酸化相发酵类型对甲烷相产甲烷性能的影响

以餐厨垃圾和稻草为原料,通过调节酸化相的pH、氧化还原电位(ORP)和进料负荷(OLR),对酸化相的产酸发酵类型和不同酸化类型的产甲烷性能进行了研究。结果表明:当酸化相的pH4.5和ORP-120 m V的条件下,发酵类型为乙醇型;当酸化相的pH5.5时,发酵类型为丁酸型发酵;在乙醇型发酵和丁酸型发酵相互转换的过程中,会出现混合型发酵。从酸化效果方面来看,丁酸型发酵的产酸性能最优,酸化度为36%。同时,丁酸型发酵酸化产物的产甲烷性能最好,累计甲烷产率为535 m L·g-1VS。通过PCR-DGGE的微生物菌群鉴定结果可知,在两相厌氧消化过程中,酸化相中的优势菌种主要以拟杆菌属(Bacteroidetes)和乳酸杆菌属(Lactobacillus)为主,甲烷相中的优势菌种以乳酸杆菌属(Lactobacillus)为主。     

中药渣不同有机负荷厌氧发酵工艺参数分析

以人参、赤芍和桂皮等混合中药渣为发酵原料,采用全混式厌氧反应器,在中温(35±1)℃,通过半连续厌氧发酵工艺,研究其发酵过程中不同有机负荷,沼气日产气量、甲烷含量、p H值、挥发性有机酸(VFA)和总无机碳(TIC)等参数变化相互关系。结果表明:厌氧消化过程呈现5个阶段,即发酵启动期、增长期、稳定期、超负荷期和恢复期;反应器高效稳定运行可承受的中药渣最大有机负荷为8.0 g TS·(L·d)-1,系统p H值稳定在7.0左右,沼气日产气量8.38 L,容积产气率为1.68 L·(d·L)-1,原料产沼气能力262 m L·(TS g·d)-1,VS去除率为20.69%。有机负荷为10.0 g TS·(L·d)-1时超负荷运行,沼气产量急剧下降,系统运行稳定性被破坏。因此,在中药渣厌氧消化过程中一定要控制有机负荷在最佳数值,实时监测反应器运行过程中的各参数变化,及时做出调整,保证工程的高效稳定运行。     

改良型UASB厌氧氨氧化反应器运行效能对比

为探究组合启动模式实现厌氧氨氧化反应器高效启动和稳定运行的可行性,分别采用接种短程硝化污泥结合提高进水基质(A)和接种厌氧氨氧化污泥结合缩短水力停留时间(B)2种组合方式启动改良型UASB厌氧氨氧化反应器,对反应器启动效果进行研究,并通过改变进水基质比和低温冲击探究启动成功后的反应器性能。结果表明:A反应器启动成功时的总氮去除负荷(NRR)为0.520 kg·(m~3·d)~(-1)、亚硝化单胞菌Nitrosomonas相对丰度大幅下降、主要厌氧氨氧化菌属由Candidatus Kuenenia转化为Candidatus Brocadia;而B反应器NRR达到1.950 kg·(m~3·d)~(-1)、Candidatus Kuenenia始终为优势菌属。随着进水基质比的提高,B反应器的NRR和上升幅度始终高于A反应器,具有更强的抗负荷能力。当温度由35℃下降至15℃时,A和B反应器污泥对基质的降解速率分别下降92.94%和81.38%;温度恢复至35℃后,A反应器污泥降解速率的回升率大于B反应器污泥。因此,接种厌氧氨氧化污泥和缩短水力停留时间的组合方式更有利于改良型UASB厌氧氨氧化反应器的高效启动和稳定运行。     

酸化冲击对低pH厌氧发酵系统性能的影响

为了研究酸化冲击对厌氧发酵有机废水能源回收系统的影响,利用自制的厌氧内循环反应器(anaerobic internal circulation reactor,AICR),以模拟糖蜜废水为底物,逐步提高进水容积负荷以模拟高容积负荷下出现的酸化冲击。研究了反应器酸化前后运行参数,并利用高通量测序检测了酸化后系统微生物群落结构。结果表明:酸化会导致颗粒污泥解体,产气速率和COD去除率下降,产甲烷活性严重抑制,同时发酵类型也发生转变。反应器酸化以后,发酵类型从丁酸型发酵类型转变为混合酸发酵类型,在进水负荷不变的情况下,总产气速率下降约50%,从2 100 mmol·(L·d)~(-1)下降至1 056 mmol·(L·d)~(-1)。酸化后的系统中,非产氢发酵细菌为优势细菌(54.7%),而产氢细菌所占比例较少(37.3%),未检测到产甲烷细菌。     

