重庆主城餐厨垃圾理化性质及产甲烷潜能分析

以重庆市主城区的餐厨垃圾为研究对象,调查分析其组成成分及粒径、含水率、挥发性固体(VS)含量等理化性质,并通过半连续式单相厌氧消化试验,进一步研究餐厨垃圾在中温条件下37±2℃的产甲烷性能.结果表明,重庆市主城区餐厨垃圾的主要成分为食物残渣、厨余废物等易消化物质,并具有含水率、含油率和VS含量较高等特性;半连续式厌氧消化试验所得实际产甲烷潜能为0.363—0.713 L CH4·g-1VS,占理论产甲烷潜能的45.77%—89.93%,稳定运行时VS去除率达到88.87%—93.85%.中温厌氧消化技术能有效地处理重庆市餐厨垃圾并同时从中高效地回收清洁能源沼气.     

碳基材料对餐厨垃圾厌氧消化效率和微生物群落的影响研究进展

餐厨垃圾厌氧消化是一种可回收再生能源的生物处理技术,目前运行中主要存在系统稳定性差和效率低等问题,添加碳基材料能够提高餐厨垃圾厌氧消化效率并对系统运行产生积极影响.从甲烷产生和微生物群落变化两方面,综述碳基材料(生物炭、活性炭、碳布等)作为添加剂对餐厨垃圾厌氧消化系统的影响.其主要影响机理为(1)厌氧消化系统稳定性;(2)种间直接电子传递(DIET);(3)微生物群落.已有研究表明,碳基材料可促进餐厨垃圾厌氧消化产甲烷效率,提升甲烷产量1.1%-1 685%,缩短产甲烷迟滞期27.5%-95.7%.此外,碳基材料添加会引起厌氧消化系统中细菌和古菌群落结构变化,碳基材料通过选择性地富集功能微生物,促进微生物间互营代谢,进而影响系统稳定性和产甲烷效率.提出未来在餐厨垃圾厌氧消化的研究中,应着重关注碳基材料在连续运行系统中的分离与回收方法,优化不同厌氧消化条件下碳基材料的添加策略,通过代谢组学分析探究碳基材料对厌氧消化体系中微生物的作用机制.(图2表2参92)     

水生植物压滤液厌氧发酵条件试验

以沉水植物伊乐藻(Elodeanuttalli)和微齿眼子菜(Potamogetonmaackianus)以及挺水植物喜旱莲子草(Al ternantheraphiloxeroides)的压滤液为发酵原料,在中温批量液态发酵条件下,研究厌氧污泥接种量和不同氮添加水平对产气能力的影响。结果表明:在发酵时间为10d,污泥接种量为200mL·L-1时,获得的产气量最大,为863.2mL,所产气体中甲烷含量为720～750mL·L-1,发酵液的CODCr最大去除率为90%。添加1g·kg-1尿素-氮可促进3种水生植物压滤液的发酵产气,使微齿眼子菜、伊乐藻和喜旱莲子草的压滤液发酵产气量分别提高2%,10%和30%,说明尿素-氮对喜旱莲子草压滤液发酵产气的促进最大。     

鸡粪等几种农业废弃物厌氧消化性能研究

以鸡粪、农村餐厨垃圾、奶酪乳清、玉米秸秆和牧草5种农业废弃物为底物,采用批式方式研究其厌氧消化产气潜力和动力学特性。结果表明,不同VS含量(w分别为2%、3%、4%和5%)条件下,各底物(以VS计)最大产甲烷潜力由高到低依次为奶酪乳清、农村餐厨垃圾、玉米秸秆、牧草和鸡粪,最大累积甲烷产量分别为1 270. 9(5%)、1 113. 6(5%)、646. 7(2%)、645. 0(2%)和364. 7 mL·g~(-1)(4%)。修正的Gompertz模型与各底物单独厌氧消化结果拟合度高(R2=0. 961～0. 990),其预测结果可用于评价鸡粪与其他底物厌氧共消化的可行性。基于修正的Gompertz模型预测结果,以鸡粪为主要发酵底物,通过与奶酪乳清、玉米秸秆和牧草进行多底物混合优化C/N,可有效降低鸡粪厌氧消化产甲烷延滞期并提高产甲烷潜力,甲烷产量可提高52. 2%～112. 9%。鸡粪与奶酪乳清混合比例为50∶50(C/N为28. 02)时,系统产甲烷潜力最高。     

