餐厨垃圾两相厌氧消化特性试验研究

研究了餐厨垃圾两相厌氧消化特性。以北京化工大学餐厨垃圾为原料,分别以不同有机负荷(10、30、50和70 gVS/L)、接种量(5、10、15和20 gVS/L)、酸化时间(3、5、7和9 d)考察其对酸化效果的影响,并对酸化出料进行甲烷化产气实验。结果表明,餐厨垃圾最优酸化条件为有机负荷30 gVS/L,酸化时间5 d,接种量15 gVS/L。在此条件下,单位负荷产酸率为561.0 mg乙酸/gVS,酸化末端产物主要为乙酸和丁酸,单位负荷累积产气量达到826.7 mL/gVS,比乙醇型最佳条件单位负荷累积产气量763.8 mL/gVS高8.2%,比丁酸型最低单位负荷累积产气量70.6 mL/gVS高1 070.3%。有机负荷、酸化时间、接种量依次对餐厨垃圾酸化有重要的影响,并且餐厨垃圾酸化效果和产气性能具有一致性。研究结果可为城市生活垃圾厌氧消化提供设计和运行依据。     

厨余垃圾高固体厌氧消化处理中氨氮浓度变化及其影响

在中温(35℃)条件下,应用连续式单级高固体厌氧消化技术,研究氨氮浓度在厨余垃圾处理过程中的变化规律.结果表明,在系统稳定运行阶段,投料强度为150.0g/d,挥发性固体甲烷转化率近90%,有机负荷达到4.94kgVS/(m³·d),反应速率为1.48m3CH4/(m³·d),运行情况较为理想.反应运行80d,氨氮浓度超过1700mg/L时,系统呈现氨氮抑制状态,有机负荷为0.77kgVS/(m³·d),反应速率为0.39m3CH4/(m³·d),较稳定运行期大幅度下降.在此过程中,氨氮浓度从消化初期的420mg/L逐渐递增到3000mg/L左右,其中在稳定运行过程中增加速率较大,平均37.15mg/(L·d).同时,微生物经过长期驯化,对高浓度氨氮的抵抗能力增强,系统运行至190d时,氨氮浓度再次升高至3000mg/L,产气速率仍可维持在1.07m³CH4/(m³·d),系统状态较为良好.     

含固率和接种比对叶菜类蔬菜垃圾厌氧消化的影响

通过叶菜类蔬菜垃圾中温批式厌氧消化实验,比较了含固率(3%、5%、7%)和接种比(1.5、2.5、3.5)对产甲烷效果的联合影响.结果表明,在研究实验参数范围内,含固率越低、接种比越高,越有利于缩短产甲烷反应迟滞期,平均日产甲烷速率越快.经过52d的培养,在含固率为3%、接种比为3.5的工况中,平均日产甲烷速率最快,达到9.5mL/(gVS?d),日最大产甲烷速率最快,达到49.8mL/(gVS?d),最早进入快速产甲烷期.当接种比为3.5时,随着含固率的升高,产甲烷速率下降,迟滞期延长,但单位底物累计产甲烷量增大,含固率7%时单位底物累计净产甲烷量为481mL/gVS.而当接种比为1.5时,含固率为5%和7%的工况均无法启动甲烷化反应,含固率为3%的工况的产气迟滞期达15d.挥发性有机酸的累积抑制甲烷化反应的启动,迟滞期随着液相中有机酸浓度的增加而延长,当有机酸浓度低于1260mg/L,甲烷化反应没有明显的迟滞期.     

含固率和接种比对叶菜类蔬菜垃圾厌氧消化的影响

通过叶菜类蔬菜垃圾中温批式厌氧消化实验,比较了含固率(3%、5%、7%)和接种比(1.5、2.5、3.5)对产甲烷效果的联合影响.结果表明,在研究实验参数范围内,含固率越低、接种比越高,越有利于缩短产甲烷反应迟滞期,平均日产甲烷速率越快.经过52d的培养,在含固率为3%、接种比为3.5的工况中,平均日产甲烷速率最快,达到9.5mL/(gVS·d),日最大产甲烷速率最快,达到49.8mL/(gVS·d),最早进入快速产甲烷期.当接种比为3.5时,随着含固率的升高,产甲烷速率下降,迟滞期延长,但单位底物累计产甲烷量增大,含固率7%时单位底物累计净产甲烷量为481mL/gVS.而当接种比为1.5时,含固率为5%和7%的工况均无法启动甲烷化反应,含固率为3%的工况的产气迟滞期达15d.挥发性有机酸的累积抑制甲烷化反应的启动,迟滞期随着液相中有机酸浓度的增加而延长,当有机酸浓度低于1260mg/L,甲烷化反应没有明显的迟滞期.     