2种启动方式下CSTR厌氧甲烷发酵系统的运行特性比较

厌氧产甲烷菌生长缓慢,对生境环境尤为敏感,其富集难且慢,所以厌氧反应器的快速启动一直是热点研究问题。为摸清连续流搅拌槽式反应器(CSTR)处理糖蜜废水的适宜启动条件和调控方法,比较了两种启动方式下CSTR厌氧甲烷发酵系统的运行特性。结果显示,以啤酒废水污水处理车间的剩余污泥为种泥,在HRT为18 h、温度35℃条件下,进水COD为4 000 mg·L~(-1)时直接启动CSTR厌氧反应器,系统因挥发酸积累,产甲烷菌群活性受限,难以富集培养,经过近103d的运行,系统未形成高效的厌氧甲烷发酵微生物菌群结构体系;而当采用保持HRT18 h不变,进水COD阶段性提升至4000 mg·L~(-1)的启动方式时,产甲烷菌群活性较高,能在较短时间内得到有效富集和培养,CSTR能成功培养具有完整甲烷发酵功能的微生物菌,COD去除率可在65 d内达到56%,反应器成功启动。     

固定床厌氧反应器处理高浓度禽畜粪尿

为开展高效厌氧生物技术处理家禽粪便的应用研究,试验依据固定床厌氧反应器(anaerobic pecked bed reac-tor)的特点,设计了一个有效容积为20 L的高效厌氧反应器,以猪粪尿为发酵原料,进水COD浓度范围在4 820~54 000mg/L,实验过程为55 d。按进料的水力停留时间可将实验划分为2个阶段:前期(44 d)和后期(11 d),前期通过提高进料浓度直接提高反应器处理浓度,水力停留时间保持为2 d,每7~8 d为一个周期;后期通过缩短水力停留时间间接提高反应器处理浓度,进料浓度保持不变,每2~3 d为一个周期。通过对厌氧处理系统运行过程中COD、pH、挥发性成分、TN、TP和NH3-N含量的测定,分析了该系统运行特点。结果表明:在发酵的第1~55 d,整个厌氧处理系统能够稳定运行,COD去除率稳定在67%~88%之间;对TN、TP、NH3-N都有很好的去除能力。     

厌氧反硝化生物反应器恢复启动过程中微生物群落特征分析

针对厌氧反硝化工艺在处置高浓度硝酸盐废液过程中难以连续运行的实际情况,系统研究了升流式污泥床(USB)反应器恢复启动过程中微生物群落变化过程。结果表明:采用原水NO-3-N负荷的30%(710.7 mg·L~(-1))恢复启动23 d,NO-3-N平均去除率为99%,比反硝化速率(RNO-3)从49.4 mg·(g·h)-1提升到170.7 mg·(g·h)-1(以VSS计),提高了3~4倍。高通量测序分析发现,Halomonas(盐单胞菌属)、Pseudomonas(假单胞菌属)、Alcaligenes(产碱杆菌属)为脱氮的优势菌种,与启动初期相比,启动末期的相对丰度分别增长了35%、31%和14%。优势菌种的相对丰度与RNO-3之间存在一定的正相关性,RNO-3每增加1倍,优势菌种的相对丰度平均扩增6.7%。USB厌氧反硝化反应器可以快速恢复启动,具有较好的工程应用可行性和运行灵活性。     

强化循环厌氧反应器处理印染废水的中试启动研究

应用自主研制的强化循环厌氧反应器(SCAR)中试规模处理实际印染废水,研究反应器的启动特性。反应器接种厌氧颗粒污泥后启动运行83 d,形成连续内循环并实现了对印染废水处理的高效稳定运行。在进水COD浓度1 000~3 650 mg/L、系统容积负荷0.7~6.4 kg/(m3·d)条件下,废水COD和色度平均去除率分别达到55%和73%。反应器内较高浓度的NH+4-N保证了系统pH的稳定性,350~600 mg/L的NH+4-N浓度没有对强化循环厌氧反应器产生抑制作用,系统内也没有出现VFA(以乙酸计)积累。启动过程中,厌氧颗粒污泥的粒径增大、沉降性能变好。启动实验完成时,反应器内微生物的脱氢酶活性(以TF计)和辅酶F420浓度分别为3.4973 mg/(g·h)和0.1872μmol/g。     

