城市有机垃圾间歇厌氧消化pH控制动力学研究

对厌氧消化系统的物料及电离平衡进行分析,利用底物降解和微生物生长动力学建立城市有机垃圾间歇厌氧消化pH值控制模型,并研制开发了间歇厌氧消化过程pH值与产气量最优化计算机软件.运用该模型可预测不同厌氧消化过程的最佳pH值,从而通过控制厌氧系统的pH值使系统产气量达到最大,通过2组对比实验验证模型的有效性.结果表明,在相同的实验条件下厌氧系统的pH控制在最佳值时系统产气较未对pH值控制时稳定,且总产气量平均提高20%左右.     

有机生活垃圾多组分联合厌氧降解产甲烷性能研究

为了阐明生活垃圾多组分的混合对其厌氧降解产气性能的影响,通过在中温（37±1）℃下对餐厨类、纸类和园林类垃圾组分进行单独和联合厌氧降解产甲烷实验,研究接种物来源对单组分和多组分物料厌氧降解产甲烷性能的影响,应用修正的Gompertz模型拟合和分析物料产甲烷过程动力学特征,并借鉴和发展评价混合物料联合厌氧降解性能的量化指标方法.试验与模型拟合结果均表明：接种物来源对各组分及其组合的厌氧生物可降解程度无显著影响,但对其降解速率存在明显影响.此外,尽管物料的混合对试验初期物料降解产甲烷速率存在促进作用,但仅有3组分混合试验组在最终累计甲烷产率方面表现出显著的协同促进,在2种接种物条件下,相比于3组分单独降解的甲烷产率分别增长了16%和14%.     

有机垃圾组分种群增长及修正一级产气动力学研究

以米饭、鸡蛋清、生菜、肥肉馅为原料,分别代表淀粉、蛋白质、纤维素、脂肪进行厌氧消化产沼气实验,并用种群增长模型和修正一级产气模型进行拟合.结果表明:脂肪的厌氧消化过程用修正Gompertz方程拟合效果较好,其余物料用Logistic方程拟合效果较好;脂肪的延滞期最长,为13 d,其次是蛋白质、纤维素,其值分别为8.72 d、6.24 d,淀粉的延滞期接近零.同时,建立了修正一级产气模型,并在延滞期之后用其模拟4种有机物厌氧消化产气过程,发现淀粉水解过程更趋向于遵循圆柱形颗粒模型,蛋白质、纤维素和脂肪水解过程更趋向于片状颗粒模型,淀粉和蛋白质的水解产气速度较快,脂肪稍慢,纤维素最慢;在延滞期内蛋白质和纤维素累积沼气产率都遵循零级水解动力学,脂肪的累积沼气产率遵循三次函数模型.在综合分析的基础上,得到了整个实验周期的产气动力学模型.     

餐厨垃圾与秸秆混合中温和高温厌氧消化对比

餐厨垃圾与秸秆混合厌氧消化可有效改善两者单独厌氧消化易出现的挥发性脂肪酸积累和木质纤维素难以降解等问题,并回收生物质能.在中温(35℃)和高温(55℃)条件下,对餐厨垃圾与秸秆混合厌氧消化进行了序批式试验研究.结果表明,进料的挥发性固体(VS)浓度为3 kg·m~(-3),中温条件下,物料进料比(VS/VS)为9∶1时,单位有机负荷累积甲烷产量达到最高,为272.0 mL·g~(-1);高温条件下,进料比为5∶5时,单位有机负荷累积甲烷产量达到最高,为402.3 mL·g~(-1),分别显著高于两温度条件下餐厨垃圾单独厌氧消化的结果(中温218.6 mL·g~(-1),高温322.0 mL·g~(-1)).高温条件下物料中的碳流向甲烷的比例高于中温,且两物料混合消化促进碳流向甲烷.高温下木质纤维素总降解率为34.7%~45.8%,高于中温的12.6%~42.2%.利用高通量测序技术检测细菌与古菌的16S rRNA基因序列信息和真菌的内转录间隔(ITS)序列信息,结果表明,高温下木质纤维素降解细菌和放线菌数量明显高于中温条件,可解释高温下木质纤维素总降解率更高的原因.     

