利用逐级提高进料浓度的方法启动完全混合反应器处理鸡粪

为了改进完全混合反应器(continuous stirring tank reactor,CSTR)厌氧消化处理鸡粪的启动效果,通过逐级提高进料鸡粪浓度的方法在CSTR中进行中温(36?C)厌氧消化的启动实验,实验分为2个步骤:污泥适应性驯化和消化能力提升,即通过间歇添加2%浓度鸡粪的方法驯化活性污泥;利用逐级提高进料鸡粪浓度(2.1%、3.2%和5.2%)的方法提高污泥消化能力。结果表明:通过逐级提升进料鸡粪浓度的方法能够驯化出处理一定浓度鸡粪的活性污泥,当进料鸡粪浓度达到5.2%时,CSTR进料有机负荷(organic loading rate,OLR)、总固体含量(total solid,TS)去除率和产沼气量分别达到1.5 g·(L·d)~(-1)、60%和1 L·(L·d)~(-1),甲烷体积分数稳定在(65±3)%左右,总氨氮浓度最高达到1 200 mg·L~(-1),没有出现氨抑制的现象,污泥活性随进料鸡粪浓度提升而逐步得到驯化,从而成功启动反应器正常运行。为CSTR厌氧消化处理高氮基质启动提供了新的方法,具有重要的理论和实践意义。     

氨氮浓度对猪粪厌氧消化及产甲烷菌群结构的影响

氨氮抑制是影响高含固厌氧消化推广应用的主要因素之一。通过批式实验,采用外源氨氮投加方式,考察了厌氧消化过程中不同氨氮浓度对鲜猪粪产甲烷效果和产甲烷菌群结构的影响。结果表明:氨氮添加量为2 000 mg·L~(-1)(TAN≈3 596.7 mg·L~(-1))时,日产甲烷速率及累积产甲烷量均明显下降;添加量大于4 000 mg·L~(-1)(TAN≈5 618.7 mg·L~(-1))时,氨氮抑制加剧,出现VFAs累积、产甲烷高峰期后移、丙酸降解失败。不同氨氮投加量下猪粪中挥发性固体(VS)产甲烷率分别为(369.0±17.3)、(318.5±7.6)、(234.7±2.5)、(165.4±19.4)mL·g~(-1),产甲烷效率较对照组分别下降14%、36%和55%。超过4 000 mg·L~(-1)的外源氨氮投加促使产甲烷菌群结构发生显著变化,乙酸利用型产甲烷优势菌Methanosaeta逐渐被Methanosarcina代替,而氢利用型产甲烷菌属中Methanospirillum的优势性逐渐被Methanoculleus和Methanomassiliicoccus取代,说明后者均有较强的氨氮耐受性。主成分分析和冗余分析表明,高浓度氨氮会促使产甲烷途径由乙酸利用型为主向氢利用型为主转变。     

两级自养反硝化实现垃圾渗滤液的深度脱氮

针对目前生物工艺难以解决垃圾渗滤液深度脱氮的问题,探究了短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化(两级自养)工艺处理高氨氮、低C/N比垃圾渗滤液的脱氮效果。结果表明,当进水垃圾渗滤液中氨氮平均浓度为2 560 mg·L~(-1),COD值为4 000～5 000 mg·L~(-1)时,经过短程硝化反硝化-厌氧氨氧化处理后,总氮去除负荷可达1.19 kg·(m~3·d)~(-1)、总氮去除率可达93.1%(出水TN=176.3 mg·L~(-1))、COD去除率可达52.2%。但是,厌氧氨氧化反应器出水中NO_x~--N浓度为154.5 mg·L~(-1),仍未达到我国生活垃圾填埋场垃圾渗滤液处理排放标准(TN≤40 mg·L~(-1))。在厌氧氨氧化反应器之后串联硫自养反硝化,整体工艺最终出水NH_4~+-N、NO_2~--N、NO_3~--N平均浓度分别为1.9、0.6、9.7 mg·L~(-1),TN≤15 mg·L~(-1),进水总氮去除率为99.5%。在短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化两级自养深度脱氮反应系统中实现了垃圾渗滤液深度脱氮。     