厌氧序批式反应器产氢

以啤酒厂废水处理厂UASB中的厌氧污泥为种泥,葡萄糖为基质,研究了厌氧序批式反应器产氢。控制反应器内pH为4.0～4.5,温度为(36±1)℃,水力停留时间为8 h,当进水葡萄糖浓度为4 000 mg/L,容积负荷为12 kg/(m3.d)条件下,该厌氧序批式反应器实现了连续高效厌氧产氢。生物气中的氢气含量约为48%～53%,基质产氢率为1.1 mol/mol葡萄糖,COD去除率为15%～25%,最大比产氢速率为84.5 mol/(kg VSS.d)。液相末端发酵产物中乙醇和乙酸的含量占液相末端发酵产物总量的80%以上,表明该反应器内进行的是乙醇型发酵厌氧产氢。厌氧序批式反应器完全可以实现连续高效厌氧产氢,比较适用于日处理量较小的高浓度含糖废水。     

共接种瘤胃微生物和厌氧污泥的水稻秸秆中试厌氧消化系统性能评估

针对富含木质纤维素底物利用效率低的问题,通过在中试厌氧消化系统中共接种瘤胃微生物和厌氧污泥来改善水稻秸秆中木质纤维素的水解,采用逐步提升底物有机负荷(OLR)的方式,评估了接种后水稻秸秆的厌氧消化效率。结果表明,在反应体系底物有机负荷达到4.26 g·(L·d)-1(以VS计)时,系统表现出最佳的厌氧消化性能,此时沼气产率为528 mL·g-1 (以VS计),甲烷产率为287 mL·g-1,容积沼气生产强度达到2.20 L·(L·d)-1。在反应器有机负荷从1.05 g·(L·d)-1提升到4.26 g·(L·d)-1的运行过程中,系统的纤维素降解率稳定在(71±2)%,半纤维素降解率稳定在(92±4)%,木质素降解率稳定在(15±3)%。这种稳定性表明反应器的连续运行成功地形成了高效的木质纤维素降解体系,结果可为实际规模化应用提供参考。     

厌氧动态膜生物反应器处理冷轧平整液废水

平整液废水作为碱性含油废水,一直是冶金行业较难处理的废水之一。搭建了一套厌氧动态膜生物反应器(An DMBR),通过梯级驯化的方式,处理COD为2 500 mg·L~(-1)左右的平整液废水。经过88 d的启动驯化,在膜通量为6 L·(m2·h)-1,HRT为2.5 d的条件下,出水稳定在500 mg·L~(-1)左右,甲烷产率约0.151 L·g-1,动态膜的一个运行周期可以分为成膜阶段、稳定阶段和堵塞阶段3个阶段。成膜阶段出水浊度随动态膜的逐渐形成而下降;而后动态膜形成,出水浊度稳定,为稳定阶段;最后为堵塞阶段,跨膜压差激增,出水浊度上升。同时对驯化及稳定运行阶段的污泥进行了微生物菌群分析,在细菌群落中主要的微生物菌群为Clostridia(梭状芽胞杆菌纲)、Bacteroidia(拟杆菌纲)、Anaerolineae(厌氧绳菌纲)、OP8_1和Spirochaetes(螺旋体纲),其中拟杆菌纲是处理平整液废水的优势细菌菌群。在古菌群落中,Methanolinea(甲烷绳菌属)和Methanosaeta(甲烷鬃毛菌属)为主要菌种,随着反应器的长期驯化和运行,甲烷鬃毛菌逐渐成为反应器中优势菌群。     