牛粪和厨余垃圾联合厌氧消化试验

在37℃条件下对不同比例的牛粪和厨余垃圾进行为期50d的联合厌氧消化试验.结果表明:(1)牛粪与厨余垃圾质量比2/1和1/2联合厌氧消化的实际产气潜能为0.66和0.71L·g-1(以挥发性固体VS质量计),比加权计算值分别提高50%和29%;(2)4种比例物料的甲烷平均浓度约为50%～55%,其生物能范围为18.92～20.81MJ·m-3;(3)在联合厌氧消化过程中,牛粪和厨余垃圾质量比1/2物料的产气效率最高,反应前10d的产气量占总产气量的55.4%,前20d产气量占总产气量的92.2%;(4)纯牛粪、牛粪和厨余垃圾质量比2/1、牛粪和厨余垃圾质量比1/2及纯厨余垃圾4种比例物料厌氧消化的最终生物降解率分别为46.99%、53.31%、70.12%和66.25%.     

Fenton——聚硅铝铁处理生活垃圾压滤液研究

为了降低生活垃圾压滤液污染负荷,为后续生化处理的正常运行创造良好条件,针对垃圾压滤液污染特性,以CODCr去除率为指标,通过正交实验和单因素实验研究了Fenton—聚硅铝铁混凝法处理城市生活垃圾压滤液的最优反应条件和处理效果。结果表明:采用该工艺处理垃圾压滤液时,pH值对CODCr去除率影响最大,其次是PSAF,再次是H2O2和FeSO4,在最优反应条件下,浊度去除率达到95.3%,CODCr去除率达到86.7%,BOD5去除率达到81.6%,浊度、CODCr、BOD5分别下降到86NTU、4201 mg.L-1、855 mg.L-1。     

添加剂对污泥厌氧消化性能的影响

在间歇培养条件下,研究了还原型辅酶Ⅱ（NADPH）、乙酰辅酶A（Acetyl Co A）和对氨基苯甲酸（PABA）3种添加剂对污泥厌氧消化性能的影响.结果表明,3种微生物活性促进剂均能促进污泥厌氧消化产气.其中,NADPH的促进效果最为显著,消化第35 d,产甲烷量比对照组高15.90%.在污泥含固率为3%、未调初始pH（pH=6.7）和温度35℃的厌氧消化条件下,NADPH的最佳添加量为50 mg.L-1,消化第36 d,污泥累积产甲烷量127.13 mL.g-1VSS.在含固率3%、初始pH=8.5、温度55℃和NADPH添加量为50 mg.L-1的工艺条件下,污泥厌氧产气效果最佳,消化第30 d时累积产甲烷量达158.02 mL.g-1VSS.     

餐厨垃圾生物处理过程中VOCs的产生与控制研究进展

餐厨垃圾生物处理包括好氧堆肥、厌氧消化及卫生填埋等方式,在处理过程中产生的大量挥发性有机物(VOCs)造成二次污染,对环境和人体健康均造成危害.为促进对餐厨垃圾生物处理过程中VOCs的控制,对其产生机理、排放特征及控制方法方面进行综述.已有研究表明:餐厨垃圾生物处理过程产生VOCs可达100种以上.好氧堆肥、厌氧消化、卫生填埋可产生总VOC量分别为57.40-12 736.72 mg/kg、25.98-29.19 mg/m~3和106.20-1 103.70 mg/m~3,且VOCs组成成分复杂,种类与气体量受处理季节、处理时间、处理技术等因素影响较大.当前的VOCs控制技术包括吸附净化、生物净化、热力燃烧等.吸附净化装置简单、成本低但热稳定性差、吸附容量较小;热力燃烧适用于厌氧消化产生的小气体量VOCs,但存在着能耗高、局限性大等缺点.相较于其他控制方法,生物净化具有适用范围广、能耗低、二次污染小、去除效率高等优点,可作为餐厨垃圾生物处理过程中VOCs的主要控制方法.提出未来将餐厨垃圾生物处理过程VOCs产生的微生物机理研究,优化控制技术参数,提高总体去除效率作为重点研究与技术突破方向.(图2表2参76)     

