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.     

含固率和接种比对菜籽饼中温厌氧消化特性的影响

为充分利用菜籽饼资源,采用全自动甲烷潜力测试系统,开展了不同含固率(2%、4%、6%、8%)和接种比(RIS=1.5、2.0、3.0)的中温批式菜籽饼厌氧发酵试验,分析了不同含固率和接种比对菜籽饼厌氧消化产甲烷特性的联合影响.结果表明:不同含固率和接种比均对发酵启动时间和累积甲烷产量产生影响,且接种比对厌氧消化产气特性的影响大于含固率.在试验研究参数范围内,接种比越大,发酵启动越快;接种比一定时,累积甲烷产量随含固率的增加呈先升高后降低的趋势;在高含固率条件下,累积甲烷产量随接种比的增加而增加.在接种比为3.0、含固率为6%时,获得最大累积甲烷产量,为507.31 mL/g (以VS计).动力学模型分析显示,各处理组均能较好地反映菜籽饼厌氧发酵的产甲烷规律;含固率一定时,接种比越大,产气滞留时间(λ)越短.同时,相比于其他发酵原料,菜籽饼作为厌氧消化原料的潜力较为明显.研究显示,不同含固率和接种比条件下菜籽饼的产甲烷性能差异较大,可为菜籽饼厌氧消化工艺的优化提供理论依据,从而提高菜籽饼资源的综合利用率.     

氧化铁投加方式对餐厨垃圾厌氧消化产气的影响

氧化铁可以促进产甲烷菌的代谢活动,从而加快厌氧消化体系的产甲烷速率。通过设计3组反应器,探究了不同的氧化铁添加方式对餐厨垃圾厌氧消化产甲烷的影响:包括空白组A(餐厨垃圾+厌氧污泥),以及2个实验组B(餐厨垃圾+厌氧污泥,48 h后投加氧化铁)和C(餐厨垃圾+厌氧污泥+氧化铁)。结果表明:反应器A酸化严重,进入长期产甲烷抑制状态;反应器B可以解除酸抑制,恢复体系产甲烷能力,但需要较长的启动期;反应器C则能较快达到产甲烷阶段。此外,截止到第54天实验结束,反应器C的累积产甲烷量(48 349 m L)高于B(35 665 m L)。对于餐厨垃圾厌氧消化,投加氧化铁可解除体系酸抑制,恢复其产甲烷能力。而在厌氧消化初期加入氧化铁可以更快地解除酸抑制,并促成更高的产甲烷速率。     

含固率和接种比对菜籽饼中温厌氧消化特性的影响

为充分利用菜籽饼资源,采用全自动甲烷潜力测试系统,开展了不同含固率(2%、4%、6%、8%)和接种比(RIS=1.5、2.0、3.0)的中温批式菜籽饼厌氧发酵试验,分析了不同含固率和接种比对菜籽饼厌氧消化产甲烷特性的联合影响.结果表明:不同含固率和接种比均对发酵启动时间和累积甲烷产量产生影响,且接种比对厌氧消化产气特性的影响大于含固率.在试验研究参数范围内,接种比越大,发酵启动越快;接种比一定时,累积甲烷产量随含固率的增加呈先升高后降低的趋势;在高含固率条件下,累积甲烷产量随接种比的增加而增加.在接种比为3.0、含固率为6%时,获得最大累积甲烷产量,为507.31 mL/g (以VS计).动力学模型分析显示,各处理组均能较好地反映菜籽饼厌氧发酵的产甲烷规律;含固率一定时,接种比越大,产气滞留时间(λ)越短.同时,相比于其他发酵原料,菜籽饼作为厌氧消化原料的潜力较为明显.研究显示,不同含固率和接种比条件下菜籽饼的产甲烷性能差异较大,可为菜籽饼厌氧消化工艺的优化提供理论依据,从而提高菜籽饼资源的综合利用率.     

