电刺激条件下初始pH值对剩余污泥厌氧消化效果的影响

在厌氧消化反应器中施加0.6V电压刺激,考察初始pH值(3,5,7,9,11)对剩余污泥厌氧消化效果的影响.结果表明,当初始pH值为9、厌氧消化至32d时,污泥挥发性固体有机物去除率为38.1%,甲烷产率为224mLCH₄/g VS;同样的消化时间内,初始pH值为7的对照组,其挥发性固体有机物去除率为32.2%,甲烷产率仅为162mLCH₄/g VS.调节初始pH值可加速污泥水解酸化过程,其中pH值为11时,水解酸化效果最好,比其他pH值条件下产生更多的挥发性脂肪酸(VFAs).在产酸高峰期,初始pH值为3、11时,乙酸和丁酸是主要产物;初始pH值为5、7、9时,主要产物是乙酸和丙酸.调节初始pH值能加速氨氮的释放,且pH值为酸性(3,5)时的氨氮浓度高于碱性条件下(9,11)的浓度.     

强化两相污泥高固厌氧消化系统的微生物群落

污泥高固厌氧消化具有反应器体积小、能耗低、沼渣少等优点,但其相关机制尤其是微生物机制研究还非常有限.利用16S rRNA克隆文库技术,本研究考察了一个中试污泥高固厌氧消化系统稳定运行期的微生物群落.该中试系统采用"超高温酸化(70℃)-高温甲烷化(55℃)"的强化两相厌氧消化工艺,处理剩余活性污泥的含固率约为9%.在总的固体停留时间仅15.5 d(酸化3 d+甲烷化12.5 d)时,系统挥发性固体(volatile solid,VS)去除率为35.7%,甲烷产率(以CH4/VS去除计)为0.648 m~3·kg~(-1).两相的细菌组成差异较大:在超高温酸化相存在大量降解蛋白质/氨基酸的细菌;在高温产甲烷相则主要是降解纤维素等多糖和一些简单糖类的细菌以及长链脂肪酸降解细菌;两相中都存在降解简单糖类的细菌.两相的古菌绝大部分都属于Methanothermobacter,特别是高温产甲烷相检出的古菌100%都属于Methanothermobacter,由于仅在产甲烷相检测到沼气,这表明系统中的甲烷化过程主要通过氢营养途径进行.     

温度对自养型同步脱氮工艺处理猪场废水厌氧消化液性能及微生物群落的影响

通过运行4个不同温度条件下(30、25、20和15℃)的自养型同步脱氮反应器,研究了不同温度下自养型同步脱氮工艺处理猪场废水厌氧消化液的性能差异及其微生物机制.结果表明,30℃条件下反应器脱氮性能最佳.当温度由30℃降为25℃时,反应器总氮去除率从73%降低到66%,总氮去除速率从2. 29 kg·(m~3·d)~(-1)降低到1. 72 kg·(m~3·d)~(-1),污泥的形态和粒径变化不明显(SMD由80. 85μm降为79. 95μm).当温度低于20℃时,总氮去除率降低到42%,总氮去除速率降低到1. 18 kg·(m~3·d)~(-1),同时发现污泥出现解体现象,粒径减小(SMD为63. 21μm).而当温度为15℃时,总氮去除率降低至37%,总氮去除速率低至1. 00 kg·(m~3·d)~(-1),反应器运行困难.微生物群落结构分析表明,温度对厌氧氨氧化细菌的影响明显大于氨氧化细菌,因此低温条件下反应器脱氮性能下降的主要原因是厌氧氨氧化细菌对温度更敏感.     

R-PFR与CSTR厌氧消化餐厨垃圾运行效率及微生物群落结构对比

以中温餐厨垃圾(FW)厌氧消化反应器为研究对象,结合稳定运行过程中的微生物群落结构特征,考察了两种常见的厌氧消化反应器—完全混合式反应器(CSTR)和有回流的推流式反应器(R-PFR)的运行效率和稳定性.结果表明,两种构型的反应器均能在3.0 kg·m-3·d-1(以VS计)负荷下稳定高效地运行.R-PFR具有更稳定的稳定性指数,如总碱度(TA)和挥发性脂肪酸比TA值(VFA/TA),以及更低的氨氮(TAN)和游离氨(FAN)浓度,但产气效率(如比甲烷产率(SMP))不及CSTR.R-PFR中以Chloroflexi门(37.35%)和Firmicutes门(31.22%)为优势细菌,而CSTR中以Bacteroidetes门(31.14%)与Firmicutes门(44.41%)为优势细菌.CSTR和R-PFR均以Methanosaeta属为优势产甲烷菌(98.72%和84.90%),乙酸型产甲烷途径为主要的产甲烷途径.但CSTR中除Methanosaeta属以外还有一定丰度的混合营养型的Methanosarcina,以及氢营养型Methanospirillum和Methanolinea.CSTR中具有对VFA和TAN更具耐受性的产甲烷菌群,更有利于餐厨垃圾产甲烷过程的稳定进行.由于R-PFR的敏感性较低,有利于处理剧烈变化的底物,但R-PFR容易出现严重的局部酸化现象,不利于长期处理过高负荷的易降解底物(如餐厨垃圾).这些结果可为优化餐厨垃圾厌氧消化工艺设计提供基础依据.     

