高温厌氧消化污泥的培养试验研究

在试验室半连续装置中培养高温厌氧消化污泥,以中温厌氧污泥作为种泥,中温启动运行一段时间后,再逐步升温,经过100d运行可达到高温厌氧消化运行的良好状态。整个试验过程中无需人为调节碱度,pH值比较稳定。45℃以下,升温对厌氧消化系统的扰动比较小,之后继续升温至48℃,厌氧消化系统不稳定。认为45～48℃可能存在着中温和高温厌氧消化的临界温度,在这一温度下,中温细菌可能会大量死亡,但是不适合高温菌生长或对应着较低的生长速率。     

中温厌氧消化与高温厌氧消化对污泥重金属风险及稳定性的影响

通过分析中温厌氧消化+机械脱水以及热水解预处理+高温厌氧消化工艺过程中重金属含量与形态的变化,研究了中温厌氧消化与高温厌氧消化工艺对污泥重金属风险、形态及稳定性的影响.结果表明,中温厌氧消化工艺增加了污泥中Cd、Cr、Cu、Ni和Zn的含量,重金属污染等级和潜在生态风险增强.高温厌氧消化工艺降低了污泥Cd和Cr的含量,重金属污染等级和潜在生态风险降低.其中,N厂污泥主要致污染金属为Cd和Zn,S厂污泥主要致污染金属为Cd;Cd是6种重金属风险系数最高的,是污泥潜在生态危害的最大贡献者.中温厌氧消化后,污泥中Cd、Ni、Pb和Zn的可还原态和可氧化态所占质量分数之和降低;Cd、Cr、Cu和Ni的残渣态所占质量分数降低.可见,中温厌氧消化后,污泥重金属的潜在毒性和稳定态向直接毒性转化.高温厌氧消化后,污泥Cd、Cr、Cu、Pb和Zn的可交换态所占质量分数降低;Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的残渣态所占质量分数亦降低,可见,高温厌氧消化后,重金属的直接毒性和稳定态向潜在毒性转化.     

高温/中温两相厌氧消化反应中有机酸的变化

为了深入考察高温／中温两相厌氧消化的反应器系统用以处理混合基质时有机酸的变化特性,采用蒸馏－滴 测定挥发有机酸总量,并在系统达到相对稳定时用色质联机确定有机酸的组成及各自含量。研究结果表明,混合基质经高温消化后挥发有机酸含量有所增加,平均在３４６－５５２９ｍｌ／Ｌ,进一步经中国消化且系统达到稳定后其含量平均为４３－４３３ｍｇ／Ｌ,乙酸,丙酸,丁酸和戊酸是进料混合基质和高温消化后基质中主要有机酸种类     

有机垃圾单级高固体厌氧消化启动实验研究

在中温（35 ℃）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.在启动阶段,垃圾进料量随反应器内pH值及产气量的变化作适当调节.结果表明,在反应器进料有机垃圾的含固率（TS）达到24.79%,挥发性固体物质（VS）达到230.62 g/kg的情况下,系统的产气效率以进料VS计达到了705.77 L/kg.反应器启动30 d后,内部料液的pH值稳定在6.9～7.3之间.在稳定运行阶段,以进料VS计,高固体厌氧消化反应器的有机负荷率（OLR）达到6.98 kg/(m³·d),水力停留时间（HRT）为35 d,启动实验取得了较为理想的效果.     

高温和中温ASBR处理热水解污泥的对比

进行了高温、中温厌氧序批式反应器(ASBR)处理热水解污泥的对比试验研究.在HRT＝10d,总COD(TCOD)容积负荷为5.42 kg/(m³·d) 的条件下,高温、中温ASBR的TCOD去除率分别为56.20%、61.66%,污泥COD的产气率(CH₄)分别为199、219 mL/g.ASBR能有效积累污泥悬浮固体从而保持较高的固体停留时间(SRT),高温、中温ASBR的平均SRT分别为30、37d.同中温ASBR比较,高温ASBR的微生物形态单一、种类少和产甲烷活性较低,因此高温ASBR的处理效率和产气率较中温低.     