热水解预处理剩余污泥的有机物分布及厌氧消化特性

研究了热水解后剩余污泥中有机物分布以及热水解对污泥厌氧消化效果的影响。剩余污泥经过热水解处理后,VSS含量从51. 0%降低至42. 7%,溶解性COD占总COD的比例从0. 5%提高至33. 5%;进一步厌氧消化时,总COD和VS降解率分别提高至35%和41%,甲烷产率提高至0. 25 L/g,累积甲烷产量比未热水解的污泥提高了101. 2%。脱水污泥液累积甲烷产量占热水解污泥甲烷产量的59%,是厌氧消化所产甲烷的主要来源,而脱水泥饼COD转化成甲烷的比例相对较低。根据剩余污泥热水解后液相和固相有机物的厌氧消化特性差异,提出了基于热水解的污泥厌氧消化工艺优化方案。     

敌敌畏对玉米秸秆产甲烷潜力影响研究

不同浓度敌敌畏影响下,玉米秸秆厌氧发酵产甲烷潜力有所差别,该文结合修正的Gompertz方程研究其厌氧消化的产甲烷动力学过程,为判明敌敌畏对玉米秸秆厌氧发酵的影响提供基础依据。未添加敌敌畏(CK)时玉米秸秆的累积甲烷产量为2 720.18 mL,添加浓度分别为30 mg/L(T1)、60 mg/L(T2)、120 mg/L(T3)的敌敌畏后,其累计甲烷产量分别为2 753.586、2 906.476、2 603.86 mL。根据实际所测的产气量变化曲线,依照Gompertz模型来方程拟合,相关性系数均达到0.99,且拟合得到CK组的最高产甲烷速率和延滞期时间分别为130.14 mL CH4/(g VS·d)和10.24 d。T3组玉米秸秆的延滞期较CK组降低,T1、T2组则有升高。这表明一定浓度的敌敌畏残留对玉米秸秆的厌氧发酵有促进作用,反映为提高了秸秆的产甲烷潜力,而当残留的敌敌畏浓度高于120 mg/L时,发酵过程会受到抑制。     

不同污泥含固率的高温微好氧-中温厌氧消化工艺研究

为探讨城市污泥高温微好氧-厌氧两级消化耦合工艺(TAD-MAD)中CH_4产气情况,考察了不同污泥含固率条件下TADMAD工艺中的p H、总碱度、VSS去除率、挥发性脂肪酸(VFA)和沼气产量以及沼气中CH_4含量,并与中温厌氧消化工艺(MAD)进行对比。试验结果表明,在未调节污泥初始p H的条件下,在消化过程中污泥p H能维持在6.5~7.8之间,适宜甲烷菌生长。TAD-MAD工艺中高温微好氧消化2 d,VFA含量大幅度增加,最高为8 524.70 mg/L,有利于后续中温厌氧消化产甲烷。TAD-MAD工艺系统中累积单位VSS甲烷产气量和CH_4含量均高于MAD工艺。TAD-MAD工艺最佳进泥TSS为7.12%,污泥经过24 d的消化,VSS去除率能达到40%,而MAD的VSS去除率仅为35.12%。TAD-MAD工艺累积单位VSS甲烷产气量为116.56 m L/g VSS,超过MAD的85.72 m L/g VSS。且TAD-MAD工艺产甲烷持续时间较MAD工艺长,CH_4含量总体高于MAD工艺,表明TAD-MAD工艺在VSS去除、甲烷产气量和甲烷含量方面均优于MAD工艺。     

外加铁对城市污泥厌氧消化产甲烷的作用

为提高城市污泥厌氧消化产甲烷效率,除适量添加餐厨垃圾以提高有机质外,还在污泥中加入了机械加工企业产生的废铁屑,中温（39±1） ℃下厌氧消化30 d,同时与加入等量纯铁粉对比,考察废铁屑和纯铁粉的产甲烷效率。结果表明:废铁屑组和纯铁粉组的累积产甲烷量分别达到340.33,336.52 mL/g,分别比不外加任何铁元素的空白组提高了54%、52%;上述两组在厌氧消化第10天产生的挥发性有机酸达到最大,分别为11051,10800 mg/L,比空白组高出16%、12%。消化第1天,废铁屑组和纯铁粉组的H₂组分比空白组提高了24%、12%;到第25天时,两组的CH₄组分分别比空白组提高了35%、30%。表明废铁屑中多孔的FeOOH导致微生物絮体松散,使得废铁屑厌氧消化的产甲烷效果优于铁粉。     

