蔬菜与餐厨垃圾厌氧发酵启动阶段微生物分析简

为了研究厌氧发酵启动阶段微生物菌群结构、数量变化情况与沼气产量的关系，分别对蔬菜废弃物和餐厨垃圾单一物料发酵进行分析，并测定pH值、挥发性脂肪酸（VFA）、氧化还原电位。结果表明，餐厨垃圾比蔬菜废弃物的启动时间长，但产气持久。蔬菜废弃物中细菌达峰值的时间早于餐厨垃圾，说明蔬菜废弃物中的有机质更利于微生物降解利用。两种原料中的微生物群落结构变化一致，启动阶段初期好氧和兼性厌氧细菌属优势菌，其中产酸菌增殖速率高于氨化细菌，是启动阶段降解有机质的主要菌群。随后厌氧细菌快速增殖，日增殖速率由不足20%增长到近100%并保持稳定。厌氧纤维素降解菌在启动阶段增殖较慢，原料中纤维素降解在厌氧发酵后期。原料液VFA中丁酸含量最多，最高浓度4.7 mg/mL以上，占有机酸总量总量的46%以上，厌氧发酵类型为丁酸发酵型。     

城市垃圾厌氧干发酵非甲烷菌群分布变化研究

为研究非甲烷菌的菌群分布随时间、空间变化对厌氧干发酵的影响,以城市垃圾为原料进行分析,同时测定pH值。结果表明,启动阶段好氧及兼性厌氧细菌属优势菌,其中产酸菌增殖速率高于氨化细菌,7 d达最大值2.95×109MPN/mL,是启动阶段降解有机质的主要菌群,而氨化菌在15 d达最大值1.93×108MPN/mL。随后厌氧细菌快速增殖并保持稳定,且仍是产酸菌占优势,15 d达最大值1.55×1010MPN/mL。厌氧纤维素降解菌增殖较慢,发酵30 d不足105MPN/mL,说明原料中纤维素降解在厌氧发酵后期。空间方面,好氧及兼性厌氧产酸菌在顶部中心最活跃,最大值是底部中心的1.4倍;厌氧产酸菌集中在底部,最大值是顶部的1.2倍。好氧氨化菌在中部中心增殖最多,厌氧氨化菌在中部边缘达最大值1.95×108MPN/mL。纤维素降解菌在底部开始增殖。研究为提高干发酵反应效率和合理设计干发酵反应器提供有效参考数据。     

接种比对餐厨垃圾干式厌氧发酵启动的影响

针对不同接种比对餐厨垃圾干式厌氧发酵启动的影响,对比分析了VS接种比分别为0.36和0.90两种情况下,餐厨垃圾干式厌氧发酵启动过程中pH、NH4-N、COD、VFA、甲烷含量等指标的变化。实验结果表明,启动初期2组样品pH分别快速降至4.74和5.68,均呈酸化状态,经碱液调整后,接种比为0.36的处理仍无法正常产气,接种比为0.90的处理,pH逐步提高,系统正常运行,经72 d的发酵实验,COD去除率达90.29%,甲烷含量高于60%的沼气产量达255.4 L,分析可见,VS接种比是干式厌氧发酵处理的重要参数;此外,与传统湿式厌氧发酵处理相比,餐厨垃圾干式厌氧发酵在较高的VFA和氨氮浓度下,仍能正常运行,采用干式厌氧发酵技术处理餐厨垃圾是可行的。     

电刺激对餐厨垃圾-污泥共厌氧发酵产挥发性脂肪酸的影响

以小型生物电化学反应器为发酵装置,考察外加电刺激对餐厨垃圾-污泥共厌氧发酵过程中挥发性脂肪酸(volatile fatty acids,VFA)产量的影响。实验结果表明,餐厨垃圾协同污泥厌氧发酵,有利于体系中蛋白质和糖类的溶解消耗,提高VFA的产量。0.5 V微电刺激可增强厌氧体系中微生物的活性,有利于VFA的产出。第144和192小时,外加0.5V的实验组VFA浓度分别为24 342 mg·L~(-1)和21 291 mg·L~(-1),高于其他实验组,较空白分别提高了30.8%和4.1%;其组成主要是乙酸、丙酸和戊酸。发酵进行第24 h和96 h时,0.5 V微电刺激厌氧发酵体系中溶解性糖类和溶解性蛋白质分别为722.4 mg·L~(-1)和1.49 g·L~(-1),且有机物水解酸化过程中,厌氧体系内糖类先于蛋白质被消耗。     

