茅草添加与温度变化对餐厨垃圾厌氧水解产酸的影响简

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25.7 g/L，其干物质转化率可以达到32.1% （g TS），而餐厨+茅草处理在同样条件下的乳酸产量为20.1 g/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6.1 g/L、2.7 g/L和5.9 g/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。     

温度对餐厨垃圾自由厌氧发酵性能的影响

通过批次实验研究温度对餐厨垃圾自由厌氧发酵(不控制pH)性能的影响。考察了室温(25℃),中温(35℃)和高温(55℃)条件下发酵基质的降解程度和有机酸的产量以及组成情况。结果表明,尽管高温条件下颗粒态有机物有最快的水解速率,但室温条件下有机酸浓度却达到了最大值(8.85 g COD·L~(-1));乳酸和乙酸是自由发酵过程中最主要的有机酸,室温下乳酸和乙酸的含量分别为总有机酸的72.86%和25.11%,而中温和高温时乳酸和乙酸的含量比值均在43.6%~50%之间。实验表明,自由发酵条件下,最佳的水解酸化温度是25℃。     

脂肪酶强化餐厨垃圾厌氧产甲烷及其影响因素研究

油脂降解缓慢是影响餐厨垃圾厌氧发酵的重要原因。应用脂肪酶强化餐厨垃圾厌氧产甲烷,探究了脂肪酶投加量、温度和pH对产甲烷的影响。结果表明,脂肪酶能够促进餐厨垃圾厌氧发酵的水解和酸化,为产甲烷菌提供物质基质,还能提高脱氢酶的活性。脂肪酶最佳投加量为0.4g/L,最适温度为35℃,最适pH为7.0。     

餐厨垃圾两相与单相厌氧消化过程参数分析

在(55±0.2)℃温度下,以餐厨垃圾为原料,分别进行两相与单相厌氧消化实验,两相实验设置不同初始p H的反应组,比较两相与单相厌氧消化的产气效率、有机酸、营养物质和酶活性等的变化。结果表明,餐厨垃圾两相厌氧消化可以提高产甲烷效率,初始p H 8.5餐厨垃圾组的甲烷产量最高为178.3 m L/g COD,比单相厌氧消化提高了338%;另外,两相厌氧消化中氢气最高可达14.12 m L/g TS。餐厨垃圾两相厌氧消化产酸相的初始p H会影响产氢和产甲烷的效率,氢气和甲烷的产量随初始p H的升高而呈增加趋势。淀粉酶活性在两相实验组的产酸相及单相实验组均呈现先升后降的变化,最高活性分别为0.542 mg/(m L·min)和0.298 mg/(m L·min);蛋白酶活性在产酸相达到最高,为1.70μg/(m L·min);脱氢酶活性在初始p H为9.0的实验组达到最高,为145μg/(m L·h),分别是空白和单相实验组的113.3%和120.8%。     

餐厨垃圾生化产甲烷潜力的数学模拟

为资源化回收利用餐厨垃圾,采用BMP实验对其产甲烷潜力进行了研究,测定了不同厌氧消化时间内的沼气产量及COD、VFA浓度,并在此基础上对餐厨垃圾产甲烷潜力进行了数学模拟。结果表明,混合液COD浓度变化曲线呈逐渐下降的趋势,VFA出现短暂积累,应调控厌氧消化系统的碱度。餐厨垃圾经40 d厌氧消化后,实际生物化学产沼气及产甲烷潜力分别可达559.1、349.7 m L·g~(-1)VS,第20天后累积产气量增加不显著。数学模拟结果表明,餐厨垃圾最初7 d的平均水解常数为0.244 d~(-1),模拟产沼气及甲烷潜力分别可达578.36和363.72 m L·g~(-1)VS,实际产沼气及甲烷潜力分别占模拟产沼气及甲烷潜力的96.7%、96.1%,采用固体停留时间为25~30 d进行厌氧消化较为合理。     

