 0 4.0 2玉米秸秆 9 1.1 0 9 1.0 5 6 2.7 5 1.4 6接种物 3 3.4 1 3 0.2 2 - -

1.2 实验装置

为预防爆炸发生，术中应注意：①电切或电凝电流适中，不要过大；②尽量减少组织切割时间；③尽量减少空气进入膀胱，并及时排出空气。电切前将灌洗管道中空气排出，灌洗液用完时及时更换，保持灌洗管道密闭。术中经常排空膀胱，在排出灌洗液时可将电切镜头端轻微翘起，便于气泡排出。负压冲洗器充满后再进行冲吸操作，减少冲洗时空气的进入。如果见到大的气泡，应将气泡排空后再继续手术；④近膀胱顶部气泡处肿瘤切除时，可改变手术台倾斜度，使气泡离开切割区域。

  

图1 ANKOM RFS产气测量系统示意图Fig.1 Set-up diagram of ANKOM RFS gas measurement system

 

1-传感器模块；2-玻璃瓶；3-气体采样袋；4-恒温箱；5-BASE调制器；6-基准0模块；7-计算机

1.3 实验操作

TS，VS的测定参照文献[9]。C和N的含量通过EA 3000 CHNS型元素分析仪进行测定。沼气成分采用气相色谱仪进行测定，检测器为热导池检测器（TCD），载气为氢气，色谱柱为TDX-01填充柱[7]。纤维素、半纤维素和木质素采用ANKOM A200i型半自动纤维分析仪进行测定[10]。

单一鸡粪干发酵是将50 g烘干鸡粪 （TS为100%）与接种物放入玻璃发酵瓶中并混合均匀，接种比为5.3（鸡粪的 VS∶接种物的VS），培养温度为35℃，设置2组平行实验。在实验过程中，每天测定发酵产生的气体成分和产量。

鸡粪厌氧干发酵的产气性能如图2所示。

将利用质量分数为2%的NaOH溶液处理过的玉米秸秆（干物质量为2 g）和鸡粪（干物质量为20 g）混合，然后与接种物放入玻璃发酵瓶中并混合均匀，接种比为5.3（混合原料的VS∶接种物的VS），培养温度为35℃，设置2组平行实验。回流操作为每12 h将沼液抽出，再注回发酵瓶中，使沼液较均匀地分散在发酵底物上，另设置不回流对照组。

1.4 检测方法

首先测定鸡粪和玉米秸秆的产甲烷潜力，空白组（只有接种物）和实验组（接种物和底物）各设置3组平行实验，实验方法参照德国标准VDI 4630[8]；然后分别采用单一鸡粪、单一玉米秸秆和两者的混合物进行厌氧干发酵实验，初始TS均为20%。

2 结果与分析

2.1 单一鸡粪厌氧干发酵实验

采用NaOH溶液对玉米秸秆进行化学预处理。将秸秆剪切至2 cm左右后，分别与蒸馏水、质量分数为1%和2%的NaOH溶液以1∶10的固液比混合，搅拌均匀后在90℃的环境中处理4 h；将预处理后的玉米秸秆冲洗至接近中性，烘干后备用；取15 g烘干后的玉米秸秆与接种物混合均匀后放入玻璃发酵瓶中，接种比为5.3（玉米秸秆的VS∶接种物的VS），培养温度为35℃，设置2组平行实验。在实验过程中，每天测定发酵产气的气体成分和产量。另设置未进行预处理的玉米秸秆为对照实验。

  

图2 鸡粪厌氧干发酵产沼气Fig.2 Biogas production of chicken manure through anaerobic dry fermentation

本实验所用玉米秸秆的累计单位VS产沼气潜力和产甲烷潜力分别为509，223.7 mL/g。从整体来看，利用2%的NaOH溶液预处理后的玉米秸秆发酵效果最佳，其累计单位VS产甲烷量是未处理玉米秸秆的3倍，但仍只达到潜力值的69%。这是因为一方面干发酵的传质受到限制，另一方面发酵时间较短，秸秆中的木质纤维素不能充分转化为甲烷。