固相餐厨垃圾厌氧发酵特性

为了研究固相餐厨垃圾厌氧发酵产甲烷特性,对固相餐厨垃圾进行批式厌氧发酵实验,主要考察了pH、VFA、COD以及纤维素酶活的变化情况,并运用修正Gompertz模型对其产气模型进行动力学拟合.实验结果表明,缓冲溶液的添加可明显促进厌氧发酵产甲烷.在添加缓冲溶液条件下,污泥与餐厨垃圾比例为2∶1,1∶1,2∶3和1∶2时,餐厨垃圾都能很好地进行厌氧发酵产甲烷,最大产甲烷产量分别为594.66、449.74、392.93和333.36 mL/g TS.采用修正Gompertz模型分别对2∶1、1∶1、2∶3和1∶2实验组产甲烷曲线进行拟合,得到产甲烷潜力分别为567.57、437.89、381.12和305.60 mL/g TS,最大产甲烷速率分别为89.38、59.81、47.26和25.80 mL/(d·g VS).对厌氧发酵过程中纤维素酶活的变化进行了研究,结果表明,CMC酶活性在提高餐厨垃圾厌氧发酵过程中纤维素的降解起重要作用.     

金属离子强化餐厨垃圾高温厌氧发酵产酸

以经过高温驯化的污泥作为厌氧微生物,以餐厨垃圾作为发酵基质,向发酵体系中加入不同浓度Fe~(2+)、Mg~(2+)和Ni~(2+)进行单因素实验。实验结果表明:当Fe~(2+)、Mg~(2+)和Ni~(2+)加入量分别为800、250和0.50 mg/L时,挥发性脂肪酸(VFA)的产量最大,分别为23.58、22.38和23.08 g/L;加入不同浓度Fe~(2+)、Mg~(2+)和Ni~(2+)的厌氧发酵液相产物中丁酸含量均最高,但在一定浓度范围内随着金属离子的添加,发酵产物中丁酸所占的比例逐渐减小,乙酸所占比例逐渐增加;加入适量金属离子在一定程度上能够抑制发酵液中氨氮的溶出。     

接种比例和温度对餐厨废弃物厌氧发酵特性的影响

为提高餐厨废弃物厌氧发酵的甲烷转化率和挥发性固体降解率,分别在35℃和55℃条件下,采用批式发酵工艺,考察了接种物与底物的挥发性固体量之比对餐厨废弃物厌氧发酵挥发性固体甲烷产率、挥发性固体降解率、液相末端产物组成和pH值等发酵特性的影响。结果表明,温度和接种比例共同决定厌氧发酵停留阶段,在35℃发酵时接种比例大于50∶50的处理和55℃发酵时接种比例大于30∶70的处理以产甲烷发酵为主,其余以酸化发酵为主;游离氨抑制导致高温组的甲烷含量、挥发性固体甲烷产率和甲烷转化率均低于中温组;发生酸化处理组底物的挥发性固体降解率均低于40%,产甲烷发酵处理组挥发性固体降解率均高于80%。     

餐厨垃圾和绿化废弃物换向通风好氧堆肥

以某高校餐厨垃圾和绿化废弃物为原料,利用一种换向通风的堆肥降解装置对其进行好氧堆肥处理,研究了2个进气温度(35℃、45℃)和3个通风速率(1.5、2.5和4 m3/h)6个处理组对堆肥原料理化性质(堆体温度、含水率、pH值、有机质含量、C/N、种子发芽指数)的影响。餐厨垃圾和绿化废弃物进行15 d好氧堆肥后,pH值上升到7左右,有机质含量达到20%~80%,C/N都降到20以下,种子发芽指数均大于50%。经过1个月腐熟,其含水率≤30%。上述指标符合有机肥料标准(NY525-2011)的要求,该堆肥产物可用于园林绿地,具有显著的经济效益和生态效益。本研究结果表明,将城市餐厨垃圾和绿化废弃物混合后进行好氧堆肥是废弃物处理的高效工程,具有良好的发展前景。     

餐厨垃圾的高温厌氧消化处理研究

在55℃条件下，研究了餐厨垃圾高温厌氧消化过程中pH、VFA、总磷、产气量以及COD、TS和VS的变化，结果表明：在消化过程中pH先下降后上升，总VFA浓度增大，而其中游离态VFA浓度先增大后减少。消化过程总产气量为43 211 mL，整个过程消耗TS的平均产气率为158.98 mL/g TS，COD去除率为38.76％，总磷去除率达到98.87％，底物TS和VS去除率分别31.71％和50.24％。经过厌氧消化处理，沼渣中不含对人体和许多动物有害的沙门氏菌、痢疾杆菌、大肠杆菌及粪大肠杆菌，而富含有机质、氮、磷和钾等的营养物质和芽孢杆菌、防线菌等有益菌种。     