压滤处理对水葫芦不同部位厌氧发酵的影响

为提高水葫芦的厌氧产气性能,将水葫芦整株、茎和根压滤,分别将压滤前后的水葫芦根、茎和整株以及压滤液接种进行中温批式厌氧消化实验,考察了发酵过程中产气量、pH值和挥发性脂肪酸的变化情况.结果表明,压滤处理明显提高了水葫芦各部位的厌氧产气能力,压滤后的水葫芦整株、根和茎的TS产气量分别为271.93、87.29和330.83 ml·g-1TS,较压滤前分别提高了75.33%、92.04%和72.95%;压滤处理对水葫芦各部位发酵过程中pH和挥发性脂肪酸含量的影响不大;水葫芦各部位压滤液的厌氧产气能力均较差,不适合进行厌氧发酵产气.因此,将水葫芦压滤后厌氧发酵是一种提高水葫芦厌氧生物转化率的可行的方法.     

温度对城市生活垃圾厌氧消化的影响

在TS的质量分数为15．5％的半干式条件下，通过对城市生活垃圾厌氧消化进行批量实验，研究了温度对厌氧消化过程的影响，探讨了不同消化温度对产气量、发酵启动时间以及温度从55℃突降到20℃时对厌氧反应器产气量的影响等办面的问题。实验结果表明，城市生活垃圾厌氧消化的较佳温度为55℃，消化时间短，产气率高，启动时间较快，沼气中的甲烷的平均体积分数为66.3％。     

Increasing the performance of anaerobic digestion: Pilot scale experimental study for thermal hydrolysis of mixed sludge

The performance of a pilot plant operation combining thermal hydrolysis (170°C, 30 min) and anaerobic digestion (AD) was studied, determining the main properties for samples of fresh mixed sludge, hydrolyzed sludge, and digested sludge, in order to quantify the thermal pretreatment performance (disintegration, solubilisation, and dewaterability) and its impact on the anaerobic digestion performance (biodegradability, volatile solids reduction, and digester rheology) and end product characteristics (dewaterability, sanitation, organic and nitrogen content). The disintegration achieved during the thermal treatment enhances the sludge centrifugation, allowing a 70% higher total solids concentration in the feed to anaerobic digestion. The digestion of this sludge generates 40% more biogas in half the time, due to the higher solids removal compared to a conventional digester. The waste generated can be dewatered by centrifugation to 7% dry solids without polymer addition, and is pathogen free.     

四环素类抗生素和铜复合污染对猪粪厌氧消化的影响

兽用抗生素和矿物元素添加剂可起到预防动物疾病、促进动物生长、提高饲料转化率等作用,因此被广泛应用于畜禽养殖业。本研究以猪粪中温厌氧消化为研究目标,采用全自动甲烷潜势测试系统,考察了一定浓度的四环素(TC:30 mg·kg~(-1)dry weight,DW)、土霉素(OTC:50 mg·kg~(-1)DW)和金霉素(CTC:15 mg·kg~(-1)DW)对厌氧累积产甲烷量和日产甲烷速率的影响。结果表明,TC、OTC和CTC对猪粪中温厌氧消化累积产甲烷量和日产甲烷速率均有促进作用(累积产甲烷总量提高比例分别为7.9%、0.4%和5.4%)。另外,采用超高效液相色谱-四极杆串联质谱对猪粪厌氧消化前后样品中四环素类抗生素及其代谢产物进行了分析。结果表明,液相中的四环素类抗生素在猪粪厌氧消化过程中得到了明显的去除,去除率达到90%~100%;而固相中只有金霉素和差向异构金霉素有明显的去除效果,去除率分别为41.69%和41.58%。采用Tessier连续提取法对猪粪厌氧消化前后样品中5种形态的铜包括可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化结合态、有机物结合态、残渣态进行了分析,结果表明,猪粪厌氧消化后,可交换态、碳酸盐结合态和铁锰结合态的铜浓度比厌氧消化前分别降低了1%~9%、0.1%~3%、12%~19%,而有机态和残渣态的铜浓度却在厌氧消化后分别增加了15%~35%、1%~2%。厌氧消化后,70%~80%的铜都是以有机铜的形态存在。铜逐渐从不稳定态转化为相对稳定的有机态和残渣态铜,因此,厌氧消化过程使铜从可生物利用态转变为不可生物利用态,趋于稳定化。     