垃圾渗滤液与厨余垃圾混合厌氧消化研究

对垃圾渗滤液与厨余垃圾进行混合厌氧消化研究,采用中温批式厌氧消化工艺,考察3g/L和30g/L有机负荷(以VS计)条件下厌氧消化过程中pH值、产气量、VFA以及甲烷含量的变化,旨在探索有机负荷对厌氧消化产甲烷效果的影响.结果表明,在30g/L负荷下比3g/L负荷反应过程更为稳定,且累计生物气产量有大幅提高.2种负荷下系统均能进入产甲烷阶段,最高甲烷体积分数分别达到77.14%和74.47%,VFA质量浓度在反应结束时分别为300mg/L和336 mg/L.     

碱热水解改善杨树落叶厌氧消化性能的研究

选用杨树落叶进行碱热水解后测定生物化学甲烷势(BMP),研究底物溶解、水解和产物厌氧消化性能的变化.结果表明,碱热处理显著加速杨树落叶溶解和水解,固相中半纤维素和蛋白质含量显著下降.170℃下,碱热水解后溶解性COD (SCOD)浓度为31.7g/L,乙酸浓度为1533mg/L.通过纤维素碱降解机理分析,提出乙酸生成途径.甲烷势试验表明,170℃下比生物气产量增量最大.高固体消化可以有效处理水解产物,运行表现更加稳定,有机负荷2.65g/(L×d)时甲烷转化率为25.3%.     

餐厨垃圾和秸秆混合连续高温甲烷发酵研究

以餐厨垃圾和玉米秸秆(按TS1:1混合)为原料,开展了200d的连续高温发酵和40d批次产甲烷潜能与动力学实验,进料TS浓度8%,以水力停留时间15,10,8,5d的梯度变化逐级增加容积负荷.连续实验发现,在水利停留时间为5d时达到了系统酸化的极限负荷16gVS/(L·d),通过及时停止进料和投碱控制pH值,一周内有机酸浓度由4.73g/L降低到1.02g/L.当OLR为10gVS/(L·d)时,TS去除率和甲烷转化率分别为55.6%和64.5%.批次实验发现,餐厨垃圾、秸秆和混合原料的产甲烷潜能分别为448,221,268mLCH_4/gVS,最大产甲烷速率常数(K)为63,45,41mLCH_4/(g VS·d).通过连续和批次实验分别获得了混合原料高温甲烷发酵的工艺参数和动力学特征,为餐厨垃圾和秸秆能源化利用提供了一个有效途径.     

ABR处理淀粉废水的研究

探讨了厌氧折流板反应器（ABR）的运行机理,并研究了启动阶段在不同的水力条件和容积负荷下,对有机负荷为1.2-3.6 kgCODcr/（m^3·d）淀粉溶液的CODcr去除率,以及ABR工艺运行过程中的影响因素进行分析。研究结果表明,在启动阶段中低负荷反应条件下：①HRT12 h、CODcr600 mg/L、容积负荷1.2 kgCOD-cr/（m3·d）②HRT12 h、CODcr1 200 mg/L、容积负荷2.4 kgCODcr/（m3.d）;③HRT8 h、CODcr1 200 mg/L、容积负荷3.6 kgCODcr/（m3.d）,ABR反应器对CODcr均有较高的去除率。运行稳定后,ABR反应器的CODcr去除率在80%左右。     

游离氨对热水解联合中温厌氧消化处理剩余污泥的影响

热水解预处理强化了污泥厌氧消化过程,但同时增加了微生物受游离氨抑制的风险.对比传统工艺,在有机容积负荷率1.74~4.27gVS/(L·d)条件下,研究了游离氨(FA)对热水解联合中温厌氧消化工艺性能的影响.结果表明,组合工艺甲烷产量较传统反应器提高89%~121%,有机去除率提高1.21~1.46倍.但同时导致系统中游离氨浓度达89~382mgN/L,显著高于传统工艺中37~84mgN/L的范围.游离氨毒性测试显示,传统工艺中FA浓度从43mgN/L升至84mgN/L,没有抑制解乙酸产甲烷途径,而组合工艺中FA升至264mgN/L时,表现出抑制作用,尽管厌氧菌对高浓度FA表现更强的驯化趋势.结合氮负荷试验, FA浓度与基质利用能力,解乙酸产甲烷途径抑制程度和挥发性有机酸积累的关系表明,高有机负荷条件下组合工艺效率可通过控制氮负荷优化.     

