不同类型秸秆对污泥厌氧消化特性及细菌群落结构的影响

为促进污水处理厂污泥及农作物秸秆的资源化利用,探讨不同类型秸秆（玉米、小麦、水稻）对污泥厌氧消化特性、产气效果及细菌群落结构的影响,在中温〔（35±1）℃〕下,研究了污泥与秸秆按不同质量比（1:0、1:0.5、1:1、1:1.5）联合厌氧消化对污泥C/N（碳氮比）和厌氧消化环境中pH、ρ（NH₄+-N）、ρ（VFAs）（VFAs为挥发性脂肪酸）、日均沼气产量及φ（CH₄）、细菌群落的特征变化,以未添加秸秆的污泥厌氧消化为CK（对照）.结果表明:不同类型秸秆的添加对厌氧消化体系的pH、ρ（NH₄+-N）、ρ（VFAs）均产生显著影响,秸秆的加入明显提高了厌氧消化体系的产气量.联合厌氧消化可通过优化厌氧消化底物的C/N,从而增加ρ（VFAs）和φ（CH₄）.其中,污泥与玉米秸秆质量比为1:1.5时对厌氧消化的促进作用最为显著;其沼气日产量为2 303.08 mL,比CK（536.15 mL）提高了3倍以上,而沼气中φ（CH₄）最高为54.49%,比CK（37.07%）提高46.99%.此外,不同类型秸秆的添加也可通过改变细菌群落结构从而促进秸秆降解,增加ρ（VFAs）和提高沼气产量,特别是添加秸秆后,Bacteroidetes会逐渐取代Proteobacteria成为主要的产酸菌种,从而导致ρ（VFAs）增加.研究显示,污泥与秸秆联合厌氧消化可改善污泥营养结构,改变细菌群落结构,提高沼气产量.      

Influence of temperature on performance of anaerobic digestion of municipal solid waste

The influence of temperature on the performance of anaerobic reactors for treating the organic fraction of municipal sohd waste （OFMSW） was studied. Batch digestion of OFMSW was carded out for 32 d at different temperature （25℃, 35℃, 45℃ and 55℃） conditions for total solid concentrations （TS） 17% with the ratio of total organic carbon to nitrogen （C/N） being, 25：1 respectively, while keeping other parameters constant such as inoculum, start-up pH, reactor volume （2 L） and so on. Temperature can influence the methanogenic bacteria activity, accordingly inhibiting the OFMSW biodegradation and stabilization efficiency. Anaerobic reactors excelled at TS reduction, total volatile solid reduction, chemical oxygen demand reduction, increasing cumulative biogas production, whose rate was at temperature （35℃ and 55℃） conditions. Methane concentration in the biogas was above 65% in four reactors. In addition, the fluctuation of temperatures resulted in the biogas production variation. The data obtained indicated that temperature had a significant influence on anaerobic process.     

污泥与秸秆共基质中温两相厌氧消化特性

以污泥和秸秆为共基质,以沼气产量、ρ（VFA）（VFA为挥发性脂肪酸）和COD_Cr去除率等为指标,探究污泥与秸秆配比（以COD_Cr计,质量比分别为1:0、1:1、2:1、3:1）对中温两相厌氧消化工艺运行效能的影响,以及最佳配比时SRT（污泥停留时间）对产甲烷相厌氧消化稳态特性的影响.结果表明:与污泥试验组相比,添加秸秆试验组的厌氧消化效能均较好;污泥与秸秆的最佳配比为2:1,该稳定状态下产酸相COD_Cr的去除率最高,为17.5%,ρ（VFA）为752 mg/L;产甲烷相COD_Cr的去除率为33.5%,ρ（VFA）为250 mg/L,产气量为47.7 mL/d,总体运行效能较高.在最佳污泥与秸秆配比（2:1）并设定产甲烷相反应器的SRT为20 d时,稳定状态下产甲烷相各组分的变化情况:COD_Cr去除率为41.20%,ρ（VFA）为238 mg/L,产气量为51.3 mL/d,沼气产率为8.4 mL/（d·g）.研究显示,当控制污泥与秸秆配比为2:1、SRT为20 d时,中温两相厌氧消化工艺运行效果良好.      