碱处理对污泥产甲烷与中间产物氨基酸的影响及两者相关性研究

以剩余污泥为底物,研究了碱处理pH对污泥有机物溶出,水解产生的氨基酸种类和构型以及厌氧消化产甲烷的影响。分别采用2种动力学模型对产甲烷过程进行拟合,并利用Spearman分析考察了氨基酸与产甲烷之间相关性。结果显示：碱处理pH为11时COD溶出率最大,最终累积产甲烷量较空白组提高了1.4倍。改进Gompertz模型对产甲烷过程拟合效果较好,拟合系数均在0.989以上,误差范围在3.9%以内。碱处理可提高水解产物氨基酸含量和种类,溶出的氨基酸同时具有L型和D型,其中L、D-Cys含量最高。L型氨基酸含量高于其对映体(Thr除外),Thr的外消旋化程度(D/(D+L))最高(54.0%),其次为Cys (45.5%)和Ala (44.0%)。氨基酸中D-Leu、D-Asp、L-Thr和L-Cys含量与甲烷产量之间有较强的相关性,其Spearman系数分别为0.894、0.9、0.9和0.9(P<0.05)。这为后续研究氨基酸及其构型对厌氧消化产甲烷的影响提供理论参考,为调控厌氧消化提供新的思路。     

碱处理对污泥产甲烷与中间产物氨基酸的影响及两者相关性研究

以剩余污泥为底物，研究了碱处理pH对污泥有机物溶出，水解产生的氨基酸种类和构型以及厌氧消化产甲烷的影响。分别采用2种动力学模型对产甲烷过程进行拟合，并利用Spearman分析考察了氨基酸与产甲烷之间相关性。结果显示：碱处理pH为11时COD溶出率最大，最终累积产甲烷量较空白组提高了1.4倍。改进Gompertz模型对产甲烷过程拟合效果较好，拟合系数均在0.989以上，误差范围在3.9%以内。碱处理可提高水解产物氨基酸含量和种类，溶出的氨基酸同时具有L型和D型，其中L、D-Cys含量最高。L型氨基酸含量高于其对映体(Thr除外),Thr的外消旋化程度(D/(D+L))最高(54.0%),其次为Cys (45.5%)和Ala (44.0%)。氨基酸中D-Leu、D-Asp、L-Thr和L-Cys含量与甲烷产量之间有较强的相关性，其Spearman系数分别为0.894、0.9、0.9和0.9(P<0.05)。这为后续研究氨基酸及其构型对厌氧消化产甲烷的影响提供理论参考，为调控厌氧消化提供新的思路。     

市政污泥与玉米秸秆混合高温厌氧发酵产甲烷研究

以实验室自主驯化的二沉池污水为接种物,对我国天津、昭通、太原3个城市的市政污泥和玉米秸秆混合物进行了高温(55℃)厌氧发酵,考察了不同发酵体系下发酵液pH、单日产气量、累积产气量、甲烷产率等指标随发酵时间的变化情况。结果表明:污泥单独发酵几乎不存在酸化现象,稳定后的发酵液pH值高于混合发酵试验组;污泥单独发酵系统的最大单日产气量出现在第1,2天,发酵系统加入玉米秸秆后最大单日产气量出现的时间有所延迟;天津污泥单独发酵(20 g-TS)的累积产气量达到2004 mL,高于其他2组;所有发酵系统的VS去除率均达到40%以上;随着发酵过程稳定,甲烷含量维持在70~85 vol.%,天津污泥单独发酵的甲烷产率达到141.01 mL/g-VS;Modified Gompertz拟合表明污泥单独发酵不符合"S"曲线,该系统下发酵停滞期较短,污泥与玉米秸秆质量比为3:1或2:1时甲烷产率、产甲烷速率和发酵停滞期具有一定优势。     