蔬菜废物厌氧消化的适宜性及产气性能分析

中温35℃条件下,对蔬菜废物进行单相半连续式厌氧消化试验。通过测定产气率、甲烷含量及出料消化液的pH、ORP、碱度、VFA,研究不同有机负荷率(OLR=1.0,1.5,1.75gVS/L.d)下的蔬菜废物厌氧消化性能。研究表明,随着负荷率的增加,产气率分别提高了8.2%和1.7%,甲烷含量为51%~55%,pH稳定在7.1~7.3,碱度在5300~6200mg CaCO3之间,发酵类型为乙醇型发酵。     

CLR反应器处理垃圾焚烧发电厂渗滤液的实验研究

CLR反应器是在IC反应器的基础上优化的厌氧反应装置,详细介绍了改进的工艺和实验方案,对垃圾焚烧发电厂产生的渗滤液,采用CLR厌氧反应器进行实验研究,结果表明：在中温的环境下,CLR厌氧进水COD从4 200 mg/L逐渐提高到42 000 mg/L的情况下,并稳定进水COD浓度42 000 mg/L左右时,出水COD在8 400 mg/L左右,COD去除率为80％以上.CLR反应器处理实际渗滤液的负荷能够达到42 kgCOD/（m3·d）,产气效率为0.4L沼气/gCOD,从处理效果的分析为生产规模工程设计提供参考.     

高含固率对高氮污泥厌氧消化产气的影响

在接种量20%和35℃条件下,采用2.5 L单相厌氧消化反应器对含固率(TS)为7%、10%、13%的三组高氮污泥进行厌氧消化实验,分析污泥在消化过程中各项指标的变化和产气情况。结果表明,15 d时系统顺利启动,污泥没有产生酸抑制现象,三组实验的单位挥发性固体(VS)产气量达到991 ml/g、1 354 ml/g和441 ml/g。TS 10%组运行较其他两组稳定。     

汽爆预处理对互花米草厌氧发酵产气特性的影响

针对互花米草厌氧发酵过程存在的结构抑制问题,采用高速汽爆设备,在1.5,2.0,3.0MPa条件下分别对其进行蒸汽爆破预处理试验,并采用揉搓处理作为对照.厌氧发酵试验结果表明,随汽爆压力的增加,累积产气率呈下降趋势,1.5,2.0,3.0MPa处理原料的单位挥发性固体(VS)累积产气量分别为293.6,176.1,145.4mL/g,对照为238.7mL/g.经2.0,3.0MPa处理的原料在发酵过程中存在酸积累现象,挥发性有机酸(VFA)中乙酸最高达10599.42mg/L,丙酸浓度高于1000mg/L,这是导致这2组原料累积产气量低于对照的主要原因.     

Effects of mixture ratio on anaerobic co-digestion with fruit and vegetable waste and food waste of China

The biochemical methane potentials for typical fruit and vegetable waste (FVW) and food waste (FW) from a northern China city were investigated, which were 0.30, 0.56 m3 CH4/kgVS (volatile solids) with biodegradabilities of 59.3% and 83.6%, respectively. Individual anaerobic digestion testes of FVW and FW were conducted at the organic loading rate (OLR) of 3 kg VS/(m3 day) using a lab-scale continuous stirred-tank reactor at 35°C. FVW could be digested stably with the biogas production rate of 2.17 m3/(m3 day) and methane production yield of 0.42 m3 CH4/kg VS. However, anaerobic digestion process for FW was failed due to acids accumulation. The effects of FVW: FW ratio on co-digestion stability and performance were further investigated at the same OLR. At FVW and FW mixing ratios of 2:1 and 1:1, the performance and operation of the digester were maintained stable, with no accumulation of volatile fatty acids (VFA) and ammonia. Changing the feed to a higher FW content in a ratio of FVW to FW 1:2, resulted in an increase in VFAs concentration to 1100–1200 mg/L, and the methanogenesis was slightly inhibited. At the optimum mixture ratio 1:1 for co-digestion of FVW with FW, the methane production yield was 0.49 m3 CH4/kg VS, and the volatile solids and soluble chemical oxygen demand (sCOD) removal efficiencies were 74.9% and 96.1%, respectively.     