高温污泥厌氧消化器的启动

污泥厌氧消化是最常用的污泥减量化和稳定化技术,高温消化污泥稳定快,但我国缺乏启动和运行经验,故进行了高温厌氧消化器处理剩余活性污泥的中试启动试验.所采用的消化器为内循环消化器,它属于升流式反应器.依赖回流沼气控制反应器的水力状况.启动采用了分步适应的策略,促进厌氧细菌适应温度、反应器构型和处理对象的变化.主要措施有:启...     

猪粪及奶牛粪中温厌氧发酵对Cu和Zn的影响

以猪粪和奶牛粪为发酵原料,在中温〔(37±2)℃〕条件下采用完全混合式厌氧反应器进行了158 d的室内试验研究,分析厌氧发酵过程中Cu和Zn在沼液中质量浓度的变化及其在沼渣中的赋存形态. 结果表明:①猪粪沼液中ρ(TCu)和ρ(TZn)(TCu和TZn分别为总Cu和总Zn)随发酵时间的增加逐渐升高,而奶牛粪沼液中二者变幅不明显. ②整个发酵过程中,猪粪沼液中ρ(TCu)和ρ(TZn)的平均值极显著低于进料(P<0.001),降幅分别为80%和43%;而奶牛粪沼液中二者降幅分别仅为11%和13%. ③猪粪和奶牛粪沼液中ρ(溶解性Cu)占ρ(TCu)的53%和43%,与进料相比有小幅降低;而猪粪和奶牛粪沼液中ρ(溶解性Zn)占ρ(TZn)的35%和19%,极显著高于进料(P≤0.01),增幅分别为109%和37%. ④猪粪和奶牛粪沼渣中Cu主要以可氧化态存在,Zn主要以残渣态和酸溶态/可交换态存在. 中温厌氧发酵对猪粪和奶牛粪中溶解性Cu和Zn的削减效果有限,并且沼渣中残渣态Cu和Zn的减少可能增加二者的生物有效性,因此不利于农田的直接利用.      

梧州市生活垃圾高固体厌氧发酵产甲烷

以梧州市的生活垃圾为原料,针对其难降解部分含量相对较高的特点,进行高浓度中温[(35±2)℃]批式厌氧消化实验,主要研究TS的3个设置浓度对厌氧消化稳定性及性能的影响.结果表明,分别为20%、25%和30%的3种TS均能实现稳定的产甲烷过程,在整个过程中没有明显产生挥发性脂肪酸的抑制,pH能实现自稳态调控;TS为20%、25%和30%的厌氧消化的累积产甲烷量为93.06、105.92和117.23L/kgVS;较低的总固体浓度有助于缩短厌氧发酵周期,而较高浓度可提高产甲烷效率.     

初始pH值和物料配比对高温混料厌氧发酵进程的影响

为了研究高温条件下初始p H对厌氧发酵进程的影响,以猪粪、玉米秸秆为发酵原料,设置3种比例(干物质质量比30∶70、50∶50、70∶30)下6个水平(6.0、6.5、7.0、7.5、8.0的初始p H值以及一个不调控初始p H的处理作为对照)进行批次发酵试验.结果表明,初始p H值和物料配比都会显著影响厌氧发酵过程的启动时间和甲烷产量.当初始p H值为7.0时,VS降解率趋于稳定.COD去除率随着粪便含量的增加而逐渐降低.高温猪粪玉米秸秆混合发酵最佳挥发性脂肪酸(VFA)/碱度比值范围为0.05~0.3;猪粪可以作为一种缓冲材料,适量添加可增大消化系统的缓冲能力.通过建模优化,预测出当初始p H值为6.95、猪粪/玉米秆为70∶30时,可得到每克挥发性固体最大理论单位甲烷产量169.22 m L·g-1.     