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％。     

投加颗粒活性炭和二氧化锰对剩余污泥厌氧消化的影响

厌氧系统添加碳和金属纳米材料是强化厌氧消化的有效策略.为考察投加GAC和MnO₂对剩余污泥厌氧消化过程的影响,设置了空白组（R0）、GAC组（R1）、MnO₂组（R2）以及GAC/MnO₂组（R3）4组间歇实验,研究GAC和MnO₂的投加对剩余污泥厌氧消化效率、微生物活性和微生物群落结构的影响.结果表明,反应器运行28 d后,与R0相比,R1和R3的产CH₄速率分别提高了68.18%和51.35%,R2的产CH₄量降低了21.25%.GAC和MnO₂的单独或者混合投加,对厌氧发酵过程均有促进作用.Mn²⁺与剩余污泥释放的磷酸盐生成磷酸盐沉淀对厌氧代谢通道的阻塞作用,造成R2产CH₄效率变低.GAC优良导电性、吸附能力和MnO₂/Mn²⁺的催化作用是R3产CH₄效率增强的主要原因.正常代谢条件下,投加GAC、MnO₂和GAC/MnO₂均可以提高污泥厌氧消化系统微生物活性.微生物群落分析表明,GAC和MnO₂促进了产甲烷菌Methanobacterium和Methanosaeta的富集,强化了发酵细菌和产甲烷菌的种间电子传递,促进了剩余污泥厌氧发酵过程和CH₄的产生.     

内蒙古农牧交错带土地利用变化对CH4吸收的影响

于2008~2010年,根据邻近样地采样原则,选择位于内蒙古农牧交错带的天然草地和不同开垦时间的农田作为研究样地(G-草地; C5-开垦5a的农田;C10-开垦10a的农田;和C50-开垦50a的农田),利用静态箱法通过3a的野外试验,研究土地利用类型变化对CH4吸收的影响.结果表明:天然草地转变为农田后,不同开垦年限的农田土壤和草地土壤CH4吸收存在显著差异2008年(FCH4=273.7, P<0.001), 2009年(FCH4=264.8, P<0.001)和2010年(FCH4=362.4, P<0.001).草地转变为农田促进CH4吸收,2008, 2009 和2010年生长季的生长季(4~10月),草地CH4吸收量最低分别为141.4,210.0,236.0mg/m2.2008~2010年农田土壤CH4累积吸收量与草地土壤相比增加20%~280%.农田开垦年限影响CH4吸收,随着农田开垦年限的增加从开垦5~50a,CH4累积吸收量降低.相关分析表明,不同土壤CH4吸收与土壤水分含量和NH4+-N 含量呈负相关关系(R2=0.7380, P<0.01).草地转变为农田后,土壤水分含量和NH4+-N 含量驱动不同开垦年限的农田土壤和草地土壤CH4吸收差异.     

氨三乙酸促进厌氧消化产甲烷的动力学研究

以乙酸钠为碳源,考察了金属离子螯合剂氨三乙酸(NTA)对厌氧发酵产甲烷过程的影响.结果表明,NTA对厌氧消化具有明显的促进作用,在乙酸钠浓度为6,7,10,12g/L,消化温度为35 ℃的条件下,10μmol/L NTA的添加,分别使甲烷产量提高了30.0%,45.2%,64.3%和95.9%.此时, NTA促进厌氧消化反应的动力学常数V max和半饱和常数Ks分别由84.8mLCH4/(gSS×d)和2.95gNaAc/L提高到147. 1mLCH4/(gSS×d)和7.57g NaAc/L.螯合剂NTA的添加,使微量元素的生物可利用性得到增强,产甲烷菌对乙酸盐的利用率相应提高.     