湿热水解处理餐厨垃圾氮素转化规律

为了研究餐厨垃圾湿热水解过程中氮素的变化规律，设计了10、30、60、90和120℃5个温度水平以及30、60、90、120、150和180min6个加热时间水平，进行了30组完全实验，对不同湿热条件下餐厨垃圾粗蛋白、TN、NH4＋-N、NO3-N、有机氮及氨基酸等氮的不同存在形式的变化规律进行实验研究。结果表明，10、30及60℃条件下蛋白质的高级结构不会改变，利于粗蛋白的积累，且在温度120℃，加热时间90min条件下粗蛋白百分含量最高，占干物质的31．34％；随温度的升高和加热时间的延长TN、NHf-N和有机氮含量均上升；当温度达到120℃，由于水解反应，各温度处理下NHf．N浓度超过有机氮浓度，而NO3-N始终维持较低水平。氨基酸总量随温度的升高和水解时间的延长呈上升趋势，当温度达90％，加热时间达180min时，处理后餐厨垃圾总氨基酸百分含量最高，达164％，但温度达到120℃时，随着处理时间的延长，餐厨垃圾总氨基酸含量明显降低。     

竹叶与餐厨垃圾厌氧共消化工艺

将黄金竹和毛竹的竹叶分别与餐厨垃圾厌氧共消化,通过分析消化过程中的产气量、pH、COD、NH4+-N和VFAs变化,探讨添加不同竹叶对餐厨垃圾厌氧消化效果的影响.实验结果表明,添加毛竹叶显著增强了餐厨垃圾的厌氧消化能力.毛竹叶+餐厨垃圾组的总产气量是餐厨垃圾对照组单独厌氧消化总产气量的3.28倍,甲烷总产量为10.1 L,COD去除率高达83.0％.而添加黄金竹叶对餐厨垃圾厌氧消化的影响则不明显,可能因为黄金竹叶在消化过程中释放了大量挥发性脂肪酸(VFAs),造成体系酸中毒.     

氧化铁对不同有机负荷下餐厨垃圾厌氧消化产气的影响

进行了餐厨垃圾(FW)和接种污泥(Ⅰ)基于不同VS比(分别为FW/I=1,FW/I=3,FW/I=5)下的中温厌氧消化实验,对比了不同有机负荷下未添加氧化铁和添加氧化铁对餐厨垃圾厌氧消化产气的影响。结果表明,在FW/I=1时,餐厨垃圾厌氧消化体系的产气情况主要由接种污泥决定,添加氧化铁仅能在较小的程度上促进体系产甲烷能力提升;而在FW/I=3时,添加氧化铁可以帮助餐厨垃圾厌氧消化体系从低速产甲烷过程快速进入高速产甲烷,快速降解有机质实现稳定化;而对于FW/I=5时添加氧化铁可以解除由于有机负荷过高造成的酸抑制并恢复体系的产甲烷能力。因此,在实际应用厌氧消化技术处理餐厨垃圾中可以通过添加氧化铁来提高其有机负荷(OLR),提高处理效率,保证餐厨垃圾厌氧消化的正常运行和促进甲烷的产生。     

我国餐厨垃圾厌氧处理技术现状分析及建议

随着我国餐厨垃圾排放量的持续增加,已造成严重的环境污染防控压力。为促进我国餐厨垃圾的资源化利用和无害化处理处置,在文献调研的基础上,梳理了我国大中型餐厨沼气工程的发展现状,分析了导致沼气产率低、沼气回用量大等餐厨沼气亟待解决的低经济效益难题的根本原因,并结合实际情况提出餐厨垃圾厌氧消化技术相关的建议,以期为我国提高餐厨垃圾的资源化、无害化处理能力和水平提供参考。     

含油量对餐厨垃圾厌氧发酵的影响

在35℃条件下，研究了不同含油量（0％、1％、2％、3％、4％、5％）餐厨垃圾中温厌氧消化过程中日产气量、甲烷含量、总固体（TS）、挥发性固体（VS）、干物质产气率等的变化，为后续餐厨垃圾连续发酵的预处理提供参考。结果表明：5％含油量餐厨厌氧发酵周期最长，累计产气量最大，为5800mL。在消化过程中，沼气中甲烷含量先上升后下降，最高可达76％；于物质产气率随含油量增大而增大，依次为497．4、506．1、543．8、554．4、590．7和600．1mL／gTS；5％含油餐厨垃圾的TS和VS去除率最大，分别为34．4％和42．9％。     