剩余污泥混合对絮凝污泥厌氧消化的强化

为了考察絮凝污泥与剩余活性污泥混合中温(35℃)厌氧消化效果,分析了不同混合比例、不同投配率下的总化学需氧量(TCOD)去除率、挥发性固体(VS)降解效果,通过p H值与氨氮浓度的变化来分析各反应器的稳定性。结果表明:污泥混合后消化效果明显得到提高,且污泥消化效率随着投配率的增加先提高后下降。5%投配率时,絮凝污泥/剩余污泥(VS比)为1∶2时厌氧消化效果最好,TCOD去除率达到47.8%,VS降解率达到46.8%,分解单位VS产气量达到了435 m L/g,p H值与氨氮浓度分别保持在7.4和269 mg/L左右,混合污泥厌氧消化系统较稳定。这说明与剩余污泥的混合消化能有效提高絮凝污泥的厌氧消化性能。污泥絮体的显微分析表明:厌氧消化过程中絮体面积百分比逐步减小,污泥结构逐步解体,可以解释污泥消化的微观过程。     

渗滤液添加量对餐饮垃圾厌氧消化的影响机制

系统地研究了渗滤液添加量对于餐饮垃圾厌氧消化产气过程的影响,结果分析表明,餐饮垃圾与渗滤液联合厌氧消化,可以有效地缓解酸抑制现象,增强厌氧消化系统的稳定性,提高沼气产率。当餐饮垃圾负荷为40 g·L~(-1),渗滤液与水的比例为1.227∶1,将厌氧消化原液的氨氮调节至2 000 mg·L~(-1)时,厌氧消化效果最好。沼气产率可达到840 m L·g~(-1)(以TS计),甲烷产率可达到375 m L·g~(-1),累积沼气产量达到理论值的94.32%,累积甲烷产量达到理论值的74.77%。     

餐厨垃圾湿式厌氧消化最优有机负荷及失稳指标

为探究餐厨垃圾湿式厌氧消化最佳有机负荷及失稳预警指标,在(36±1)?C单相连续搅拌条件下进行有机负荷(OLR)梯度实验。通过理论及数学分析确定90%含水率餐厨垃圾湿式厌氧消化的最佳OLR和失稳指标。当OLR(以VS计)为2.94 g·(L·d)-1时,挥发性固体去除率、甲烷产率、容积沼气产率分别为78%、0.58 L·g-1VS、2.99 L·(L·d)-1,此时厌氧反应器达到最佳运行状态。一定浓度的游离氨(FAN)会抑制微生物活性,触发挥发性脂肪酸(VFA)的积累,造成容积沼气产率降低,第36天,当OLR增至3.21 g·(L·d)-1时,FAN浓度升至区域峰值207 mg·L-1,但随后骤降35.9%(39 d),分别造成VFA和挥发性脂肪酸浓度与碳酸氢盐碱度的比值(VFA/TA)从第37天的1 897 mg·L-1、0.22升高至第47天的4 755 mg·L-1、0.73,系统进入抑制稳定状态,最终导致容积沼气产率从第47天的2.66 L·(L·d)-1降至第48天的1.88 L·(L·d)-1,系统恶化。协同分析表明,当VFA和VFA/TA分别达到2 500 mg·L-1和0.35并出现持续上升的现象时,能提前7~8 d对90%含水率餐厨垃圾湿式厌氧消化系统的失稳提出预警。     