造纸污泥与味精废液联合厌氧消化产甲烷性能研究

采用造纸污泥与味精废液间歇式联合厌氧消化产沼气,通过设计总固体(TS)含量、碳氮比(C/N)和接种量等不同的工艺参数,研究了不同工艺条件下各反应器的产甲烷性能.试验结果表明:在中温(37±2)℃条件下,TS含量对系统累积产气量的影响较大,各反应器的累积产气量随TS含量的增加而增加;各反应器的单位质量挥发性固体(VS)累积产气率和TS、VS的去除率随TS含量增加而降低;在TS含量为10%的3组反应器中,造纸污泥:味精废液(w/w)=10∶1的反应器产气效果优于造纸污泥∶味精废液(w/w)=25∶1和70∶1两组处理,这与前者在消化过程中pH值下降最多、酸化能力最强有关;联合厌氧消化累积甲烷产量最大值为5482mL(TS含量为10%,造纸污泥∶味精废液(w/w)=10∶1),单位质量VS甲烷产率最大值为362mL.g-1(TS含量为3%,造纸污泥∶味精废液(w/w)=11∶1),可见这两种工业废物联合厌氧消化具有巨大的产甲烷潜力.     

螺旋对称流厌氧膜生物反应器的运行及优化

通过对螺旋对称流厌氧反应器(SSSAB)外置平板膜组件形成了螺旋对称流厌氧膜生物反应器(SSS-AnMBR).研究了SSS-AnMBR的启动阶段和有无沼气曝气时的运行性能,并建立了其设计与操作优化模型.在启动过程中,反应器内挥发性脂肪酸与碱度的比值为0.001~0.016,未发生酸化现象,后期反应器对化学需氧量(COD)的去除率稳定在90.27%~95.35%.有沼气曝气状态下SSS-An MBR的有机负荷和COD去除率分别为2.28 kg·m~(-3)·d~(-1)和98.24%,均高于无沼气曝气状态下的2.13 kg·m~(-3)·d~(-1)和97.58%,表明系统的污染物去除效能较好.有沼气曝气状态下膜组件的平均负荷、平均COD去除率和SSS-An MBR平均总COD去除率的CV值分别为21.98%、14.15%和0.78%,均低于无沼气曝气状态下的25.27%、21.98%和0.89%,表明该状态下系统稳定性较好.最后建立了厌氧反应器体积(V)、进水流量(Q)和进水COD(X)三者之间的数学模型:V/Q=HRT0/C_(inf)×η_(sss)(X-Cinf)+HRT_0,以及膜面积A与Q之间的数学模型:A=Q×C_(sss)×η_m/MLR,可指导同类型的厌氧膜生物反应器的设计和操作优化.     

剩余污泥与废弃油脂混合厌氧消化产气缓滞因素研究

通过完全混合式厌氧消化反应研究了底物中添加30%(以VS计)的厨余提取物,且底物与接种物的VS比为1.87时厌氧消化过程中产气迟滞的影响因素.结果表明,反应过程中氨氮含量小于500 mg·L^-1时,游离氨对比甲烷累积产气率基本没有影响.挥发性脂肪酸(VFAs)的富集及反应器酸化是影响产气缓滞的直接因素,VFAs中乙酸的大量累积使得反应器酸化严重,pH降至6.4,产生了10~15 d的产气迟滞,之后随着VFAs的降解和碱度的缓冲,产气恢复正常.完全混合式反应器在各个阶段出现的不同污泥颗粒体现了反应进行的不同阶段和反应的酸化情况.     