混合水解对打捆麦秸水解产酸的影响

为研究混合水解对麦秸水解产酸的影响，以猪粪、厨余和蔬菜废物为原料，研究其分别与麦秸混合水解产酸的特性，分析了水解过程中pH值、COD、SCOD和VFAs的变化。结果表明，除麦秸＋蔬菜废物最佳出料时间为3～9d外，麦秸、麦秸＋厨余垃圾、麦秸＋猪粪水解液最佳出料时间均为3～7d，7d后水解液COD浓度下降；将蔬菜废物与麦秸混合水解，水解液pH值降低幅度最大，水解液中总有机酸浓度最高，pH值最低为5．31，有机酸浓度最高达6．46g／L，且水解液中SCOD浓度、SCOD／COD比值最大；添加猪粪明显促进了麦秸有机物的水解溶出，麦秸单位干物质水解率和产酸率较对照分别提高了43％～134％和50．53％，但对提高水解液SCOD浓度、SCOD／COD比、TVFA浓度、降低水解液pH值的效果不如蔬菜废物；添加厨余垃圾的效果介于猪粪和蔬菜废物之间。从促进麦秸水解产酸的角度，以添加猪粪的效果最好。     

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.     

挥发性脂肪酸对厌氧干式发酵产甲烷的影响

为了提高中温干式厌氧间歇发酵效率,研究了发酵过程中间产物———挥发性脂肪酸对产甲烷的影响。实验分2批进行,第1批在牛粪发酵过程中分别添加乙酸、丙酸和丁酸,第2批发酵添加易产生挥发酸的厨余垃圾混合发酵。结果显示,添加单一挥发酸的发酵过程中,添加丙酸的产甲烷速度较慢,因为丙酸降解生成乙酸的速度较慢,减慢了甲烷的形成;混合发酵过程厨余垃圾产甲烷速度比牛粪快,发酵过程产生2个产气高峰;牛粪和厨余垃圾固体物质含量比在11∶1到5∶1范围内较好,比牛粪单独发酵产气多,产酸高但不酸败,产生的挥发酸主要是乙酸和丙酸,其中比例为7∶1混合发酵的产甲烷速率最大,为4.89 mL/(g VS·d)。实验表明,牛粪厌氧干式发酵过程添加一定量的厨余垃圾可加快挥发酸的产生并提高挥发酸产量,从而提高甲烷的产量,但是总挥发酸长时间超过10 000 mg/L,pH降到不适于产甲烷菌生长的范围时,将抑制甲烷的生成,挥发酸积累导致厌氧发酵酸败。     

Response surface optimization of substrates for thermophilic anaerobic codigestion of sewage sludge and food waste

This study investigated the effects of food waste constituents on thermophilic (55 degrees C) anaerobic codigestion of sewage sludge and food waste by using statistical techniques based on biochemical methane potential tests. Various combinations of grain, vegetable, and meat as cosubstrate were tested, and then the data of methane potential (MP), methane production rate (MPR), and first-order kinetic constant of hydrolysis (kH) were collected for further analyses. Response surface methodology by the Box-Behnken design can verify the effects and their interactions of three variables on responses efficiently. MP was mainly affected by grain, whereas MPR and kH were affected by both vegetable and meat. Estimated polynomial regression models can properly explain the variability of experimental data with a high-adjusted R2 of 0.727, 0.836, and 0.915, respectively. By applying a series of optimization techniques, it was possible to find the proper criteria of cosubstrate. The optimal cosubstrate region was suggested based on overlay contours of overall mean responses. With the desirability contour plots, it was found that optimal conditions of cosubstrate for the maximum MPR (56.6 mL of CH4/g of chemical oxygen demand [COD]/day) were 0.71 g of COD/L of grain, 0.18 g of COD/L of vegetable, and 0.38 g of COD/L of meat by the simultaneous consideration of MP, MPR, and kH. Within the range of each factor examined, the corresponding optimal ratio of sewage sludge to cosubstrate was 71:29 as the COD basis. Elaborate discussions could yield practical operational strategies for the enhanced thermophilic anaerobic codigestion of sewage sludge and food waste.     

Effect of potassium inhibition on the thermophilic anaerobic digestion of swine waste.

