食物垃圾和废纸联合厌氧消化产甲烷

以食物垃圾和废纸为原料,通过批式中温(35℃)联合厌氧消化产甲烷实验,考察了原料比例(以VS计为:100:0、83:17和62:38)和酸化阶段pH(未调节和调节pH=7.2)对消化稳定性及消化性能的影响.实验结果表明,与单独利用食物垃圾以及未调节酸化阶段pH的厌氧消化相比,调节酸化阶段pH=7.2的食物垃圾与废纸联合厌氧消化能够避免挥发性脂肪酸抑制、保证消化稳定性并提高消化性能.在调节酸化阶段pH为7.2,且食物垃圾和废纸的原料比例为83:17和62:38的2组厌氧消化实验中,产甲烷稳定时液相pH稳定在7.4～8.0,液相产物中总VFA浓度稳定在500～900 mg·L-1,其中丙酸浓度为100～550 mg·L-1,未检测出乙醇;累积产甲烷量(以VS计算)分别为347和247 mL·g-1,生物气中的甲烷含量稳定在70%～80%.最高可达81.6%;以1gVS相当于1.1g COD进行计算,COD去除率分别为93.2%和80.5%,用于产甲烷的COD分别占总进料COD的90.0%和64.0%.食物垃圾和废纸的最佳中温厌氧消化产甲烷条件为:原料比例83:17,酸化阶段调节pH=7.2.     

缩短厌氧消化时间改善猪场废水厌氧消化液好氧后处理性能的可行性

采用批式厌氧消化以及间歇曝气的摇瓶试验进行猪场废水厌氧-好氧处理,研究了猪场废水厌氧消化对好氧后处理的影响,以及控制厌氧消化进程改善猪场废水厌氧消化液好氧后处理性能的可行性.对猪场废水原水(厌氧消化0d)直接进行好氧处理,COD和NH4 -N去除率分别可达到95%和98%以上,出水COD低于300mg·L-1,NH4 -N低于10mg·L-1.对厌氧消化液进行好氧后处理,出水COD和NH4 -N浓度随好氧处理时间的增长逐渐升高,厌氧消化前处理时间越长,升高时间越早,幅度越大.实验结束时,出水COD基本在500-600 mg·L-1之间;厌氧消化3、6、9、12d的消化液好氧后处理出水的NH4 -N分别达到22.2、105.4、147.6、171.4 mg·L-1.尽管厌氧消化3d时,COD去除率只有47.5%,但消化液好氧后处理的效能仍然没有提高,只是系统恶化的时间略迟于厌氧消化6、9、12d的消化液.厌氧消化液好氧后处理效果差的原因主要是:在厌氧消化过程中,各污染物降解的差异导致了厌氧消化液可生化性降低以及碳、氮、磷比例失调,影响了好氧后处理过程微生物的生长;厌氧消化液中缺乏易降解有机物,导致反硝化效果差,产生的碱度不能弥补硝化过程消耗的碱度,引起pH下降,进而影响了微生物活性.因此,通过缩短厌氧消化时间的方式来改善消化液好氧后处理的性能是不可行的.     

零价铁对厌氧消化过程中氨氮抑制解除的影响

氨氮抑制是影响高含固有机固体废弃物厌氧消化产甲烷效率的重要因素.本研究通过实验室批量实验,考察了微米级零价铁对剩余污泥、热水解污泥厌氧消化的影响以及对高氨氮抑制解除的影响.结果表明,投加4 g·L~(-1)和10 g·L~(-1)零价铁对剩余污泥、热水解污泥厌氧消化过程中的产甲烷速率、迟滞时间和产甲烷潜势等动力学特征均未有影响.但是,在高氨氮抑制的厌氧消化过程中, 4 g·L~(-1)和10 g·L~(-1)的零价铁投加可使厌氧消化受氨氮抑制的产甲烷迟滞时间由对照组的18.61 d分别缩短为17.22 d和16.18 d,最大产甲烷速率(以VS计)由对照组的6.34 mL·(d·g)~(-1)提升为7.84 mL·(d·g)~(-1)和7.39 mL·(d·g)~(-1).零价铁并未通过化学反应对厌氧消化的pH缓冲体系产生直接影响,而是使氨氮抑制后的产甲烷优势古菌Methanosarcina的相对丰度(27 d)由对照组的30.71%提升到53.50%和60.30%.本研究证明了零价铁并不能提升污泥产甲烷潜势,而只是在受抑制影响的厌氧消化过程中,刺激产甲烷微生物的代谢活性,强化如氨氮抑制影响的快速解除.     