添加蚓粪对玉米秸秆厌氧发酵产气特性的影响

以玉米秸秆为原料,总固体(TS)含量为50g.kg-1,采用中温35℃批式发酵,考察了添加蚓粪对玉米秸秆厌氧发酵产气的影响。结果表明:玉米秸秆单独发酵时,单位TS产气量为333.3mL.g-1,甲烷产量为202.0mL.g-1,并在反应初期出现酸化现象;蚓粪与玉米秸秆TS质量比为1:1进行发酵时,单位TS产气量为400.0mL.g-1,甲烷产量为269.6mL.g-1,相对于玉米秸秆单独厌氧发酵分别提高了20.0%和35.5%,且反应过程中未出现酸化现象。说明蚓粪适合作为玉米秸秆厌氧发酵产气的添加剂。     

污泥超声破解效应及厌氧消化性能研究

针对超声破解污泥的可行性进行了实验研究,重点考察了超声频率、比能耗、作用时间等因素对破解效应的影响,探讨了破解污泥的厌氧消化性能。结果表明,超声作用的施加可使污泥固体有效破解,污泥细胞内的活性有机物被释放至水相并形成溶解性有机物,表现为SCODCr的显著增加;采用低频、高比能耗及延长作用时间有利于获取高的SCODCr增加值;污泥在频率25kHz、比能耗2.0W/mL、作用时间30min条件下破解,其厌氧消化累计产气量可从破解前的268mL提高到473mL,相应TCODCr去除率、VS去除率分别从39.1%、33.5%提高至54.3%、61.7%。研究结果表明采用超声破解技术提高污泥的厌氧消化性是可行的。     

厌氧好氧一体化生物反应器处理发酵废水的研究

采用新型厌氧好氧一体化生物反应器对发酵废水进行了中试处理研究.试验结果表明,系统总有机负荷最高可达到8.88kg(COD)m-3d-1,系统去除率稳定在88.10%~96.88%,说明反应器处理效率高,抗冲击能力强.反应器结构合理,利于保持丰富、高活性的微生物,反应器厌氧区颗粒污泥TS高达83.9gL-1,VS/TS为56.9%~57.4%,比产甲烷活性为280~350mL(CH4)gvss-1d-1;好氧区固定化微生物TS高达64.03gL-1载体,VS/TS为94.02%~94.30%.反应器各功能区对废水的降解过程分析,说明反应器厌氧区和好氧区一体化结构合理,可将废水逐级降解,从而保证整个系统的处理效果.图8表4参11     

麦秸与奶牛场废水高固体混合厌氧发酵产甲烷研究

在实验室条件下,以麦秸和奶牛场废水为原料,设计麦秸与奶牛场废水质量比1∶4(T1)、1∶3(T2)和1∶2(T3)以及对照(麦秸与水质量比1∶4(T4))4个处理,研究发酵过程中日产气量、甲烷含量、发酵前后麦秸理化特性和结构的变化.结果表明,奶牛场废水与麦秸在中温、高固体条件下,厌氧发酵可以正常进行,且产气期延长2周以上,对甲烷含量的影响不大;厌氧发酵初始TS浓度对系统产气的影响较大,麦秸产气量随TS浓度的增加而降低,以T1的产气效果最好,麦秸TS产气量为0.41 L.g-1,较T4提高了17.14%,平均甲烷含量为48.78%;厌氧发酵后,麦秸半纤维素含量大幅降低,纤维素含量少许降低,降低幅度均为T1>T2>T4>T3,木质素含量稍有增加,各处理间无显著差异(P>0.05);FTIR和XRD的结果表明,厌氧发酵后,麦秸纤维素结晶区的相对含量增加,混合发酵可以促进厌氧微生物对麦秸纤维素结晶区的破坏.将麦秸与奶牛场废水(质量比)1∶4混合发酵产沼气是可行的,且促进了厌氧微生物对麦秸有机物的分解破坏,提高了麦秸产气量.     