The inhibition effects of high potassium concentration on thermophilic anaerobic digestion of swine waste were studied. A continuous stirred tank reactor (CSTR), operated at a hydraulic retention time of 10 days and chemical oxygen demand loading of 7.2 to 7.5 g/L/d, was used to digest swine waste and cultivate thermophilic anaerobic microorganisms. To evaluate the toxicity of potassium, batch inhibition tests were also conducted. Without acclimation to potassium, the inhibition threshold beyond which methane production decreased significantly was 3 g K+/L. Volatile fatty acids accumulation was observed during the decline of methane production. Propionic acid was the dominant fatty acid, indicating that propionic acid utilizers were more sensitive to potassium inhibition than acetoclastic methanogens. To test the effect of acclimation on potassium inhibition, the potassium concentration in the CSTR was increased to 6 and 9 g K+/L. Acclimation to 6 g K+/L increased the tolerance of anaerobic inocula to potassium inhibition without significantly reducing the methanogenic activity. The inhibition threshold was increased from 3 g K+/L for unacclimated inocula, to 6 g K+/L for inocula acclimated to 6 g/L of potassium. Acclimation of inocula to 9 g/L potassium further increased the inhibition threshold to 7.5 g K+/L. However, the overall methanogenic activity in the last case was lower than that of unacclimated and 6 g K+/L acclimated inocula.     

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。     

基于PEG/DEX双水相体系的餐厨垃圾乳酸发酵

利用聚乙二醇(PEG)/葡聚糖(DEX)双水相体系分离餐厨垃圾发酵产物乳酸,分析了聚合物浓度和分子量的影响,以及餐厨垃圾多批次连续发酵时乳酸产率。实验结果表明,PEG/DEX双水相体系对乳酸菌生长影响不大,PEG和DEX浓度变化对乳酸产率、相体积比无显著影响;当DEX分子量由20 000升至40 000,乳酸生成速率由0.631 g/(L.h)降至0.518 g/(L.h),乳酸浓度由33 g/L降至22 g/L。多批次餐厨垃圾连续发酵可极大缩短发酵时间,在不投加缓冲剂的情况下,单批次乳酸产率仍大于0.30 g/g,累积产率大于0.45 g/g。     

The use of food waste-based diets and Napier grass to culture grass carp: growth performance and contaminants contained in cultured fish

The present study used commercial feeds, food waste feeds, Napier grass, and mixed feeds (food waste feed to Napier grass ratio, 1:10) to feed grass carp (Ctenopharyngodon idellus). The results indicated that grass carp fed with food waste feeds and mix feeds achieved growth performance (based on specific growth rate and feed conversion ratio) that was similar to commercial feeds (p?>?0.05). Concentrations of metalloid/metals in food waste feeds and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in Napier grass were relatively higher than other types of fish feeds (p?<?0.05). However, most of the metalloid/metals and PAH levels in fish fed with four types of fish feeds were not significantly different (p?>?0.05). These findings show that food waste feeds are suitable for using in the production of fish feed and Napier grass can be served as supplemental feeds for grass carp, and hence reducing the production cost.     

烟草下脚料发酵制取乙醇

通过单因素实验考察了硫酸浓度、固液比和水解时间对硫酸水解的影响。结果显示最优条件为:硫酸浓度为50%(w/w),固液比为10%(w/v),时间为100 min。烟草下脚料在最佳硫酸水解条件下,经5倍稀释,中和pH值至5～6。取经过滤后的水解液(FH)用酿酒酵母(Sacchharomyces cerevisiae)发酵产生乙醇,最大的乙醇浓度和乙醇产量分别为1.09g/L和54.5 g/kg。未过滤水解液(UFH,包括水解残渣)加入纤维素酶(70 U/100 mL)和酿酒酵母(Sacchharomyces cerevisiae)进行发酵,最大的乙醇浓度和乙醇产量分别为1.23 g/L和61.5 g/kg。     

烟草下脚料发酵制取乙醇

通过单因素实验考察了硫酸浓度、固液比和水解时间对硫酸水解的影响。结果显示最优条件为：硫酸浓度为50%（w/w）,固液比为10%（w/v）,时间为100 min。烟草下脚料在最佳硫酸水解条件下,经5倍稀释,中和pH值至5～6。取经过滤后的水解液（FH）用酿酒酵母（Sacchharomyces cerevisiae）发酵产生乙醇,最大的乙醇浓度和乙醇产量分别为1.09g/L和54.5 g/kg。未过滤水解液（UFH,包括水解残渣）加入纤维素酶（70 U/100 mL）和酿酒酵母（Sacchharomyces cerevisiae）进行发酵,最大的乙醇浓度和乙醇产量分别为1.23 g/L和61.5 g/kg。