不同原料厌氧发酵及其微生物种群的研究

使用PCR-DGGE技术,对以鸡粪、猪粪、牛粪、秸秆为发酵原料的发酵体系的微生物群落多样性进行了研究.在发酵不同时间取样,进行了日产甲烷量、日产甲烷浓度的变化分析和DGGE分析.结果表明,日产甲烷量整体趋势为猪粪>鸡粪>秸秆>牛粪,日平均产甲烷量分别为2.67、2.24、0.99、0.49L;猪粪、鸡粪、秸秆的日产甲烷浓度在整个发酵周期大多可维持在50%以上,牛粪的日产甲烷浓度大部分时间低于30%;细菌的优势菌群有拟杆菌属(Bacteroidetes)、密螺旋体属(Treponema)、厌氧绳菌科(Anaerolineaceae)等,新增优势菌群有梭菌属(Clostridium)、脱硫叶菌属(Desulfobulbus)、毛螺旋菌科(Lachnospiraceae)、醋弧菌属(Acetivibrio);古菌的优势菌群有甲烷鬃菌属(Methanosaeta)、甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)、甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales),新增优势菌群有斯氏甲烷球菌属(Methanosphaera stadtmanae).     

Effect of nitrite on hydrolysis-acidification, biogas production and microbial community in semi-continuous two-phase anaerobic digestion of sewage sludge

Previous study found that the pre-treatment of sewage sludge with nitrite improves the biogas production during the mono/two-phase anaerobic digestion (AD) using batch biochemical methane potential tests. In this study, the effects of nitrite on hydrolysis-acidification, biogas production, volatile solids destruction and microbial composition in semi-continuous two-phase AD of sewage sludge were investigated. The addition of nitrite promotes sludge organic matter solubilization (+484%) and VFAs production (+98.9%), and causes an increase in the VS degradation rate during the AD process (+8.7%). The comparison of biogas production from the acidogenic and methanogenic reactors with or without the addition of nitrite implies that the nitrite has no significant effect on the overall biogas production of two-phase sludge AD process. High-throughput sequencing analysis shows that the microbial communities of bacteria and archaea in two-phase AD reactors significantly changes after the addition of nitrite. Vulcanibacillus (bacteria) and Candidatus Methanofastidiosum (archaea) become the dominant genera in the acidogenic and methanogenic reactors with the nitrite respectively. These findings provide new insights about using nitrite to promote the organic matter degradation of sewage sludge in a semi-continuous two-phase AD system.     

上推流厌氧反应器连续干发酵猪粪产沼气试验研究

为解决猪粪连续干发酵存在的氨抑制和出料难等难题,在温度(25±2)℃、有机负荷为干物质(TS)4.44 g.(L.d)-1的条件下,采用上推流式厌氧反应器(UPAR)对猪粪进行连续干式发酵试验,研究了猪粪干发酵过程的产气情况、氨抑制现象和出料流动性,并考察了上推流厌氧反应器进行猪粪干发酵的可行性.试验采用4种不同TS质量分数(20%、25%、30%、35%)的猪粪作为原料,经160 d的运行.结果表明,进料TS质量分数对发酵过程有很大的影响,4种不同进料TS质量分数稳定的池容产气率分别为2.40、1.73、0.89、0.62 L.(L.d)-1,进料TS质量分数为20%、25%和30%的产气效率明显优于进料TS=35%的产气效率.随着进料TS质量分数从20%增加到35%,氨氮质量浓度>2 300 mg.L-1会出现明显的产气抑制.在进料TS=35%时,氨氮质量浓度能达到3 800 mg.L-1,产气速率相对于进料TS=20%递减74.1%.当进料TS达到35%、出料TS质量分数达到17.1%、流速<0.002 m.s-1时,UPAR不能顺利出料.     

pH对热处理污泥厌氧发酵产氢的影响

采用自制连续流厌氧发酵产氧反应器,接种经过50 min热处理的污泥,以蜜糖废水为底物,探讨pH值的变化对反应器运行中产氢和产酸的影响.在进水COD浓度为5 000 mg/L、温度为37℃、HRT为6 h、负荷为67 kgCOD/(m3·d)的条件下,分别在pH为6.0、5.5、5.0、4.5时对反应器内产氧产酸等情况进...     