磷酸盐对高基质厌氧氨氧化反应器脱氮性能的影响

采用模拟废水,在UASB反应器中研究磷酸盐对厌氧氨氧化(Anammox)工艺的长期影响,考察了厌氧氨氧化反应器处理高磷酸盐、高浓度含氮废水的可行性。结果表明:当磷酸盐在进水中的浓度低于750 mg·L~(-1)(25.8 mmol·L~(-1))时,Anammox工艺的脱氮效果较好,且磷酸盐浓度对废水中氮的去除及转化效果影响不大,当磷酸盐浓度增至800 mg·L~(-1)(25.8 mmol·L~(-1))时,Anammox工艺的脱氮性能被抑制,NH+4-N的去除率从96.5%降至74.1%,NO-2-N从97.8%降至75.6%,NRR(nitrogen removal rate)从5.7 kg·(m3·d)-1降至4.4 kg·(m3·d)-1。停止投加磷酸盐后,反应器的脱氮性能得到快速恢复。     

推流式反应器厌氧消化浮萍和猪粪混合物

使用带隔板的推流式反应器(体积约为4 m3),对浮萍与猪粪(干重比1:1,湿重比7:1)的混合物、猪粪进行为期50 d的中温厌氧消化产气性能比较研究,结果表明,在有机负荷为3.5 g(VS)/(L·d)时,浮萍与猪粪(干重比1:1,湿重比7:1)混合物的VS产气率为0.31 L/g,COD转化率为63.2％,反应器容积产气率为1.00 m3/(m3·d);猪粪的VS产气率为0.28 L/g,COD转化率为57.1％,反应器容积产气率为0.71m3/(m3·d).进料COD和SS的平均浓度分别为19.19 g/L和14.28 g/L,推流式反应器对其平均去除率分别为59.7％和68.7％.由此说明,带隔板的推流式厌氧反应器对浮萍和猪粪的混合物有较好的厌氧消化能力,浮萍与猪粪混合物的厌氧消化性能优于猪粪.     

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。     

不同厌氧消化反应装置的玉米秸秆产沼气比较

为了探究适合农作物秸秆进行厌氧消化产沼气的反应装置,选用单相反应装置连续搅拌反应釜(continuously stirred tank reactor,CSTR)和两相反应装置渗滤床(leach bed)上流式厌氧污泥床(upflow anaerobic sludge blanket,UASB)作为玉米秸秆厌氧消化的反应器,比较了玉米秸秆在这2种反应装置中的厌氧消化产气特性。研究结果显示,在水力停留时间为30 d、半连续的进料方式下,CSTR反应装置中有机负荷率(以原料VS计)为3.0 g·(L·d)-1时的VS甲烷产量为223 m L·g-1,而在相同的水力停留时间、批式进料方式下,L-UASB反应装置的VS甲烷产量为169 m L·g-1,前者原料中挥发性有机固体含量减少了53.7%,后者减少了43.5%,因此研究结果表明农作物秸秆的厌氧消化产气特性受反应装置影响较大。     

卧式厌氧消化反应器处理高含固污泥的特性研究

采用容积为200L的卧式厌氧消化反应器(以下简称卧式反应器),对高含固污泥(总固体(TS)≥10%(质量分数))的厌氧消化特性进行研究。通过序批运行、低负荷半连续运行、提负荷半连续运行逐步提高污泥TS从10.09%至12.58%,并对污泥颗粒的运动轨迹进行了计算机流体力学(CFD)模拟。结果表明,序批运行阶段污泥水解酸化特征显著;在低负荷半连续运行阶段,沼气产率平稳上升,在提负荷半连续运行阶段,沼气产率稳定在(0.359 2±0.011 0)m~3/(m~3·d),挥发性固体(VS)降解率稳定在22.05%±0.52%,高含固污泥在卧式反应器中厌氧消化产气性和稳定性良好。CFD模拟结果显示,污泥颗粒在卧式反应器中得到充分混合,卧式反应器运行稳定后,污泥厌氧消化剩余能量可达2.42MJ/(m~3·d),经济效益明显,具备良好的应用前景。     