高蛋白有机废弃物厌氧消化系统稳定性及其耐氨氮机制解析

病死及自然灾害产生的大量畜禽尸体的不恰当处理处置会带来较为严重的环境卫生和公众安全隐患.本研究利用厌氧消化技术对畜禽尸体这类高蛋白有机废弃物的无害化处理进行尝试,旨在探索其适宜的有机负荷条件、系统的稳定性及潜在的氨抑制风险.研究表明高蛋白有机废物(以猪肉作为实验样品)作为厌氧消化基质时,系统稳定运行的有机负荷能够达倒(4.76±0.41)kg·m~(-3)·d~(-1);同时,VS降解率、单位体积沼气产率、单位添加VS沼气产率、单位降解VS沼气产率以及甲烷含量分别能达到95%、(3.72±0.21)L·L~(-1)·d~(-1)、(0.78±0.02)m~3·kg~(-1)、(0.82±0.02)m~3·kg~(-1)以及65%.在该条件下,TAN和FAN的浓度与系统产气性能没有直接线性关系,且在浓度高达5700 mg·L~(-1)和700 mg·L~(-1)时未呈现对系统的明显抑制作用.454高通量焦磷酸测序法对系统内古菌种群相对密度的分析结果表明,系统中氨抑制问题得到一定程度的缓解或者消除的原因可能为甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)的优势地位并未受到明显影响,以及整个产甲烷菌种群在系统运行过程所得到的明显驯化.     

基于厌氧膜生物反应器的剩余污泥-餐厨垃圾厌氧共消化性能

采用厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor,AnMBR)进行剩余污泥与餐厨垃圾的共消化,研究其有机物的去除特性、产气性能和微生物群落组成等运行性能.结果表明,反应器运行过程中有机负荷(organic loading rate,OLR,以VS计)稳定在0.59～0.64 kg·(m~3·d)~(-1),挥发性固体(volatile solids,VS)降解率由单消化17.5%上升至共消化40%,COD截留率为95.3%.消化液含固率提高了3.9倍,最终CH_4体积分数稳定在60%,CH_4产量(以COD_(added)计)为78.7 mL·g~(-1).跨膜压差(transmembrane pressure,TMP)和平均Flux分别维持在-3.1～-2.7 kPa和0.106 L·(m~2·h)~(-1),膜污染较轻.16S rRNA微生物多样性分析表明,AnMBR内部厌氧消化细菌主要是Proteobacteria(变形菌门)、Bacteroidetes(拟杆菌门)和Cloacimonetes(阴沟单胞菌门),产甲烷菌中的优势菌科为Methanobacterium(甲烷杆菌科),优势菌属为Methanosaeta(甲烷鬃毛菌属)和Methanolinea(甲烷绳菌属).这将为AnMBR处理污泥及其它高含固率废物流的稳定性和运行性能研究提供有力的理论参考依据,进而为生物质资源化和能源危机提供有效解决途径.     

厌氧折流板反应器处理淀粉废水及污泥特性

对厌氧折流板(ABR)反应器处理高浓度淀粉加工废水的效果及污泥特性进行了研究,在中温[(35±0.5)℃]、进水COD负荷为12～18kg/(m~3·d)、水力停留时间(HRT)=12～24h时,COD的去除率可达72％～96％。研究表明:不同条件下反应器不同隔室中的挥发性脂肪酸(VFA)及pH的变化呈现出显著的相分离及移动的特征,反应器中形成污泥指数(SVI)为18～25mL/g、平均粒径为2～3mm(大者达4～5mm)、性能良好的颗粒污泥,且其特性随不同隔室而呈现出相应的变化规律。     

卡那霉素废水处理工艺探索

采用预曝—膜法A/O系统,在调节废水pH至7.5,以Q=4m~3/h·m~3(水)气量预曝48h后,COD_(Cr)去除率可达52.2％。用60％左右的出水回流,调节水质COD_(Cr)1500～2000mg/L,使膜法一级反应器COD_(Cr)容积负荷为3.45kg/m~3·d,二级反应器COD_(Cr)容积负荷为1.8～3.4kg/m~3·d时,COD_(Cr)去除率可高达93％。COD_(Cr)为5357.6～13134mg/L的废水,经处理后出水COD_(Cr)为90～175mg/L。     

低温条件IASBR处理养猪沼液脱氮性能研究

以实际养猪沼液为研究对象,考察分步进水间歇曝气序批式生物反应器(IASBR)在低温条件下的脱氮性能.结果表明:IASBR反应器的硝化性能临界水温为10℃,水温低于10℃时硝化性能急剧下降,水温10℃以上时氨氮去除率达到90%以上,且水温15℃以上氨氮负荷极限可达到0.30 kg·m~(-3)·d~(-1);低碳氮比(COD/TN)1.7±0.3条件下,反硝化性能临界水温为20℃,20℃以上时TN去除率可保持在80%以上,最高达90%,20℃以下时脱氮效率明显降低,出现亚硝态氮积累现象.此外,IASBR反应器脱氮除磷效率高,温度对TOC和TP去除率的影响不敏感.不排泥条件下,进水COD/TN为3.1±0.4时,TN去除率高达90%以上,TOC和TP去除率分别高达83.6%±3.9%和58.5%±17.8%;随后COD/TN降低至1.7±0.3后,TN去除率仍高达80%以上,TOC和TP去除率仅略有降低分别为77.3%±4.6%、53.1%±10.1%.     