城市污泥中温厌氧消化中挥发性脂肪酸(VFA)对肠道病原菌的杀灭机理

为探讨污泥中温厌氧消化（MAD）过程中挥发性脂肪酸（VFA）对肠道病原菌的杀灭机理,在连续流污泥MAD反应器中,研究了两种pH条件下VFA对埃希氏大肠杆菌（E.coli）、沙门氏菌（Salmonella spp.）和志贺氏菌（Shigella spp.）杀灭的影响.结果发现,中性条件下（pH≈7）,污泥中大肠杆菌和沙门氏菌数量经厌氧消化处理后明显下降,均下降了2个数量级,但VFA浓度为1000～6000mg·L-1时大肠杆菌和沙门氏菌的杀灭效果差别不明显.在pH酸性条件下（pH≈5）,高浓度VFA反应器中污泥的大肠杆菌、沙门氏菌和志贺氏菌数量分别下降了3、6和2个数量级,达到污泥A级标准.对于纯培养的大肠杆菌和沙门氏菌,在VFA浓度8000mg·L-1、pH=5条件下培养6d后病原菌浓度低于检测限.结果表明,VFA对污泥厌氧消化中病原菌的杀灭效应与未解离状态的VFA浓度密切相关,高浓度VFA、低pH时,未解离态VFA浓度增加,从而提高病原菌杀灭效率.     

碱浸泡预处理对固体有机物厌氧消化的影响研究

为提高稻草的产气量并确定最理想的NaOH用量,采用不同浓度的NaOH溶液对稻草进行了浸泡预处理,并在完全混合厌氧消化工艺条件下,分析消化过程的pH值、VFA、COD和产气量等随时间的变化情况.结果表明,在经过NaOH溶液的浸泡处理以后,稻草厌氧消化的气体产量提高了38%～119%,其中甲烷含量从46%提高到59%,VS的去除率从38%提高到51%.实验证明,NaOH溶液对稻草的厌氧消化能力具有显著的促进作用,但Na 的存在也对消化造成了一定的阻抑作用.综合考虑实验结果后认为,浓度为6%的NaOH溶液的处理效果最为理想.     

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.     

有机固废厌氧消化设备的设计及其保温效能验证

设计的有机固废厌氧消化设备主要特点有:1)在线式、全过程监测T、pH及ORP;2)发酵罐采用导热油作为热媒,具有良好的加热性能;3)发酵罐具有良好的保温效能,冬季中温发酵每天减补热量可达70%;4)自动加热、自动控温;5)具有过压及过温保护装置;6)开发的自动数据采集系统,界面友好,适用性强。     

城市生活有机垃圾各组分的厌氧消化产甲烷能力

通过生化产甲烷能力(BMP)测定实验确定了葡萄糖、大米、蔬菜、纸张、动物油、植物油和瘦肉等7种城市生活有机垃圾(BOFMSW)组分的生化产甲烷能力,并研究了抑制动物油、植物油和瘦肉厌氧消化过程的影响因素.实验结果表明,葡萄糖、大米、蔬菜和纸张在发酵过程中没有消化抑制发生,4种原料的生化产甲烷能力分别为241、210、147和244mL·g-1,相应地占理论产甲烷能力的64.5%、56.3%、32.6%和67.9%.瘦肉的厌氧消化过程停止产气后,消化液的总挥发性脂肪酸(VFAs)浓度为15800mg·L-1,其中丙酸浓度为2509mg·L-1;消化液中氨氮浓度为13892mg.L-1;较高的VFAs和氨氮浓度共同作用形成消化过程的"抑制型稳态",抑制了产甲烷菌的产甲烷代谢,导致酸化率较高而生物气转化率却很低.猪油和花生油等脂类原料的厌氧消化,由于水解和酸化细菌受到长链脂肪酸(LCFAs)的抑制而影响了原料的降解和酸化,酸化率仅分别为11.5%和10.O%.     

易腐有机垃圾单级高固体厌氧消化实验研究

在中温(35～37℃)条件下,对连续式单级高固体厌氧消化反应器处理易腐有机垃圾进行了试验研究,连续试验时间达半年以上.结果表明,系统稳定运行时,在进料TS为24.79%、VS为23.06%的情况下,单位体积反应器产气效率最高达到3.69L/(L·d),易腐有机垃圾的产气能力(以VS计)为746.33 L/kg,有机负荷(以VS计)达到4.94 kg/(m3·d),水力停留时间47 d,此时期处理效果理想;试验启动之初易发生酸化,其抑制情况严重,出现0产气,经碱性溶液调节后情况得到较好解决;反应进行至80 d后产气速率降至最高速率的一半以下,推断是氨氮浓度超过2000mg/L而产生氨氮抑制,经过投加化学药剂和调节进料C/N抑制情况得到缓解.     