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.      

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.     

水葫芦加动物排泄物两相厌氧生物处置工艺

水葫芦加动物排泄物两相厌氧生物处置,每1 kg鲜水葫芦乎均产气量为330 L,为水葫芦直接两相厌氧处理的3.4倍左右。气体中甲烷含量为74%左右,系统出水COD在150～235mg/L之间,SS在40mg/L左右。在系统稳定运行过程中,产酸相处于乙酸化状态。该工艺启动期短,有效地克服了现有沼气发酵池运行过程中所存的浮泥、污泥结块等现象,提高了有机物的厌氧产气率和工艺运行的稳定性,具有较大的实用价值。      

活性污泥及其与秸秆共基质的厌氧消化特性

为分析秸秆对污泥厌氧消化特性的影响,在中温[（35±1）℃]条件下,研究了活性污泥单基质及其与秸秆共基质在SRT（固体停留时间）分别为10和15 d,以及C/N（质量比）分别为5.5:1、10.0:1的情况下,厌氧消化产沼气量及其组分、ρ（NH₄+-N）、ρ（TP）、ρ（COD_Cr）及ρ（VFA）[以ρ（乙酸）计,其中VFA为挥发性短链脂肪酸]的变化特性.结果表明:活性污泥-秸秆共基质厌氧消化在SRT为10、15 d时,累积沼气产量为5 818.0、9 026.0 mL,比活性污泥单基质的沼气产量（4 930.0、7 760.0 mL）分别提高了15.3%、14.0%;共基质所产沼气中φ（CH₄）最高为69.3%,比活性污泥单基质高出15.4%.此外,在SRT为10和15 d时,活性污泥-秸秆共基质厌氧消化COD_Cr去除率分别为25.0%和28.0%,优于单基质的10.2%和13.1%;共基质平均ρ（NH₄+-N）分别为278.5和254.9 mg/L,单基质平均ρ（NH₄+-N）分别为215.6和213.5 mg/L;活性污泥-秸秆共基质平均ρ（TP）分别为168.6和175.9 mg/L,高于活性污泥单基质的129.2和152.2 mg/L.共基质有利于厌氧消化液中有机物的提高,从而增加ρ（VFA）、提高甲烷产量.研究显示,共基质可优化厌氧消化底物的C/N,促进厌氧消化反应,提高产气量.      

有机负荷对秸秆床反应器厌氧生物产沼气的影响

在实验室条件下,以打捆麦秸为固定相,以猪场废水为流动相,采用半连续进料方式,考察了不同猪场废水容积负荷对秸秆床反应器产沼气的影响.结果表明:发酵前25d,较高的猪场废水有机负荷对反应器产气有一定抑制,之后日产气量和容积产气量迅速增加,并明显高于低猪场废水有机负荷的处理,当猪场废水容积负荷为7.2kgCOD/(m3×d)时,厌氧反应器最大容积产气量达2.29m3/(m3×d),产气稳定后维持在1.52~1.76m3/(m3×d),较猪场废水容积负荷为2.4,1.44kgCOD/(m3×d)的处理分别提高了50%和130%以上,对产气中甲烷含量无明显影响;较高的猪场废水容积负荷不利于麦秸厌氧发酵产沼气,发酵后麦秸干物质损失率、纤维素和半纤维素分解率均与猪场废水容积负荷成反比,红外的结果与之一致.对发酵后麦秸水浸提液的DGGE检测表明,维持反应器高有机负荷、低发酵液HRT,促进了厌氧微生物在麦秸表面定植,微生物种群数量和丰富度均明显高于低有机负荷、高发酵液HRT的处理,反应器耐高有机负荷冲击的能力增强.采用秸秆床反应器处理农村常见的秸秆和畜禽养殖污水产沼气是可行的,且较高的废水有机负荷有利于提高反应器容积产气率.