餐厨垃圾厌氧干发酵产氢特性及其调控

采用干发酵技术以餐厨垃圾为底物进行产氢实验,比较不同TS(20%、22%、24%和30%)条件下的产氢情况,修正的Gompertz模型能够较好地拟合餐厨垃圾干发酵过程中的产氢情况(R20.97),获得最佳的TS为22%。反应1.5 d后,累积产氢量出现下降,发现反应体系内存在耗氢现象,微生物群落结构显示TS 22%组优势菌属为Lactobacillus。随后,在TS含量为22%的条件下,添加氯仿对耗氢进行抑制。结果表明:添加0.05%的氯仿能够显著提高产氢量,最大累积产氢量为29.66 mL·g~(-1)(TS),是对照组的1.29倍;氯仿添加量为0.05%时,碳水化合物的降解率最高,达到43.07%;氯仿不仅会对耗氢产生抑制,同时也会抑制产氢,适宜浓度的氯仿能够提高餐厨垃圾干发酵产氢,最佳添加量为0.05%;餐厨垃圾干发酵产氢过程为丁酸型发酵,主要的液相末端发酵产物为乙酸和丁酸。     

青岛市菜市场垃圾的高温厌氧消化研究

在中试规模下进行菜市场垃圾高温厌氧消化试验,通过监测消化过程中的产气情况和消化液的pH、可溶解性COD(SCOD)、挥发性脂肪酸(VFA)、NH3-N、碱度等变化,确定菜市场垃圾厌氧消化的最大有机负荷,并分析对菜市场垃圾进行高温厌氧消化处理的可行性.结果表明,在中试规模下,菜市场垃圾高温厌氧消化的最高有机负荷可达6.2...     

食品废弃物厌氧消化产乙酸的研究

通过实验,研究了pH、总固体浓度(TS)、碳氮比(C/N)对食品废弃物厌氧消化产乙酸的影响,详细考察了挥发性脂肪酸(VFA)的组成和浓度及乙酸浓度随时间的变化规律.结果表明,pH为6.5、TS为7%(质量分数)、C/N为16:1时,总VFA的最大质量浓度为31.56 g/L,乙酸的最大质量浓度为19.46 g/L.     

基于活性污泥的厨余垃圾厌氧发酵产酸研究

以厨余垃圾和活性污泥为原料,考察了不同接种比例对厌氧发酵产物的挥发性脂肪酸产量、pH值和COD去除率的影响.结果表明,当厨余垃圾和活性污泥接种比例为4∶1时,挥发性脂肪酸产量在第3天达到最大值为42.7 g/L,产率提高了40%,COD去除率达到了35.6%,pH值没有发生较大的差异,其变化幅度在4～6之间.     

厌氧条件下序批操作与连续操作对基质利用的影响

研究了在厌氧条件下以葡萄糖为基质的序批操作与连续操作反应器中微生物利用基质的不同途径。结果表明，在连续操作中，反应器内的VFA及污泥中的糖原含量保持不变，葡萄糖被用于产生甲烷和微生物增殖，两者分别占进水COD的79.34%和20.62%。在序批操作中，当进水结束时，50.17%的葡萄糖被转化为糖原储存于细胞体内，反应器内的VFA、产生的甲烷及微生物增殖分别占进水COD的25.05%、11.56%和13.22%；当反应结束时，葡萄糖转化为甲烷和微生物细胞的部分分别占进水COD的78.13%和20.6%，积累的VFA及储存的糖原被微生物代谢。两种不同操作模式下葡萄糖的代谢途径不同，序批式反应器中由于糖原储存的存在，减缓了VFA的积累，为厌氧系统的高效、稳定运行提供了保证。     

茅草添加与温度变化对餐厨垃圾厌氧水解产酸的影响

比较了茅草添加在温度变化条件下对餐厨垃圾厌氧水解过程小分子有机酸产量的影响，提出一种新型餐厨垃圾的资源化方式。研究结果显示，餐厨垃圾在55℃条件下厌氧水解主要产物为乳酸，达到25．7g／L，其干物质转化率可以达到32．1％（gTS），而餐厨＋茅草处理在同样条件下的乳酸产量为20．1g／L，干物质转化率为25．1％。温度下降为37℃后继续进行的的厌氧水解，得到的主要产物是乙酸、丙酸和丁酸，餐厨处理和餐厨＋茅草处理这两者的峰值分别为6．5、2．8、8．0和6．1g／L、2．7g／L和5．9g／L。结果显示茅草添加可以在一定程度上调节水解产物的比例，而温度变化可以调控小分子有机酸的产量。本研究结果表明，厌氧水解是一种有潜力的小分子有机酸生产与餐厨垃圾资源化处理途径。     