有机垃圾单级高固体厌氧消化的中试实验

在中温(37℃)条件下,应用连续式单级高固体厌氧消化技术对有机垃圾进行了实验室规模的处理研究.结果表明:①根据产气量及pH值变化在时间上可划分为酸化阶段、恢复阶段、稳定阶段及过饱和阶段.②经过酸化的过程后,pH值最低达到5.6左右;在恢复阶段反应器内pH值随TS浓度的增加而稳定在6.8～7.8之间,产气量及甲烷气体浓度均增加;③稳定阶段有机垃圾消化反应总体运行状况良好,第125d出现最大日产气量.为91.86 L·d-1,此时消化液TS浓度为14.78%,甲烷气体的浓度50%一55%左右,HRT为20d,生物降解率为65.28%.④超负荷阶段,TS浓度达到17.71%,氨氮浓度为3770 mg·L-1,抑制了产甲烷杆菌的代谢,发酵液的PH值持续下降到5.8左右,生物降解率也下降到48.25%.     

高温厌氧消化中底物浓度对病原指示微生物杀灭的影响

剩余污泥中含有大量病原微生物,土地利用之前必须进行适当的处理,降低病原微生物的数量,以降低环境风险.通过研究在不同的底物浓度条件下,剩余污泥高温厌氧消化(55℃)过程对病原指示微生物的杀灭效果,分析厌氧消化前后污泥中病原指示微生物数量变化的原因.结果表明,随着底物浓度的增加,VFAs浓度和累积产甲烷量增加.在底物浓度为28~84 g·L-1、温度为55℃、持续28 d的高温厌氧消化过程中,上清液中总大肠杆菌下降2.0~3.0个数量级、粪大肠杆菌下降1.8~3.3个数量级;消化后污泥中总大肠杆菌和粪大肠杆菌杀灭率均达到99%以上;且上清液中和消化污泥中均未检测到沙门氏菌的存在.在研究底物浓度范围内,当底物浓度大于45 g·L-1时,消化液和污泥中总大肠杆菌和粪大肠杆菌的杀灭效果下降.     

生物炭理化特性及其对厌氧消化效率提升的研究进展

厌氧消化被广泛应用于餐厨垃圾、有机废弃物和高浓度废水等的资源化处理,但实际应用中,厌氧消化常由于易酸化、氨氮抑制和产甲烷菌对环境因素敏感等原因,造成消化过程不稳定、产甲烷率低等问题。生物炭具备制备简单、原料来源广泛和成本低廉等优点,将其添加至厌氧消化系统中,可维持体系稳定运行和提升厌氧消化产甲烷效率。介绍了生物炭的制备方法和理化特征,并从生物炭提升厌氧消化系统缓冲能力、吸附抑制剂从而缓解氨氮抑制及其作为微生物载体等方面,对生物炭促进厌氧消化的效果和机理进行了综述。     

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.     