强化复合厌氧反应器处理农村生活污水的快速启动

针对常规单一厌氧反应器处理农村生活污水启动时间长、处理效率低等问题,构建了一种集填料型厌氧折流和厌氧滤池技术为一体的新型强化复合厌氧反应器,并对该反应器的启动方法和运行特性进行了探究。采用接种污水厂活性污泥,并通过逐渐缩短反应器水力停留时间(HRT)的方法,进行反应器的启动。结果表明,在运行时间为25 d时,反应器出水COD降至65 mg·L~(-1),COD去除率达70.7%;各格室pH和氧化还原电位(Eh)分别稳定在6.9～7.0和(-243±6)～(-289±6) mV;CH_4产生量达365 mL·d~(-1),反应器实现成功启动。其中,折流区单元对COD的去除占主导作用,折流区单元内污泥生长和填料挂膜状况良好。本研究构建的强化复合厌氧反应器能够成功实现快速启动,为其在农村生活污水处理中的实际应用提供了参考依据。     

厌氧颗粒污泥启动复合式厌氧折流板反应器的研究

研究以厌氧颗粒污泥接种的复合式厌氧折流板反应器(HABR)启动：在HABR中直接接种厌氧颗粒污泥，以退浆废水为试验进水，在系统水力停留时间为168 h,中温(32±1) ℃，进水pH值6.5～8，碱度适当偏高条件下，进入反应器废水COD浓度由1 800 mg/L逐渐提高到13 520 mg/L，运行60 d后系统COD去除率最低为45%，并且保持稳定，出水pH值和碱度相对比较稳定，污泥明显呈颗粒状，反应器启动完成。反应器可以在短时间内重新启动，污泥活性很快得到恢复。     

2种不同性能炭纤维载体的固定床厌氧反应器运行效果比较

分别采用炭纤维(CF)和活性炭纤维(ACF)作为固定床厌氧反应器的生物膜载体,以不加任何载体的相同规格的反应器为对照,在中温(35±1)℃、连续进料条件下处理高浓度糖蜜废水,实验历时165 d,比较评价了2种不同性能的炭纤维作为载体的固定床厌氧反应器的运行性能。结果表明,CF和ACF均是较好的微生物附着的载体材料,具有较强的处理高负荷有机废水和抵抗pH冲击的能力,能显著地提高反应器运行系统的稳定性。具有高比表面积的ACF较之CF更易于微生物固着并挂膜。对照在进水COD超过20 000 mg/L,相应OLR为8.35 kg COD/(m3·d)时,系统开始酸化。而以CF和ACF为载体的反应器能在进水COD高达70 000 mg/L,相应的OLR分别为36.85和39.06 kg COD/(m3·d)的高有机负荷下运行,且系统的pH更稳定。对照及以CF和ACF为载体的反应器的最高容积产气率分别为4.33、17.12和16.12 m3/(m3·d);165 d的累积产气量分别为5 665.4、22 675.8和26 112.8 L,后2者的产气量分别是对照产气量的4.0和4.6倍。     

膜生物反应器处理乙二醇乙醚有机废气

针对水性涂料使用过程产生的乙二醇乙醚有机废气,通过膜生物反应器进行处理,考察了进气浓度、停留时间、液体喷淋量以及循环液pH对净化性能的影响;研究了膜生物反应器降解乙二醇乙醚废气动力学;采用16S rRNA、宏基因组测序技术对微生物群落结构及功能基因进行了分析。结果表明,适宜的运行条件为停留时间10 s,循环液pH 7.60,喷淋密度1.2 m~3·(m~2·h)~(-1);生化降解乙二醇乙醚的最大反应速率为666.67 g·(m~3·h)~(-1);经过2次进气负荷的提高,反应器中的优势菌属发生变化,由30 d的Methyloversatilis、90 d的Methyloversatilis、Pseudomonas变为145 d的Thauera和Flavobacterium。膜生物反应器能够高效降解乙二醇乙醚有机废气,去除率可达99.6%,本研究为处理水性涂料产生的醇醚类有机废气提供了参考。     

上流式厌氧污泥床反应器中厌氧氨氧化脱氮性能的研究

研究了上流式厌氧污泥床(UASB)反应器中厌氧氨氧化工艺的脱氮性能。接种体积比为1∶1的已驯化半年的厌氧氨氧化污泥混培物和城市污水处理厂回流污泥,采用提高基质浓度和缩短水力停留时间(HRT)2种方式提高UASB反应器的脱氮性能。结果发现,2种方式结合可在UASB反应器中获得较高的脱氮速率,经过280d后,最高总氮去除速率达到5.16kg/(m3·d)。缩短HRT并未对UASB反应器的脱氮效果产生不良影响,反而强化了脱氮性能。HRT由0.4d缩短至0.2d时,总氮去除速率由1.89kg/(m3·d)增加到3.66kg/(m3·d)。形成的颗粒污泥中的细菌的细胞形态不规则,内部有厌氧氨氧化体,为典型厌氧氨氧化菌结构特征。污泥的比基质转化速率为3.15kg/(kg·d)。经16SrDNA检测,污泥中的厌氧氨氧化菌属于"Candidatus Kuenenia"属。     