酵母菌对厨余垃圾厌氧发酵产乙酸的影响

研究了酵母菌对厌氧发酵过程中垃圾水解速率、挥发性有机酸(VFA)产量、乙酸产量的影响。结果表明：控制反应器中pH值为7时，接种酵母菌后，垃圾的水解速率明显提高，产酸速率和产酸量都明显高于不接种酵母菌的反应器，乙酸浓度能够达到9 458 mg/L，占挥发性有机酸总量的58.2%。垃圾本身含有的微生物对产酸也有促进作用，酵母菌和垃圾本身含有的微生物共同作用才能使得乙酸的产生最大化。     

季节性城市生活垃圾成分分析及厌氧消化特性研究

城市生活垃圾的成分及特性随着季节和人类在不同季节的生活习惯而变化，针对我国北方城市研究了一年中不同季节的城市生活垃圾成分特点，对影响厌氧发酵过程的相关成分如总有机碳（TOC）、总氮（TN）、蛋白质、脂肪和还原糖等进行了测定分析。通过厌氧消化实验，测得不同季节城市生活垃圾pH值、日产气量、沼气甲烷含量、甲烷累积量、挥发性脂肪酸（VFAs）和氧化还原电位（ORP）等参数的变化规律，分析相应变化的影响因素。结果表明，二、三季度的含水率分别为64．81％和67．50％，高于一、四季度，一季度发酵原料中蛋白质和脂肪含量分别为12．56％和8．86％，明显高于其他3个季度。一季度甲烷累积量最高，达到17616mL，单位发酵原料的产气量为204．8mL／g，也是4个季度中最高的，说明蛋白质、脂肪等有机成分含量对厌氧发酵过程及结果影响比较明显。为进一步的城市生活垃圾厌氧消化制取生物燃气的工艺条件提供依据。     

An assessment of the feasibility of employing biochemical acidogenic potential tests for characterizing anaerobic biodegradability of raw and pretreated waste activated sludge

The potential to use the results of biochemical acid potential (BAP) tests to predict the ultimate digestibility of raw and pretreated waste activated sludge (WAS) was investigated. The ultimate methane production from biochemical methane potential (BMP) tests on raw and pretreated samples which spanned a range of biodegradability proved linearly related to the volatile fatty acid (VFA) and soluble chemical oxygen demand (COD) production in corresponding BAP tests. In addition, a linear relationship between NH4-N production in the BMP and BAP tests was observed. Despite the linear nature of the relationships, the ratio of the production of methane in the BMP tests to the production of VFAs in the BAP tests varied with the biodegradability of the sludge samples. Waste Activated Sludge samples with low digestibility had ultimate yields of CH4 that were greater than the VFA yields in BAP tests, whereas sludge samples with high digestibility had lower yields of CH4 than the corresponding VFA yields. This trend contrasted with the NH4 results, in which the yields in the BAP tests were consistently less than those observed in the BMP tests. It was hypothesized that the varying relationship between CH4 and VFA yields was because of the inhibition of anaerobic oxidation of long-chain fatty acids (LCFAs) in the BAP tests. Long-chain fatty acids would be converted to CH4 in BMP tests but produced as digestion intermediates in the BAP tests and were not measured as part of the VFA yield. Hydrogen and acetate were identified as the two most likely intermediates that would accumulate in the BAP tests (which would cause inhibition). A stoichiometric model to facilitate the development of an improved understanding of the biodegradation processes in the BAP and BMP tests was assembled. When the model was applied to the BAP tests the anaerobic oxidation of LCFAs and propionate and methanogenesis were excluded from the model. The model was employed to estimate the extent of degradation of lipids, carbohydrates, and proteins in the batch tests as a function of the ultimate biodegradability of the sludge samples. On the basis of model fitting, it was determined that the degradation of lipids in BMP tests decreased, whereas the degradation of carbohydrates and proteins increased as the digestibility of the sludge samples increased. The varying ratio of lipid to protein and carbohydrate degradability with increasing digestibility of the sludge samples describes the relationship between VFA production and CH4 production in the BAP, and BMP tests, respectively.     

1株好氧菌对不同油脂的降解

从某餐馆排污渠污泥分离到10株油脂降解菌,以植物油脂花生油为唯一碳源,通过适应性培养驯化并检测细菌生长的OD值筛选出1株优势菌。在确定其最佳生长环境条件的基础上,分别以花生油、餐厅污水和一种含有油脂的膜为对象污染物,进行了优势菌的降解试验。结果表明,该菌对花生油溶液中油脂和CODcr的去除率在24h以内分别达到98．91％和97．27％;对餐厅污染中油脂和CODcr的降解率在30h内分别达到88．66％和85．42％。另外,该优势菌对油脂膜也有良好降解效果,在固体和液体培养基中30d内油脂膜量分别减少了3．31％和11．29％以上。试验证实了该菌对植物油脂、含油脂污水和固体油脂废弃物有良好的净化效果。