玉米秸秆堆沤处理对厌氧发酵的影响

采用厌氧发酵后的发酵液和秸秆发酵剂对玉米秸秆进行堆沤处理,设计正交试验L9(34),在温度、含水率、时间、玉米秸秆粒径不同的条件下,考察堆沤处理对纤维素和木质素降解率的影响,并对堆沤处理前后的玉米秸秆进行厌氧发酵产气试验。结果表明:不同堆沤条件下,秸秆的纤维素和木质素降解效果以及后期厌氧发酵产气效果都不相同;最优条件为温度30℃,含水率为60%,堆沤时间为15d,秸秆粒径1cm。在此最优条件下,处理后玉米秸秆产气效率明显提高,产气峰值提前6d。最大日产气量达630mL,与未处理的秸秆相比提高31.2%。     

不同TS浓度下污水厂剩余污泥和生活垃圾混合厌氧消化特性研究

以污水厂剩余污泥和生活垃圾混合物料为研究对象,通过试验研究了TS浓度分别为1％、3％、6％和10％的混合物料的厌氧消化特性.结果表明:混合物料的TS浓度对厌氧消化过程中的产气量、气体中甲烷体积百分含量、物料COD去除率、厌氧消化液pH值和VFAs浓度均有一定影响;TS浓度偏高或偏低均不利于厌氧消化产气,过高的TS浓度还会导致厌氧消化液VFAs浓度积累过高和pH值下降;当混合物料TS浓度为3％时,厌氧消化效果最好,最高日产气量达537 mL,厌氧消化反应结束时累计产气量达7 905 mL,产气中甲烷体积百分含量最高值达到69.1％,至反应终期物料的COD去除率达49.68％,厌氧消化液pH值维持在6.8～7.5,没有出现因VFAs积累而产生的酸抑制现象.     

醋糟高效厌氧消化体系构建

运用高固态厌氧消化模式,通过提高反应体系均质程度和沼液回流等手段,逐步提升物料负荷,对未经预处理的醋糟进行厌氧消化处理,成功构建了醋糟高效厌氧消化体系.结果表明,在反应体系物料负荷达到6.15 g·(L·d)~(-1)时表现出最佳的厌氧消化性能,单位干物料产沼气量为396 m L·g~(-1),单位干物料产甲烷量为211 m L·g~(-1).该物料负荷下半纤维素降解率达到63.66%,是醋糟厌氧消化性能提高的主要原因.纤维素、木质素的降解率分别为21.46%、24.43%,较低的降解效率主要是由于木质素中的苯环结构难以降解,并阻碍纤维素酶的水解作用,对纤维素降解产生屏蔽效应.     

环境因子对氟苯尼考在海洋沉积物中降解的影响

研究了环境因子对氟苯尼考在沉积物中降解的影响.结果表明,氟苯尼考在沉积物中的降解规律可以用一级动力学方程来描述;在10～30℃温度范围内,温度升高有利于其在沉积物中的降解,当温度为40℃时,其降解速率减小;微生物和有机质状况对氟苯尼考降解的影响存在显著性差异(在未处理沉积物中的降解半衰期为1.70d,而灭菌和去除有机质后的半衰期分别为6.73,11.64d);氧气状况对氟苯尼考降解影响不显著,厌氧条件下降解速率较好氧条件下稍快.     

紫茎泽兰茎秆厌氧发酵产甲烷

研究了3种不同原料处理下,紫茎泽兰的茎通过池外厌氧堆沤后传代试验发酵情况。传代试验结果表明:干燥与厌氧堆沤能降低原料中毒素对沼气发酵的影响,传代产气总量最高为6 015 mL,产甲烷率最高为64.22%。以上述两组为研究对象,通过测定TS、VS值发酵前后变化,探究了温度对沼气发酵的影响。试验结果表明:温度的升高有利于提高对发酵系统的原料利用程度,40~45℃是微生物发酵的不利温度。从原料有效利用与实际操作角度考虑,中温条件最适合沼气发酵,粉状原料30℃时产气与产甲烷为最佳,TS与VS产气率与产甲烷效率分别为152.8 L/kg、74.3 L/kg。     

干发酵对稻草结构及产沼气的影响

为了防止稻草焚烧产生的环境污染,采用厌氧干发酵方式对稻草进行资源化处理.通过稻草元素的分析、X射线衍射(XRD)及红外光谱(FT-IR)的分析,考察了干发酵及预处理对稻草结构的改变.结果表明,稻草干发酵60d单位挥发固体累积产气量278.1mL/g (0℃),前30d产气占总产气量的90.3%;XRD显示稻草纤维晶体为纤维素Ⅰ型,堆沤预处理和厌氧发酵未改变纤维素的晶型,但略微增加纤维素的结晶度;FT-IR表明:堆沤预处理使聚糖脱聚、纤维素分子键氢键增强和木质素结构部分改变;发酵主要使聚糖脱聚与降解.