2.2 玉米秸秆经不同预处理后的厌氧干发酵实验

实验所用鸡粪、玉米秸秆分别取自北京市昌平区南口镇某养鸡场、某农户。鸡粪与玉米秸秆均已自然风干，将玉米秸秆切至2 cm左右。接种物为本实验室的厌氧发酵沼渣。原料和接种物的性质如表1所示。

  

图3 玉米秸秆厌氧干发酵产沼气Fig.3 Biogas production of corn straw through anaerobic dry fermentation

玉米秸秆厌氧干发酵过程中甲烷含量的变化如图4所示。

  

图4 玉米秸秆厌氧干发酵产沼气的甲烷含量Fig.4 CH4concentration in biogas produced by corn straw through anaerobic dry fermentation

从图4可以看出：除水热处理组外，其余3组的甲烷含量变化都有着相似的趋势；在发酵前期，水热处理组的甲烷含量迅速提升，在10 d左右时达到60%，之后维持在60%以上；而其余3组在发酵前期的甲烷含量均是以相对缓慢的速率增长，在15 d以后才逐渐达到60%，之后甲烷含量均维持在60%以上。

2012年6月21—26日，江西省出现强降雨，全省平均降雨量117 mm，有44个县降雨量超过200 mm，19个县超过300 mm，建设中的山洪灾害防治非工程措施项目发挥了显著的作用。初步统计，鹰潭、赣州、吉安、抚州、上饶等5个市的47个县582个乡镇受灾，受灾人口120.9万人，紧急转移4.136万人，倒塌房屋3 759间。强降雨过程中，各县山洪灾害预警平台共发布预警短信达157 297条，通过电话、广播、报警器传递预警信息共17 416次。由于转移及时，直接避免人员伤亡1 250余人。

经过预处理的秸秆，其木质纤维素的含量是反映预处理效果的重要指标。不同预处理前后玉米秸秆木质纤维素的变化如表2所示。由表2可知，预处理后，易降解的半纤维素含量都较未处理的玉米秸秆有所上升，而预处理后的玉米秸秆产气量较高、水解时间较短也是由于半纤维素的含量较高所导致的。木质素的结构极其复杂，纤维素和半纤维素都被包裹在其中，木质素的降解有利于纤维素和半纤维素的释放，加速水解过程。从表2可知，预处理后，木质素的含量下降，这与产气量逐渐增大的趋势相符。虽然更高浓度的NaOH溶液可大幅度降解木质纤维素，但水解酸化速率过快可能会抑制甲烷的产生，总有机碳的损失也会增加[10]，[12]。为了获得较好的产气效果、降低成本以及减少污染，在本实验中选用较低浓度的NaOH溶液进行预处理，研究发现，2%的NaOH溶液的处理效果要优于1%的NaOH溶液，此结果与文献[13]～[15]的研究结果相一致。

 

表2 不同预处理前后玉米秸秆木质纤维素的变化Table 2 Lignocellulose variation of corn straw under different pretreatments

  

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从图2可以看出：本批实验的发酵周期为49 d，累计单位VS产气量为362 mL/g，累计单位VS产甲烷量为173 mL/g；在发酵前期产生了较多的CO2，甲烷产量较少，然后日产气量慢慢下降到最小，之后日产气量和日产甲烷量都缓慢上升达到峰值后又下降。经过20 d左右的时间，沼气中的甲烷含量达到60%，日产气量也得到快速提升，这符合发酵稳定期的趋势，之后甲烷浓度一直稳定在60%左右。本实验中鸡粪的累计单位VS产沼气潜力为405.8 mL/g，累计单位VS产甲烷潜力为169.2 mL/g，低于文献[11]中的值，但本批次干发酵的实际产气效果与产气潜力相接近，达到了预期效果。