规模化猪场原水氨氮对厌氧微生物活性的影响

通过厌氧毒性测定试验,研究模拟废水及猪场原水氨氮对厌氧微生物活性的影响。结果表明,模拟废水氨氮对厌氧颗粒污泥产甲烷活性的影响具有多重性,当氨氮浓度低于400mg/L时,表现为促进产甲烷作用。当氨氮浓度为800mg/L时,开始表现为抑制产甲烷作用,并且随着氨氮浓度的升高,抑制作用增强。猪场原水在进水浓度下均表现为抑制作用。模拟废水50%抑制浓度为1900.1mg/L,猪场原水50%抑制浓度为1725.9mg/L;在相同的抑制程度下,模拟废水氨氮浓度均高于猪场原水,平均相差594.1mg/L。     

不同负荷餐饮垃圾与城市厌氧污泥混合厌氧消化研究

本实验研究了不同有机负荷下,餐饮垃圾与消化污泥不同方式混合中温厌氧消化的过程。实验结果表明,1#-4#的酸化点均可逆,1#的酸化低值点为4.11,3#的为6.04,通过加入氢氧化钠溶液有效控制系统的酸化过程,防止出现酸抑制现象,使得各有机负荷均能进入正常的产甲烷阶段。1#-4#的单位生物气产量分别为0.18 L/gVs、0.85L/gVs、0.69L/gVs和0.44L/gVs,甲烷含量分别为56%、69%、57%和66%。混合厌氧消化后的剩余物比原消化污泥具有更好的生物降解能力。各负荷氨氮浓度在消化过程中的变化趋势一致,最高含量达1 183.28 mg/L。     

镧、铈对厌氧颗粒污泥产甲烷的Hormesis效应及其动力学研究

间歇培养条件下研究了单一稀土元素镧(La3 )和铈(Ce3 )在不同浓度水平下对厌氧颗粒污泥活性及其动力学行为的影响.结果表明,La3 和Ce3 对厌氧颗粒污泥比产甲烷活性有促进作用的浓度范围均为0.01～0.1 mg·L-1,促进作用浓度峰值均为0.05mg·L-1,最大促进百分比分别为10.35%和20.79%;La3 和Ce3 对SMA(比甲烷活性)的半抑制浓度分别为5mg·L-1和1000mg·L-1,La3 较易对污泥产生抑制作用.米-门方程可以用来描述厌氧消化过程中甲烷发酵阶段的动力学行为,稀土元素La3 和Ce3 投加至反应系统后,提高了甲烷发酵过程的动力学常数Vmax和半饱和常数Ks.     

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.     

红霉素对产甲烷菌的抑制及其驯化

红霉素是一类具有一定生物毒性的抗生素类药品,为探明红霉素对产甲烷菌的抑制作用及其可驯化能力,依次在厌氧瓶中进行厌氧毒性试验、在升流式厌氧污泥床反应器(UASB)中进行连续实验,测定累计甲烷产量、相对产甲烷速率、COD去除率、甲烷含量.结果表明,红霉素为150 mg.L-1时产甲烷速率降为56.1%;250 mg.L-1时反应速率降低99%以上,活性受到完全抑制.保持红霉素投加量为20 mg.L-1连续运行60 d,COD去除率、甲烷含量可达到81.4%、64.2%.红霉素对甲烷菌有抑制作用,半抑制浓度为150 mg.L-1.甲烷菌对红霉素有一定的驯化能力,驯化60 d后COD去除率、甲烷含量较未驯化时可提高15.13%、22.05%.     

有机负荷调控对餐厨垃圾高温固态发酵全过程影响

为提高餐厨垃圾沼气工程能源利用效率.本试验采用全混合式连续发酵,通过调控餐厨垃圾高温厌氧发酵过程中OLR变化,探究OLR为0.7、1.2、4.4 kg·m^-3·d^-1下产气性能、pH、SCOD和VFAs等参数变化.结果表明,反应器能在0.7 kg·m^-3·d^-1下低负荷启动,此阶段产气性能较差,VFAs浓度受正丁酸含量增长缓慢上升,但仍处于低浓度范围.OLR提升至1.2 kg·m^-3·d^-1,正丁酸分解成乙酸速率加快,乙酸浓度比0.7 kg·m^-3·d^-1阶段增长17.36%,发酵液中VFAs积累导致系统酸化抑制产甲烷菌产气性能,外加碱溶液无法调控酸碱平衡.OLR为4.4 kg·m^-3·d^-1时,VFAs浓度增长趋于平稳,调节pH至6.7以上反应器稳定运行.随着产甲烷菌活性恢复,沼气产量维持在25 L·d^-1左右,VFAs浓度快速下降并稳定在19.68~21.30 g·L^-1之间.实际沼气工程可控制OLR在0.7 kg·m^-3·d^-1下启动,待发酵系统稳定运行后增加OLR至4.4 kg·m^-3·d^-1同时调节pH到6.7以上,可以达到最佳产沼气工艺.而维持OLR在1.2 kg·m^-3·d^-1更适合获得高浓度VFAs.     