腐殖酸影响剩余污泥厌氧消化过程实验研究

以实验室培养、几乎不含腐殖质和金属离子的剩余污泥作为研究对象,选择与市政污泥中腐殖酸特征相近的市售腐殖酸为外加填充物,实验研究污泥中所含腐殖质对污泥厌氧消化过程的抑制作用.通过设置腐殖酸不同投加比例(0、5%、10%、15%和20%,以VSS计),探究腐殖酸对厌氧消化不同过程的影响.实验结果表明,腐殖酸抑制厌氧消化生物气产气量.填加15%腐殖酸时对厌氧消化产气量抑制作用最为明显,较未添加腐殖酸对照组产气量下降了35%;但并未对生物气中CH_4体积比产生太大影响,说明抑制影响是对生物气整体性的.腐殖酸亦可抑制厌氧水解过程,投加20%腐殖酸实验组实验结束时残留于上清液中的溶解性多糖、蛋白质浓度分别是对照组的2.2和1.6倍.然而,腐殖酸作为外源电子受体,可以在一定程度上促进酸化过程,其程度在填加20%腐殖酸实验组表现最高,较对照组VFAs提高了11.3%.腐殖酸投加未对系统pH产生明显影响,各实验组pH值均在7.09~7.54间变化.     

厌氧-好氧-物化工艺处理淀粉废水的工程实例

文章介绍了厌氧-好氧-物化工艺在处理淀粉废水中的应用,并给出了主要构筑物的设计参数,工程运行结果表明,在进水COD、BOD5、SS分别为12860mg/L、6400mg/L、3260mg/L的条件下,该系统的COD、BOD5、SS去除率均在99%以上,具有处理设施运行稳定,处理效果好等特点,系统出水水质达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中的一级标准,产生的沼气可作辅助燃料,沉淀的黄浆可外卖,具有良好的环境效益和社会经济效益。     

蓝藻厌氧消化产沼气技术研究

为了实现太湖蓝藻的资源化和无害化处置,本文在中温（35℃）条件下对蓝藻与猪粪厌氧发酵产沼气进行了研究。在蓝藻与猪粪发酵最佳接种比例1：2、最佳初始pH7．9、最适发酵液浓度2．9％条件下,通过对所产甲烷的分析,得到回归方程B：4885（1-e-0.034565t）,模型的决定系数R2为0．9819,均方差（RMSE）为123,达到收敛判断标准。蓝藻的生物降解率（BD值）为54．4％。pH的变化范围在6．6～7．9之间,能够较好地反应蓝藻与猪粪混合发酵的水解阶段、产酸阶段和产甲烷阶段。发酵结束后,TS去除率达到22．2％,VS去除率达到25．2％。对发酵过程中COD和氨氮变化的研究表明：反应结束后,COD的去除率达87．44％;高浓度的氨氮对厌氧细菌的生长有一定抑制作用,但是并不影响沼气的组份。各反应器所产生的沼气中甲烷和二氧化碳的含量均能保持在50％和35％左右,最高甲烷含量达到70％。     

辣椒秸秆不同部位化学组分及厌氧发酵产沼气潜力

以辣椒苏椒16号为试验材料,调查统计了辣椒生物量和产废系数,并在实验室条件下,研究了辣椒秸秆不同部位理化特性及厌氧发酵产沼气潜力,及各部位对辣椒整株的影响.结果表明：辣椒秸秆生物量高达21t/hm²,产废系数为0.36.辣椒秸秆各部位间理化特性及产沼气潜力具有显著性差异（P<0.05）,产沼气潜力大小顺序为：叶（185.2mL/gVS）>茎（104.2mL/gVS）>根（68.9mL/gVS）.各部位对辣椒整株的影响主要表现在纤维素和碳水化合物的相对含量对其产沼气的影响.且根据经验分子式推测的理论产沼气量,对辣椒秸秆厌氧发酵产沼气转化率进行了评估,各部位转化率均较低,其原因有待进一步研究.     

金属离子对青霉素菌渣厌氧发酵产气模型分析

为比较响应面法与反向传播神经网络法在厌氧发酵过程中的应用效果,以青霉素菌渣为原料,通过单因素和Box-Behnken法设计试验,在发酵体系中添加不同量的Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺,以确定其对青霉素菌渣厌氧产气性能的影响.结果表明,Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺单一最佳添加量为：500mg/L、30mg/L、0.3mg/L,产沼气量较对照分别提高了：102.18%、45.48%、60.12%.其促进作用随添加浓度增大呈现：弱-强-弱趋势.使用响应面法及反向传播神经网络法对金属离子添加量进行建模优化,并使用批式厌氧发酵进行验证.响应面法建模预测Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺最佳混合添加浓度为：440.94mg/L、16.22mg/L、0.39mg/L,预测累积产沼气量为1314.49mL,R²=0.972,试验与验证相对误差为4.65%;反向传播神经网络法建模Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺最佳混合添加浓度为495mg/L、21mg/L、0.5mg/L,预测产沼气量为1551.55mL,R²=0.991,试验与验证相对误差为0.47%.反向传播神经网络法建模具有更好的拟合效果且与验证试验误差小,是一种更有效的仿真方法.说明该方法在优化厌氧发酵金属离子添加具有应用潜力,同时也为厌氧发酵条件优化提供新思路.     