不同氮源对猪粪废水厌氧发酵中氨抑制效果的影响

为明确不同氮源在猪粪废水厌氧发酵过程中的氨氮释放规律及其对厌氧发酵的抑制作用,以尿素和氯化铵为外加氮源,以固液分离后的猪粪废水为底物,在中温35℃条件下通过批式厌氧发酵,研究了不同总氨氮(total ammonia nitrogen, TAN)浓度的外加氮源对猪粪废水厌氧发酵的影响。结果表明:在猪粪废水厌氧发酵过程中,以尿素为氮源产生的游离氨(free ammonia nitrogen, FAN)、挥发性脂肪酸(volatile fatty acids, VFAs)和pH均明显高于以氯化铵为氮源的处理组,但二者对应的总氨氮(total ammonia nitrogen, TAN)没有明显的区别;以尿素为氮源(TAN≤500 mg·L~(-1))和以氯化铵为氮源(TAN≤1 500 mg·L~(-1))均能促进猪粪废水厌氧发酵产甲烷,但超过这一浓度后,均对产甲烷有抑制作用,尿素对猪粪废水厌氧发酵产生抑制的浓度(TAN500 mg·L~(-1))远低于氯化铵(TAN1 500 mg·L~(-1));相较氯化铵,以尿素为氮源对猪粪废水的厌氧发酵具有更强的氨抑制。以上结果可为高氨氮抑制厌氧发酵氮源的选择提供参考。     

厌氧氨氧化反应器启动阶段氨氮对N_2O产生量的影响

为了调查厌氧氨氧化反应器启动阶段强温室气体N_2O产生量,对进水口氨氮浓度与N_2O产生量之间的关系进行了研究。实验数据表明,在反应器启动前期,随着反应器进口氨氮浓度由25 mg·L~(-1)逐渐升高至120 mg·L~(-1),N_2O产生量由0.4%急剧增长至1.4%,进水口氨氮浓度与N_2O产生量呈现明显正相关性。微生物分析结果表明,反应器启动前期,N_2O释放主要与部分亚硝化细菌的反硝化作用有关。     

双重抑制下亚硝化系统的启动及运行特性

采用连续进水(feed-batch)方式的SBR在高氨氮负荷(1 kg·(m~3·d)~(-1))和双重抑制下实现了亚硝化系统的启动及稳定运行。采用荧光原位杂交技术(FISH)对活性污泥中氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)种群及数量变化进行测定。结果表明在温度(35±1)℃,进水氨氮浓度为1000mg·L~(-1)的条件下对NOB的抑制由游离亚硝酸(FNA)和DO的双重抑制转变为游离氨(FA)和DO的双重抑制,污泥亚硝酸盐氧化速率由28.16mg·(g·h)(以MLVSS计)降到0.3 mg·(g·h)~(-1)(以MLVSS计)以下,成功实现了高氨氮废水的稳定亚硝化。反应器出水NO_2~--N平均浓度为466.45 mg·L~(-1),NO_2~--N/NH_4~+-N接近1,NO_3~--N浓度低于20 mg·L~(-1),満足厌氧氨氧化(ANAMM0X)的进水基质要求。FISH结果表明,富集培养阶段AOB、NOB的优势种属由亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)及硝化螺旋菌属(Nitrospira)转变为Nitrosomonas及硝化杆菌属(Nitrobacter),抑制过程中NOB逐渐被淘汰最终硝化菌以Nitrosomonas为主,从微生物学角度佐证了亚硝化的稳定运行。     

MBBR一体式耦合短程硝化-厌氧氨氧化处理污泥水

采用移动床生物膜反应器(MBBR)处理已回收磷后的实际污泥水,在进水平均氨氮浓度为167.51 mg·L~(-1)、HRT为22.24 h、DO为0.5 mg·L~(-1)和温度为24～26℃的条件下实现了一体式短程硝化-厌氧氨氧化过程的耦合,对氨氮和总无机氮的最大去除率可达96%和79.7%。但是,一体式反应器受DO浓度影响较大,维持稳定的DO浓度对于系统的氮去除非常重要。荧光原位杂交(FISH)及高通量测序结果表明,MBBR的生物膜及活性污泥中Nitrosomonas菌分别占总菌数的10.46%和21.46%,厌氧氨氧化菌的优势菌种Candidatus Kuenenia在生物膜和活性污泥中分别占总菌数的4.13%和0.71%。因此,MBBR中活性污泥主要完成亚硝化,生物膜主要完成厌氧氨氧化,常温条件下,两者在一个反应体系中共同完成了对污泥水中氮的高效自养脱除。以上结果表明了一体式反应器处理实际污泥水的可行性,可为该工艺在实际工程中的应用提供参考。     