进料浓度对鸡粪长期高温甲烷发酵的影响

通过固定水力停留时间（HRT）为20d,逐步提高进料总固体（TS）浓度为5.0%,7.5%和10.0%的方式提高有机负荷（OLR）,在高温（55±1）℃条件下开展鸡粪长期甲烷发酵实验并测定了各阶段污泥的比产甲烷活性（SMA）,探究氨氮浓度对鸡粪高温甲烷发酵的影响.结果显示,当进料TS由5.0%增至10.0%,出料氨氮浓度由（2.5±0.3）g/L增至（6.1±0.2）g/L,挥发性脂肪酸（VFAs）由（0.4±0.1）g/L增至（26.1±1.5）g/L,pH值由（8.3±0.2）降至（6.9±0.1）,产气率由（267.2±12.5）mL/g TS_in降至49.8±8.2mL/g TS_in,甲烷浓度由（67.2±1.3）%降至（36.0±1.7）%.长时间采用TS 10.0%的进料浓度,发酵系统中氨氮浓度最高达到7.5g/L,VFAs浓度达到27.0g/L,产气下降明显.氨氮抑制鸡粪高温甲烷发酵产气的初始浓度为2.5~3.0g/L.进料TS大于7.5%,鸡粪高温甲烷发酵会受到氨氮抑制.氨氮浓度的升高导致高温发酵体系利用乙酸产甲烷的能力降低,氨氮浓度达到5.5g/L,SMA降低60.0%;氨氮浓度达到7.0g/L,污泥利用乙酸产甲烷的活动几乎停止.     

3种生物处理方式对污泥减量效果的比较及优化

通过间歇试验得到3种生物方式(污泥好氧消化、厌氧消化以及颤蚓摄食)对污泥的比减量速率、污泥减量速率和污泥减量比例.当初始污泥浓度为2 500mg·L^-1时,经过24h减量,颤蚓摄食、厌氧消化和好氧消化3种方式对污泥的比减量速率R分别为0.13 mg·(mg·d)^-1,0.09 mg·(mg·d)^-1和0.03 mg·(mg·d)^-1,对污泥的减量速率分别为315 mg·(L·d)^-1,263mg·(L·d)^-1和65 mg·(L·d)^-1.通过细菌荧光染色和脱氢酶活性检测证实颤蚓摄食在短时间内对污泥中细菌细胞膜的破坏程度最大,可以将颤蚓摄食和厌氧消化相组合强化对污泥的减量.对于初始浓度为2 500mg·L^-1的污泥,颤蚓摄食12h后再厌氧消化36h,可以在2d左右使污泥减量的比例达到30%,减量比速率为0.25 mg·(mg·d)^-1.当初始污泥浓度增加到4 240mg·L^-1,颤蚓摄食时间需要延长到24h方能保证组合工艺对污泥最大程度地减量.     