低温热解油厌氧消化产甲烷条件研究

对低温热解油的厌氧消化条件进行研究,包括新鲜接种污泥的驯化,热解油厌氧消化条件的影响因素和生物质热解参数对最终厌氧消化的影响.通过控制不同热解参数及厌氧发酵参数的方法对耦合过程进行研究.结果表明,新鲜接种污泥经过驯化可以显著提升其对热解油中抑制物的耐受性,进而大幅提升热解油厌氧消化的甲烷产量.中温的培养条件更适合浓度为4%的热解油厌氧消化甲烷化,而高温的培养条件更适合浓度为10%的高浓度热解油.此外,0.85mm生物质粒径、300℃热解温度在下游的消化阶段有更高的甲烷产量.     

氨氮浓度对鸡粪中高温甲烷发酵的影响

为探究氨氮浓度对鸡粪中高温甲烷发酵的影响，采用固定水力停留时间（HRT，20d），提高进料总固体浓度（TS，5%、7.5%和10%）的方式增加氨氮浓度，通过265d的长期甲烷发酵试验，比较了不同氨氮浓度条件下鸡粪中高温甲烷发酵效果和污泥的比产甲烷活性.结果显示，TS由5%增至10%，中高温反应器中氨氮浓度由2.1~2.5g/L增至6.1~6.5g/L，对应的比产甲烷活性分别降低了44%和100%，中温反应器中挥发性脂肪酸由0.4g/L增至7.6g/L，甲烷产率由253mL/gTS降至203mL/gTS；高温反应器中挥发性脂肪酸由0.4g/L增至26.1g/L，甲烷产率由181mL/gTS降至18mL/gTS.氨氮浓度对高温甲烷发酵系统的抑制作用更加明显.     

干法厌氧消化在有机垃圾处理中的应用

目前生活垃圾中含有大量可利用的有机垃圾,其在厌氧条件下可消化产生沼气,有机垃圾直接填埋会造成可再生能源的浪费.提出了干法厌氧消化工艺,干法压氧消化器越来越多用于可再生能源作物材料产出沼气上.同时分析了各种控制参数对于法消化运行的影响及干法消化适用的领域.     

Influence of temperature on performance of anaerobic digestion of municipal solid waste

The influence of temperature on the performance of anaerobic reactors for treating the organic fraction of municipal sohd waste （OFMSW） was studied. Batch digestion of OFMSW was carded out for 32 d at different temperature （25℃, 35℃, 45℃ and 55℃） conditions for total solid concentrations （TS） 17% with the ratio of total organic carbon to nitrogen （C/N） being, 25：1 respectively, while keeping other parameters constant such as inoculum, start-up pH, reactor volume （2 L） and so on. Temperature can influence the methanogenic bacteria activity, accordingly inhibiting the OFMSW biodegradation and stabilization efficiency. Anaerobic reactors excelled at TS reduction, total volatile solid reduction, chemical oxygen demand reduction, increasing cumulative biogas production, whose rate was at temperature （35℃ and 55℃） conditions. Methane concentration in the biogas was above 65% in four reactors. In addition, the fluctuation of temperatures resulted in the biogas production variation. The data obtained indicated that temperature had a significant influence on anaerobic process.     

磷酸酯酶活性对餐厨垃圾单相厌氧消化抑制的预警作用

为了研究磷酸酯酶活性对餐厨垃圾单相厌氧消化抑制的预警作用,考察了单相CSTR反应器在容积负荷2.0~8.5kgVS/(m3·d)条件下的酸性和碱性磷酸酯酶活性,并同步分析了挥发性脂肪酸(VFAs)、容积产气率、pH值的变化.结果表明,酸性和碱性磷酸酯酶活性在容积负荷为2.0~4.0kgVS/(m3·d)时,平均值为14.1,9.8μgNP/(h·mL);容积负荷为5.0~7.5kgVS/(m3·d)时,其平均值为138.4,23.6μgNP/(h·mL);容积负荷为8.5kgVS/(m3·d)的超负荷阶段达到峰值318.1,51.5μgNP/(h·mL)后快速下降.磷酸酯酶活性骤升的时间较VFAs、容积产气率骤降超前2d、较pH值的骤降提前1d.磷酸酯酶活性较常规指标VFAs、容积产气率和pH值等对单相厌氧消化抑制具有一定的预警作用.