酸解微波预处理对秸秆厌氧消化的促进作用

以秸秆为研究对象,比较微波酸化预处理作用下对秸秆厌氧消化产气特性的影响,实验中研究甲烷产生速率、pH值、甲烷气体体积分数及生物降解率4个参数的变化趋势,结果表明:①微波酸化预处理对秸秆厌氧消化有明显效果,累计产甲烷气量由未被预处理的186.1mL·g-1上升到 245.4～303.4 mL·g-1(以有机物质计),达到最大甲烷产生速率时间由原来的第12d,提前至4～11d不等,最大甲烷产生速率由原来的1411mL·g-1·d-1上升到 18.64～33.19 mL·g-1·d-1;②经过微波酸化预处理的甲烷体积分数由原来的52.1%提高至64.5%左右,其生物能范围也由未处理前的19.71 MJ·m-3提高至24.41 MJ·m-3,物料降解率由未预处理的44.1%,提高至64.25%.     

接种物种类对玉米秸秆沼气干发酵过程的影响

以玉米秸秆为原料,分别以液态牛粪沼气发酵的剩余物及玉米秸秆沼气干发酵的沼渣为接种物进行沼气干发酵试验.秸秆与接种物之比(F/I,基于可挥发性固形物VS)分别为1、3、5,研究了接种物种类和接种量对沼气干发酵过程的启动速度、累积产气量以及微生物菌群结构变化等的影响.试验结果表明:接种液态牛粪沼气发酵剩余物的发酵罐的启动速度及累积产气量均明显优于以玉米秸秆沼气干发酵沼渣为接种物的发酵罐.以液态牛粪沼气的沼渣做接种物时,接种量F/I=1、3、5时的总产气量差异不显著(p0.05);用秸秆干发酵沼渣做接种物时,F/I=1的发酵罐能正常启动,但累积产气量为66.9 L·kg-1(以VS计),比接种液态牛粪沼气发酵剩余物的发酵罐低26%.而F/I=3和5的发酵罐则由于过度酸化而导致发酵失败.     

含固率和有机负荷对厨余垃圾厌氧消化性能及沼渣特性的影响

为提高厨余垃圾厌氧消化性能和促进沼渣资源化利用,以底物降解效能和产甲烷量最大化为目标,分别考察不同进料总固体（TS）含量（含固率）(12%、15%、18%、25%、28%、33%)和有机负荷〔8.5、10.5、13.5 g/(L·d),以挥发性固体(VS)计〕条件下厨余垃圾的中温厌氧消化特性,并对最优进料参数下沼渣特性和资源利用潜力进行分析. 结果表明:进料TS含量是影响厨余垃圾厌氧消化效能的重要因素,调节进料TS含量至25%时可获得最大累计产甲烷量(16.81 L)和最高单位容积负荷累计产甲烷量(42.01 L/L),挥发性固体降解率达72.29%,系统运行稳定. 在进料TS含量为25%的条件下,系统累计产甲烷量随有机负荷的增加呈先升高后降低的趋势,有机负荷为10.5 g/(L·d)时,系统累计产甲烷量和挥发性固体降解率最高,分别为24.04 L和79.64%,未产生酸抑制现象. 厌氧消化过程中产生的副产物沼渣中有机质和总养分含量较高,电导率和重金属含量较低,pH适宜,满足《有机肥料》(NY 525—2021)和《绿化用有机基质》(GB/T 33891—2017)的要求. 研究显示:当进料TS含量为25%、有机负荷为10.5 g/(L·d)时,厌氧消化系统运行效能最优;沼渣营养成分较高、生物毒性较低,具有较大资源化利用潜力,后续经脱水处理并提高腐熟程度后可进行应用.      