新型两相一体厌氧消化反应器处理餐厨垃圾中试研究

针对餐厨垃圾厌氧消化过程易发生挥发性脂肪酸（VFAs）的积累,系统难以稳定高效运行等问题,本研究设计制造了一套中试规模的新型双环嵌套式两相一体厌氧反应器,采用双环嵌套式结构,在反应器内部将内环的产酸阶段与外环的产甲烷阶段分离.反应器共运行184d,初始负荷为60kg/d,运行阶段阶梯式提高负荷,最高达到180kg/d.结果表明,该新型反应器产气与有机固体去除效率高,稳定性好.在稳定运行阶段,有机负荷为3.0kgVS/（m³·d）,容积产气率平均达到1.69m³/（m³·d）,最高为2.72m³/（m³·d）,平均负荷产气率为0.57m³/（kgVS·d）,有机固体去除率达77.2%;由于内外环相分离作用,外环pH值相比内环高约0.3~0.4,外环挥发性脂肪酸（VFAs）和溶解性化学需氧量（sCOD）平均浓度相比内环分别降低25%和23%.双环嵌套式反应器实现了产酸和产甲烷阶段分离的作用,内环产酸相很好地完成了水解和酸化步骤,同时减轻产甲烷相受到酸积累的冲击,对反应器稳定运行起到关键作用.     

高负荷厌氧生物反应器的三元酸碱缓冲体系特征与调控

高负荷是升流式(Up-flow Anaerobic Sludge Bed, UASB)、内循环厌氧反应器(internal circulation, IC)和厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor, AnMBR)等厌氧生物反应器发展的趋势,也是实现"沼气升级(biogas upgrading)"的难点.挥发性有机酸(volatile fatty acids, VFAs)和溶解性无机碳(total inorganic carbon, TIC)既是厌氧消化必经的中间产物,又与氨氮等弱碱共同影响高负荷厌氧消化过程的pH变化,并决定着沼气中的甲烷含量.VFAs、TIC和氨氮构成的三元pH酸碱缓冲体系是高负荷厌氧消化"沼气升级"的关键操作条件.本文总结了高负荷厌氧消化过程中pH变化规律和影响,针对不同VFAs/氨氮关系的形成机制,分析了高负荷厌氧消化碳酸盐缓冲体系特征及其对沼气CH_4/CO_2构成的影响.以厌氧膜生物反应器为例,讨论了近年来基于pH在线监测和调控方法、理论模型方面的研究进展,同时对未来的重点研究方向提出展望,以期为今后的高负荷AnMBR研发提供参考.     

处理含酚废水曝气生物流化床中丝状菌种群结构的解析

应用曝气生物流化床反应器(ABFT)处理含酚废水,随着进水ρ(苯酚)由100 mg/L提高到400 mg/L,苯酚的去除率稳定在100%左右,且苯酚的去除主要发生在4个反应池中的第一池. 利用扫描电镜(SEM)、荧光原位杂交(FISH)和变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术对反应器内微生物种群进行分析. 扫描电镜结果表明,随着反应器进水ρ(苯酚)的提高,填料生物膜微生物逐渐演变为以丝状菌为主. 针对SSU rRNA的荧光原位杂交结果表明,反应器内丝状微生物主要为真菌. 分别对细菌和真菌的16S rDNA和18S rDNA 进行PCR-DGGE分析,结果表明,反应器内主要的苯酚降解菌为克氏地霉(Geotrichum klebahnii),同时存在发硫菌等丝状细菌. 聚类及多样性分析表明,苯酚对微生物种群表现出很强的选择性.      