猪场废水厌氧消化过程中的除磷效果

采用序批式半连续厌氧消化试验方法,研究猪场废水厌氧消化过程中磷的去除情况。结果表明,水力停留时间（HRT）为1、3、6和9 d的厌氧反应器平均除磷率分别为65.0%、81.1%、82.7%和83.0%,而COD平均去除率分别为54.5%、82.3%、87.0%和85.9%。厌氧反应器除磷能力随沼气产量的增加而增加,说明厌氧反应器中磷的去除与产甲烷过程密切相关。对厌氧消化前后的污泥进行浸提后发现,厌氧消化过程中,化学反应生成磷酸盐沉淀的除磷作用十分显著,污泥中正磷酸盐,与铁结合的磷化合物（Fe-RP）,还原可溶性磷,与钙、镁离子结合的磷化合物（Ca-RP、Mg-RP）以及无机或有机聚合磷增加量分别为0.027 8～0.101 5、0.013 5～0.081 0、0.2165～0.430 5、23.4～54.8和7.2～21.5 mg.g-1;且总体而言,HRT越长,污泥中与不同金属结合的磷增加量就越大。从HRT、磷和有机物的去除效果以及沼气产气速率3个方面综合考虑,猪场废水厌氧消化反应器的HRT控制在3 d为宜。     

Treatment of spent wash in anaerobic mesophilic suspended growth reactor (AMSGR)

Approximately 400 KL of spent wash or vinasse per annum is generated at an average COD concentration of 100,000 mg/l, by over 250 distilleries in India. There is an urgent need to develop, assess and use ecofriendly methods for the disposal of this high strength wastewater. Therefore, an attempt was made to investigate a few aspects of anaerobic digestion of spent wash collected from a distillery. The study was carried out in a 4 L laboratory scale anaerobic mesophilic suspended growth reactor. After the successful startup, the organic loading was increased stepwise to assess the performance of the reactor. During the study period, biogas generated was recorded and the maximum gas generated was found to be 16.9 L at an Organic Loading Rate (OLR) of 38 g COD/L. A 500% increase in the Volatile Fatty Acid (VFA) concentration (2150 mg/L) was observed, when the OLR was increased from 38 to 39 g COD/L. During the souring phase the removal of COD, Total Solids (TS) and Volatile Solids (VS) were in the order of 52%, 40% and 46% respectively. The methane content in the biogas varied from 65% to 75%.     

Influencing mechanism of high solid concentration on anaerobic mono-digestion of sewage sludge without agitation

High-solids anaerobic digestion of sewage sludge was a promising process, but high solid concentration negatively influenced methane production. The influencing mechanism was systematically analyzed in this study through a series of static anaerobic digestion experiments at total solids (TS) contents of 3%–15%. The results showed that TS 6% was the boundary between low-solids and high-solids anaerobic digestion, and the accumulative methane yield decreased exponentially when TS increased from 6% to 15%. The performance of anaerobic digestion was directly determined by the efficiency of mass transfer, and the relation between methane yield and sludge diffusive coefficients was well described by a power function. Thus, the increasing TS resulted in an exponential increase in sludge viscosity but an exponential decrease in diffusive coefficient. The blocked mass transfer led to the accumulation of volatile fatty acids (VFAs) and free ammonia. Acetic metabolism was the main process, whereas butyric and propionic metabolisms occurred at the initial stage of high-solids anaerobic digestion. The concentration of VFAs reached the maximum at the initial stage, which were still lower than the threshold influencing methanogens. The concentration of free ammonia increased gradually, and the methanogenesis was inhibited when free ammonia nitrogen exceeded 50 mg·L⁻¹. Consequently, the deterioration of high-solids anaerobic digestion was related to the blocked mass transfer and the resulting ammonia accumulation.