厌氧氨氧化菌接种污泥的选择培养过程研究

厌氧氨氧化菌的2种不同接种污泥培养实验表明,厌氧消化污泥和好氧硝化污泥均可成功启动厌氧氨氧化过程.接种厌氧消化污泥比好氧硝化污泥培养的厌氧氨氧化菌启动快,但后者去除效果较好.接种好氧硝化污泥的反应器的厌氧氨氧化速率随着氨氮基质进水浓度的增加呈线性增加.进水氨氮浓度为280 mg/L时的氨氮平均去除率达91%;而接种厌氧消化污泥的相应氨氮平均去除率仅为52%.厌氧氨氧化过程以接种好氧硝化污泥来启动为宜.     

有效微生物和多功能复合微生物制剂生物强化提高化粪池粪便污泥减量效率研究

为了考察有效微生物(EM)和多功能复合微生物制剂(MCMP)对化粪池粪便污泥减量的强化效能,以化粪池粪便污泥为研究对象,采用中温(35℃)厌氧消化,研究EM和MCMP不同投加量(0~1.00%)对化粪池粪便污泥厌氧消化总固体(TS)、挥发性固体(VS)和COD的减量效果,考察EM和MCMP投加量与TS、VS和COD去除率间的相关关系。结果表明,投加0.005%~0.10%的EM和MCMP均有利于化粪池粪便污泥TS、VS和COD的去除;其中以投加0.01%的EM(E2处理)和0.01%的MCMP(M2处理)对TS、VS和COD的去除效果最好。E2处理TS、VS和COD的去除率分别为32.51%、42.34%和40.91%,分别比对照(CK)高5.83%、5.29%和7.13%;M2处理TS、VS和COD的去除率分别为33.74%、46.05%和43.33%;分别比CK高7.06%、9%和9.50%。对化粪池粪便污泥厌氧消化TS、VS和COD的减量作用效果表现为:MCMPEM。EM和MCMP的投加量与TS、VS和COD去除率间均存在一定的负相关关系;投加EM和MCMP的各处理的TS、VS和COD去除率两两间均表现为正相关关系。     

一段式短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺处理厌氧膜生物反应器出水

采用移动床生物膜反应器,通过一段式短程硝化-厌氧氨氧化耦合短程反硝化工艺处理主流厌氧消化出水.在溶解氧浓度(DO)维持在(1.45±0.15)mg·L-1的条件下,出水TN低至(10.7±2.4)mg·L-1、NH4+-N转化率达到(86.8±4.5)％,平均TN去除率为(78.9±4.9)％(最高达84.0％)、TN...     

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。     

沼液回流对秸秆与污泥混合中温厌氧消化的影响

为了提高秸秆与市政污泥混合厌氧消化的消化产率,以秸秆污泥混合物作为底物,在批次实验中研究不同沼液回流对中温(35℃)混合厌氧消化过程的影响。实验采用0%、20%、30%、40%、50%和60%等6种不同的沼液回流量,分析不同沼液回流量下产气量、甲烷含量、发酵过程氨氮含量、sCOD、总挥发酸(VFAs)的变化情况。结果表明:50%的沼液回流产气量和甲烷产量均最大,分别是1 645 m L和797.5 mL,TS和VS去除率达到17.5%和47.8%,单位VS甲烷产量为613.45 mL·g-1,较未加沼液的发酵瓶提高了37.7%,且无VFAs积累。过高的沼液回流量提升了厌氧反应的氨氮浓度,对厌氧产气过程产生了抑制。50%沼液回流量可以作为秸秆污泥混合厌氧消化最佳回流量。