厌氧消化反应器运行条件的选择

研究了UBF-SBR工艺中UBF段的几个运行参数。在35℃,进水COD_(Cr)15546mg/L,NH_3-N 1214mg/L,有机容积负荷率7.55kg(COD)/m~3·d时,运行最佳。其COD_(Cr)去除率为93.9％.产气率为0.64m~3(气)/去除kg(COD),CH_4含量64%。在25℃,进水COD_(Cr)11243mg/L,NH_3-N647mg/L时,最佳有机容积负荷率为5.46kg(COD)/m＇·d,CODCr去除率为gi.4％,产气率为().59ffi‘(气)/去除率kg(COD),CH4含量为57.59b。两者出水PH均在7.5左右。对两种温度运行的热量平衡进行了系统计算、综合比较上述几个运行参数.35℃的运行参数优于25℃的。     

厌氧工艺处理金霉素废水的比较研究

对升流式厌氧污泥床(UASB)、厌氧复合床(UBF)、内循环厌氧反应器(IC)3种厌氧工艺处理金霉素废水进行了比较研究.研究了反应器的结构特点,从反应器内污泥浓度和传质过程、工程投资等方面分析了3种厌氧工艺对金霉素废水的处理效果.结果表明:IC反应器在容积负荷(N_v)为5.5 kg/(m3·d)(以COD_Cr计)时, COD_Cr去除率平均值为84.36%;UBF反应器在容积负荷为3.5 kg/(m3·d)时,COD_Cr去除率平均值为75.04%;UASB反应器在容积负荷为3.0 kg/(m3·d)时,COD_Cr去除率平均值为71.43%.IC反应器与UASB和UBF反应器相比,在容积负荷,COD_Cr去除率和工程投资方面都具有明显的优势,是处理金霉素废水可取的厌氧工艺.      

底物浓度对AFB-MFC处理废水效果及产电性能影响

试验采用厌氧流化床-生物阴极型双室微生物燃料电池(AFB-MFC)反应器,研究模拟废水的COD、NH3-N的去除效果和产电性能。结果表明,以葡萄糖为底物,在阳极室的COD容积负荷为5.0~10.0 kg/(m~3·d),HRT分别为16 h和24 h的条件下,AFB-MFC系统的厌氧流化床部分对COD的去除有很好的效果,COD去除率始终稳定在95%以上。阴极室对于NH3-N有很好的效果,平均去除率达到95%,阳极室对于NH3-N的去除在50%左右。系统在进水COD为5 000 mg/L,阳极室的COD容积负荷为5.0 kg/(m~3·d),阴极室为1.2 kg/(m~3·d)时产电效果最好。电压最高可达340 mV,能持续稳定产电70 h,功率密度为12.8 mW/m~2。另外,通过扫描电镜观察到厌氧生物颗粒中大部分为杆菌,其余为球形菌和丝状菌等。     

污泥厌氧发酵液燃料电池的性能及电子供体分析

采用剩余污泥厌氧发酵液为阳极燃料、铁氰化钾溶液为阴极电子受体,成功启动了双室微生物燃料电池(MFC).考察了厌氧发酵过程中剩余污泥上清液中各种挥发性脂肪酸(VFAs)含量的变化,研究分析了污泥厌氧发酵液燃料电池的产电过程、燃料消耗及电子供体. 结果表明,污泥厌氧发酵液中乙酸含量最高(约占总VFAs的50%),异戊酸和丙酸含量次之(分别约占总VFAs的18%及15%),正丁酸和异丁酸含量较少(均低于总VFAs的10%),正戊酸含量最低(低于总VFAs的1%);MFC实现了250h稳定电压输出(0.65±0.05V),库伦效率为9.09%;阳极总化学需氧量(TCOD)、溶解性化学需氧量(SCOD)、VFAs均呈现整体下降趋势, TCOD和SCOD的去除率分别为74.9%和86.4%; VFAs的完全消耗伴随着反应器产电性能迅速变差,表明VFAs是主要电子供体;在MFC产电过程中, VFAs的消耗与产生同时存在,消耗总体快于产生;各种VFAs消耗快慢依次为:乙酸>正丁酸>丙酸>正戊酸>异戊酸>异丁酸.     

CANON工艺处理石油催化剂废水的性能研究

以石油裂化催化剂废水为研究对象,采用电絮凝作为废水的预处理单元,研究CANON工艺的启动及脱氮性能.结果表明:电絮凝对原水浊度的去除率达到98.7%±1.2%,对COD去除率达到32.3%±4.5%.利用人工模拟高氨氮废水成功启动CANON工艺,TN去除率最高达到62.0%,TN去除负荷最高达到0.19 kg·m~(-3)·d~(-1)(以N计).使用石油裂化催化剂废水对微生物进行了驯化,经过108 d的运行,微生物成功驯化。利用CANON工艺处理石油裂化催化剂废水,COD去除率为40.9%±13.2%,TN去除率为67.3%±12.7%,TN去除速率为(0.07±0.02)kg·m~(-3)·d~(-1)(以N计).反应器出水COD100 mg·L-1,NH_4~+-N10 mg·L~(-1),满足石油化工企业污水的排放标准(GB8978—1996).