基于SBR反应器的ANAMMOX工艺的启动运行

采用SBR反应器,接种好氧硝化污泥,在142 d内于较高负荷下成功启动了厌氧氨氧化反应器.反应器总氮容积负荷(以N计)为0.43 kg/m3·d,总氮去除率最高达到93.3%,平均为80.5%;氨氮和亚硝酸盐氮的去除率最高达到93.9%和99.8%,平均去除率为81.2%和85.7%.在稳定运行阶段,氨氮去除量、亚硝酸盐氮去除量、硝酸盐氮生成量三者之间的比值为1:1.38:0.18.反应器启动过程中,出水、进水pH差值的变化趋势由负到正,然后稳定在一定范围内;且污泥性状有较大变化,污泥中微生物所占比率有所提高,整个反应器中适应厌氧氨氧化运行方式的菌种增殖较快.     

城市生物质废物中温单级厌氧消化中试研究

建立了城市生物质废物中温单级厌氧消化中试反应器,对城市生物质废物厌氧消化过程系统稳定性、产甲烷性能及有机物的去除效果进行解析.反应器稳定运行410 d,共经历2.4、3.6、4.8、6.0 kg VS/(m3·d)4个负荷,反应器pH稳定在7.2 ～7.6之间,有机酸浓度＜500 mg/L.在负荷6.0 kg VS/(m3·d)时反应器平均容积产气率4.25m3/(m3·d),有机物去除率为63.2％;另外,实验结果表明,厌氧消化过程对蛋白质、脂肪、纤维素及多糖类物质的去除效果有明显差异,其中脂肪类物质去除率为98.2％,产沼气贡献率为38.8％.实现了针对我国城市生物质废物的高负荷高效厌氧消化,为我国城市生物质废物厌氧消化规模化处理提供了基础数据.     

炭纤维载体固定床厌氧发酵启动运行效果实验

以开发高效率、抗冲击性能强的高浓度有机废水沼气发酵技术为目的，用传统的 UASB反应器作为对照，研究了以炭纤维为生物膜载体的固定床厌氧反应器的启动运行效果。反应器进口废水 COD 为 5 000 mg/L, 水力停留时间 (HRT) 由213 h 逐步缩短为35 h，进水有机容积负荷(OLR)由0.56 kg COD/ (m³·d)提到3.45 kg COD/(m³·d)。结果表明，固定床反应器厌氧发酵的效率比对照高，出水 pH 值也比对照稳定；运行到第 50 d 时，固定床厌氧反应器和对照的 COD去除率分别由第 7 d 的36.56%和33.58%上升到87.9%和62.6%；固定床厌氧反应器的容积比产气率最高为1.16 m³/(m³·d)，累计产气量为415.59 L，而对照的容积比产气率最高值仅为0.31 m³ /(m³·d)，累计产气量为 71.66 L，前者最高容积比产气率和累计产气量分别是后者的3.74倍和5.78倍。固定床厌氧反应器的启动速度、COD 去除率和产甲烷效率显著地高于对照反应器。     

厌氧序批式反应器产氢

以啤酒厂废水处理厂UASB中的厌氧污泥为种泥,葡萄糖为基质,研究了厌氧序批式反应器产氢。控制反应器内pH为4.0～4.5,温度为（36±1）℃,水力停留时间为8 h,当进水葡萄糖浓度为4 000 mg/L,容积负荷为12 kg/（m3.d）条件下,该厌氧序批式反应器实现了连续高效厌氧产氢。生物气中的氢气含量约为48%～53%,基质产氢率为1.1 mol/mol葡萄糖,COD去除率为15%～25%,最大比产氢速率为84.5 mol/（kg VSS.d）。液相末端发酵产物中乙醇和乙酸的含量占液相末端发酵产物总量的80%以上,表明该反应器内进行的是乙醇型发酵厌氧产氢。厌氧序批式反应器完全可以实现连续高效厌氧产氢,比较适用于日处理量较小的高浓度含糖废水。