基于季铵盐添加的改性环氧树脂涂层的制备及其抑藻性能研究

针对污水处理厂污水处理构筑物藻类生长与黏附现象严重的问题,采用共混方法制备季铵盐（QAC）/环氧树脂复合涂层,并探究QAC投加量对复合涂层的性质和抑藻性能的影响。结果表明:QAC与环氧树脂涂料成功复合,改性涂层表面的季铵基团（R₄N+）数量随QAC投加量增大而增加;QAC改性对涂层的疏水性、耐水性不产生明显影响。但与环氧树脂涂层相比,随QAC浓度的增加,复合涂层表面的Zeta电位向正电性偏移,粗糙度略微减小;以小球藻（Chlorella vulgaris）作为模型藻类进行的涂层抑藻性能研究表明,QAC/环氧树脂复合涂层表面黏附的小球藻数目明显少于环氧树脂涂层,且QAC投加量越多,涂层抗藻污染性能越好。     

NaOH处理对互花米草深度气化利用的影响

在实验室条件下,考察了NaOH固相处理用于互花米草中温干式发酵以及一次发酵后沼渣二次发酵的预处理方式的可行性,从产气特性、物质转化等角度进行了系统的分析.结果表明,NaOH处理对互花米草中温干式发酵产气未表现出促进作用,干物质（TS）产气量为358.94 mL/g,仅为CK的92.42%,但甲烷平均含量提高了1.84%...     

长期暴露下纳米TiO2对厌氧颗粒污泥体系稳定性的影响

以厌氧颗粒污泥为研究对象,通过静态试验和连续流厌氧反应器,重点研究了长期暴露下纳米TiO_2在对厌氧产甲烷体系的影响及其在颗粒污泥中的归趋.结果表明,短期急性暴露于150 mg·g-1(以VSS计)的纳米TiO_2尽管会暂时减缓产甲烷速率,但产酸阶段及产甲烷阶段代谢产物总量不会明显受到影响,纳米TiO_2对厌氧颗粒污泥具有较低的急性毒性.反应器运行结果表明,纳米TiO_2的长期暴露可导致挥发性脂肪酸(VFAs)积累及生物气产量降低,产酸菌比产甲烷菌对纳米TiO_2的累积效应更加敏感,纳米TiO_2抑制机制可归因于"物理遮蔽"作用.出水中TiO_2的平均含量只有0.632 mg·L~(-1),绝大多数纳米TiO_2都被截留在了反应器中.FISH检测表明,厌氧颗粒污泥微生物的菌群结构有所变化,纳米TiO_2在反应器内的积累使得甲烷八叠球菌的丰度大幅增加了115.6%,其优势地位明显增强.长短期暴露试验的结果对比也说明,用短期暴露试验来说明纳米颗粒对厌氧体系的长期累积效应具有一定局限性,纳米TiO_2对厌氧颗粒污泥中微生物的负面影响需要较长时间的积累才会显现.本研究结果可为厌氧污水处理体系中纳米颗粒的潜在生态风险评价提供理论支持和参考依据.     

腐殖酸含量对污泥厌氧发酵过程产CH4效率的影响

污泥中含有的HA（腐殖酸）会对厌氧发酵过程产生影响.为探究ρ（HA）对厌氧发酵产CH₄效率的影响规律,开展了ρ（HA）为0、200、300和400 mg/L（依次记为T0、T1、T2、T3处理）的中温厌氧发酵模拟试验,检测和分析了φ（CH₄）、累计CH₄产量与产生动力学特征,以及ρ（HA）与累计CH₄产量之间的相关性.结果表明:各处理发酵过程的pH在6.9~7.9之间变化,并且HA对pH变化具有减缓作用;T1处理的φ（CH₄）峰值为66.7%,高于T0处理的61.5%,但随着ρ（HA）的进一步增加,φ（CH₄）峰值逐渐下降为62.0%（T2处理）和60.0%（T3处理）;采用修正Gompertz方程对累计CH₄产量的拟合结果表明,HA对厌氧发酵的产CH₄潜能呈抑制作用,且随ρ（HA）的增加,该抑制作用更加明显,T0、T1、T2和T3处理的最大累计CH₄产量分别为441.1、432.1、397.1和253.5 mL;相关性分析结果显示,ρ（HA）与累计CH₄产量呈负相关,随着ρ（HA）的增加,累计CH₄产量逐渐降低.研究显示,HA对污泥厌氧发酵产CH₄过程呈抑制作用,ρ（HA）较低时可提高沼气中的φ（CH₄）峰值.      

硅氧烷在环境中的迁移转化及其对生物气应用的影响

近年来大量使用含有机硅氧烷材料造成硅氧烷作为污染物进入环境,数量逐年增加.在垃圾填埋场和污水处理厂消化产生的生物气(沼气)中出现的硅氧烷会在燃烧过程中结垢,十分不利于生物气的利用,必须清除.本文综述了硅氧烷的理化性质、在环境中的迁移转化规律与生物降解性能、在生物气中的浓度分布以及去除技术,并对生物气应用中的硅氧烷的控制对策研究作出展望.作者强调,需进一步深入研究硅氧烷的生物降解的机理.