不同污泥处理与处置工艺的碳排放

针对目前主流的污泥处理处置工艺,总结了各工艺碳排放情景及其影响因素.好氧堆肥、干化、土地利用、焚烧的碳主要以CO2的形式排放;而厌氧消化和填埋的碳排放以CH4为主.好氧堆肥的CO2排放当量较低,填埋的CO2排放当量较高.好氧堆肥、厌氧消化、填埋工艺分别可以通过改善通风状况、前处理和不同类型污泥联合处理、覆盖有机材料等方...     

微波及其组合工艺强化污泥厌氧消化研究

为提高剩余污泥的厌氧消化效能和脱水性能,考察了微波及其组合污泥预处理工艺的强化污泥厌氧消化效果,同时考察了预处理-厌氧消化过程的污泥理化特征及其脱水性能.结果表明,微波及其组合工艺可以强化污泥厌氧消化产甲烷,其中微波-过氧化氢-碱(0.2)的强化效果最为显著,不仅30 d累计产甲烷量比对照组增加了13.34%,而且产甲烷速率也得到了提升.与单独微波处理相比,过氧化氢、碱的投加显著提高了溶解性COD的释放量,这表明微波、过氧化氢、碱之间的协同作用能有效破碎污泥,进而强化厌氧消化效果;微波-酸预处理后的污泥具有良好的脱水性能,毛细吸水时间(CST)只有9.85 s,污泥脱水性能的改善与其表面电性、粒径分布的变化密切相关;不同预处理条件下的污泥经过厌氧消化后,污泥脱水性能较为接近.     

酸-碱预处理促进剩余污泥厌氧消化的研究

为提高剩余污泥的厌氧消化效率,投加酸和碱对污泥进行预处理,对比分析了不同预处理方式（单独碱处理、酸-碱处理和碱-酸处理）对污泥水解酸化的影响,并研究了各种预处理方式对后续厌氧消化产甲烷效率的影响.结果表明,单独碱处理的溶解性化学需氧量（SCOD）溶出量比酸碱联合处理要大16%左右,预处理第8 d,达到5 406.1 mg.L-1.采用先酸（pH 4.0,4d）后碱（pH 10.0,4 d）预处理,在污泥水解酸化过程中,乙酸产量及其占总短链脂肪酸（SCFAs）的质量分数均高于其他预处理方式,其乙酸产量（以COD/VSS计）可达到74.4 mg.g-1,占总SCFAs的60.5%.酸-碱预处理后污泥混合液的C∶N比值为25左右,C∶P比值在35～40之间,这比单独碱处理和碱-酸处理后的C∶N和C∶P比值更有利于后续厌氧消化.通过对比研究发现,酸-碱预处理后,厌氧消化到第15 d,酸-碱预处理污泥的累积甲烷产量（CH4/VSS加入）达到136.1 mL.g-1,分别是空白对照、碱-酸预处理和单独碱预处理方式的2.5、1.7和1.6倍,厌氧消化效率最高.经过8 d酸-碱预处理和15 d的厌氧消化,挥发性悬浮固体（VSS）总去除率达到60.9%,污泥减量效果比其他预处理要好.很显然,酸-碱预处理方式更有利于污泥厌氧消化及污泥减量化.     

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.     

醌呼吸影响厌氧消化产CO2/CH4及转化有毒物质的研究

利用蒽醌-2,6,-双磺酸(AQDS)为模式物在厌氧消化过程中富集醌呼吸微生物,考察了富集产物厌氧消化同步醌呼吸的产气特性和对有毒物质的转化.结果发现,富集产物具有较强的腐殖质还原能力,CO2:CH4为1.7,高于未富集污泥;不同来源的腐殖质因其具有不同的分子结构和醌功能基团数量,对污泥的醌呼吸的促进作用有所差别,而可从还原性腐殖质接受电子的Fe(III)可显著加强醌呼吸速率;醌呼吸微生物在pH4.5~6条件下获得较高活性,说明此时醌呼吸对厌氧消化贡献较大;富集产物以乙酸为电子供体时可快速转化苯和三氯乙烯, 27h的转化率分为85.9%和82.2%,并可以苯为电子供体以三氯乙烯为电子受体同时降解苯和还原三氯乙烯,30h内的转化率分别为81.7%和68.8%.