餐厨垃圾渗滤液强化城市污泥消化作用研究

针对城市污水厂污泥热值低、C/N比低,厌氧消化效率低的问题,结合餐厨垃圾渗滤液中有机物含量高、C/N比高的特点,研究了城市污泥、餐厨垃圾渗滤液共消化过程.结果表明:垃圾渗滤液的添加促进了污泥厌氧消化甲烷气的产生,添加生、熟垃圾渗滤液的消化污泥累计产甲烷量分别为542 mL、2102 mL,是未添加渗滤液(参照样)的污泥消化产气量的1.2倍、4.6倍,甲烷单位产量分别为261(参照样)、675.8、971.0L·kg-1(以VS计);同污泥单独厌氧消化相比,添加生、熟垃圾渗滤液能强化污泥VS/TS的去除,其去除率分别为15.3%和26.3%;通过共消化,污泥上清液的SCOD去除率均高于90%,出水COD也基本一致,并未因垃圾渗滤液的添加而发生大的波动.污泥与餐厨垃圾渗滤液的共消化能够促进有机物的去除,强化甲烷气的产生,实现了污泥与渗滤液的稳定化、无害化和资源化.     

基于仿生学的一体式两相厌氧反应器的运行研究

反刍动物瘤胃对纤维素类物质具有强大的消化能力,在厌氧发酵领域备受关注.为了增加秸秆等物质的资源化利用途径,本文基于仿生学的原理,设计了一体式两相新型厌氧反应器,并以秸秆、猪粪和河道底泥为底物进行干式共发酵,研究了该反应器的水解酸化和产甲烷性能.结果表明：反应器在1～6 d的产气速率较快,单位体积累积产气量的增长速率为366.87 mL/d,最快产气速率为22.3 mL/(g·d)(以每g挥发性固体每天产生的沼气体积计);发酵过程挥发性固体的产气量为0.13 L/g;发酵过程中pH在7.3～8.2之间变化,p H与挥发性脂肪酸(VFAs)浓度整体上呈现相反的变化趋势,说明反应器内未发生氨抑制现象;第1～21天,主反应室产生的溶解性化学需氧量(SCOD)在次反应室中被充分利用,实现了水解过程和水解产物利用过程的分离;厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)是反应器中最丰富的两个菌门,均具有水解和产酸能力.基于瘤胃设计的反应器既具有不同水解程度底物分层和持续吸收VFAs的效果,又有上部水解和产酸、下部产甲烷的一体式两相厌氧发酵效果.研究显示,该反应器可有效延长...     

游离氨调控对污泥高含固厌氧消化反应器性能的影响

污泥高含固厌氧消化系统中,过高的游离氨(free ammonia nitrogen,FAN)浓度被认为是影响其产气性能的主要因素之一.通过降低pH和提高总氨氮(total ammonia nitrogen,TAN)浓度两种方法,考察了进料含固率为15%的中温半连续污泥高含固厌氧消化反应器在这两种游离氨调控措施下的性能表现.结果表明,随着TAN的提高,FAN从(400±174)mg·L~(-1)提升至(526±25)mg·L~(-1),日产沼气量从(11.9±0.3)L·d-1降低到(10.3±0.2)L·d-1,挥发性固体(volatile solid,VS)降解率降低了33.7%;同时,当通过降低pH使得FAN从(330±99)mg·L~(-1)下降至(47±13)mg·L~(-1)时,日沼气产量也从(14.4±1.1)L·d-1下降到(10.8±0.3)L·d-1,VS降解率降低了26.9%,系统性能并没有随着FAN的下降而提升.随着pH调控的停止,游离氨浓度逐步回升至300 mg·L~(-1),系统性能也恢复至调控之前的水平,表明pH调控的过程产生了游离氨浓度控制之外的抑制性作用.最后,通过对细菌和古菌的多样性分析以及甲烷菌的定量PCR分析,可以发现两个反应器系统产气性能的变化都伴随着细菌种群结构的明显变化.污泥高含固厌氧消化系统中过高的FAN(500 mg·L~(-1))使得降解蛋白的细菌的主要种群由Tepidimicrobium和Proteiniborus转变为Anaerobranca.而通过降低pH来控制游离氨浓度之后,一些糖类和蛋白质类发酵细菌的活性也受到影响,并导致这些物质水解效率的下降,进而由于产甲烷菌的基质供给量的不足而削弱系统的产气性能.