2.3 鸡粪与玉米秸秆混合厌氧干发酵实验

在使用动物粪便和木质纤维素类底物进行批式混合厌氧发酵的研究中，30～45 d是常用的发酵时间，所以本实验的发酵周期为43 d，而且在增加发酵液回流操作后，发酵效率有望显著提高[16]。本实验中底物的累计单位VS产沼气和产甲烷潜力分别为452.2,184.4 mL/g。鸡粪与玉米秸秆混合干发酵的产气性能如图5所示。

  

图5 鸡粪与玉米秸秆混合干发酵产沼气Fig.5 Gas production of dry anaerobic co-fermentation of chicken manure and corn straw

由图5可知，无回流组的累计单位VS产气量为248.7 mL/g，达到产气潜力的55.0%，累计单位VS产甲烷量为77.3 mL/g，达到产甲烷潜力的41.9%；有回流组的累计单位VS产气量为377.8 mL/g，达到产气潜力的83.5%，累计单位VS产甲烷量为184.3 mL/g，达到产甲烷潜力的99.9%。

一是形成健全的预算控制机制。在构建企业的预算控制机制的过程中应该以企业自身的发展战略为依据，围绕着战略来开展相关的工作，使财务内控管理能更好地为企业战略目标的实现服务。一方面，在构建预算控制机制的时候必须进行预算项目的分类，从而使整个体系能够进行全方位的覆盖，以提高预算的准确性，可以通过专门的预算管理委员会来实行。另一方面，加快预算管理的信息化建设进程，通过信息技术来提升预算控制机制的使用效果。

有回流组在发酵前期产生大量的CO2后，产气量逐渐下降，经过水解酸化阶段后，产气量逐渐恢复，产甲烷量也逐渐升高；在发酵中期维持着较为平稳的发酵状态，之后产气量逐渐下降。而无回流组在前期产生大量的CO2后，产气量就一直下降，虽然甲烷含量在不断增高，但产气量仍然没有回升，可能是由于水解阶段产生的酸分布不均匀，导致部分区域酸累积过多，而其他区域基质消耗过快，补给酸较少，最终导致产气效果不佳。有回流组的单位VS产甲烷量约是无回流组的2.4倍，这是因为回流增加了有机酸的流动性，使其能较为均匀的分布，酸能及时的转化，促进产甲烷的产生。从图5（c）可知，有回流组和无回流组的甲烷含量变化有着相同的趋势，都是在发酵前期缓慢增长，历经20 d左右的时间后，达到一个相对稳定的含量。总体来说，有回流组的甲烷含量要高于无回流组。

青岛福音堂旧址(今基督教堂)室内地面铺设红棕色的釉面地砖，尺寸152 mm×152 mm，模压图案为蔓叶，每4个1组拼合成一个完整圆形.图案内包含三叶草，比喻基督教的“三位一体”理论(图5).

3 结论

本研究开展了鸡粪与玉米秸秆的干式厌氧发酵实验，采用500 mL玻璃瓶作为发酵罐，将发酵初始TS设为20%。由于初始阶段使用的接种物活性较低，使得鸡粪单独干发酵实验的发酵周期较长，发酵中后期的产气量不稳定，但经过长周期发酵实验，产甲烷量仍能实现80%以上的潜能。对经过不同预处理的玉米秸秆进行单独干发酵的实验，实验结果表明，利用质量分数为2%的NaOH溶液处理后的玉米秸秆的木质素去除率较大，产气量和产甲烷量最高。在鸡粪和玉米秸秆混合干发酵实验中，沼液回流对干发酵有较大的影响，这主要表现在沼液回流能增加有机酸的流动性，使其能够均匀分布，从而及时地转化为甲烷，沼液回流使干发酵的产甲烷量提高了1倍以上，实现了99.9%的产甲烷潜力。

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