餐厨垃圾高温厌氧消化产沼气的试验研究

探究了温度、含固率、pH及接种率对餐厨垃圾厌氧消化产沼量的影响,并设计L9(34)正交试验进行厌氧发酵工艺优化研究。结果表明,在温度为55℃、含固率为8%(质量分数)、pH为7.00、接种率为90%(质量分数)时,厌氧发酵累积产沼量为809.0mL/g(以挥发性固体计);各影响因素对产沼量的影响大小为温度pH接种率含固率。     

城市餐厨垃圾前处理的工艺优化

为提高餐厨垃圾资源化,利用自动化分选设备组合处理餐厨垃圾,考察餐厨垃圾快速减量化和资源化的可行性,对自动化分选前后餐厨垃圾成分进行分析,发现分选前其总量为243.05 t·d~(-1),TS为12.69%,VS为93.26%,分选后总量为242.00 t·d~(-1),TS为10.97%,VS为91.93%,其有机物含量稳定,利于厌氧发酵处理的工艺控制;对分选后餐厨垃圾进行厌氧发酵处理,考察其pH和NH_4~+-N变化,发现反应初期pH值出现弱酸性,NH_4~+-N浓度较低;随着反应进行,pH稳定在7.6~7.8,NH_4~+-N浓度约为1 200 mg·L~(-1)左右。最后对厌氧发酵产气量进行考察发现,反应前期受到pH、NH_4~+-N以及温度等反应条件影响,产气量和甲烷含量较低;随着实验趋于稳定,产气量为22 000 m3·d~(-1)左右,甲烷含量范围在65%~72%。结果表明,使用新型餐厨垃圾预处理设备,其分选效率较高,能提高后续厌氧发酵产气量和甲烷含量,较大程度实现餐厨垃圾资源化。     

接种比对餐厨垃圾干式厌氧发酵启动的影响

针对不同接种比对餐厨垃圾干式厌氧发酵启动的影响,对比分析了VS接种比分别为0.36和0.90两种情况下,餐厨垃圾干式厌氧发酵启动过程中pH、NH4-N、COD、VFA、甲烷含量等指标的变化。实验结果表明,启动初期2组样品pH分别快速降至4.74和5.68,均呈酸化状态,经碱液调整后,接种比为0.36的处理仍无法正常产气,接种比为0.90的处理,pH逐步提高,系统正常运行,经72 d的发酵实验,COD去除率达90.29%,甲烷含量高于60%的沼气产量达255.4 L,分析可见,VS接种比是干式厌氧发酵处理的重要参数;此外,与传统湿式厌氧发酵处理相比,餐厨垃圾干式厌氧发酵在较高的VFA和氨氮浓度下,仍能正常运行,采用干式厌氧发酵技术处理餐厨垃圾是可行的。     

初始pH和温度对餐厨垃圾厌氧发酵制氢的影响

以餐厨垃圾为发酵底物,研究不同初始p H和发酵温度对餐厨垃圾厌氧发酵制氢潜力、中间代谢产物和发酵途径的影响。结果表明,初始p H和发酵温度对餐厨垃圾厌氧发酵产氢性能及代谢途径具有显著影响,高温发酵的产氢效率优于中温发酵。55℃高温、初始p H为6时厌氧发酵产氢性能最佳,累积产气量、最大氢气含量最大,分别达到620 m L和52.45%,挥发性脂肪酸中丁酸浓度最高为6 182.96 mg·L~(-1),发酵类型以丁酸型发酵途径为主。通过初始p H和发酵温度的优化控制可以有效提高产氢微生物的底物利用效率和产氢潜能,改变厌氧发酵途径,保证厌氧发酵制氢系统高效稳定运行。     

热处理时间对餐厨垃圾高温干式厌氧发酵的影响

餐厨垃圾中有机物大部分以大分子的形式存在,对其进行热处理,破坏大分子有机物的存在形式,将会影响其干式厌氧发酵的过程。实验对餐厨垃圾进行了热处理(100℃),处理后将其在含固率(TS)20%、接种率25%的条件下进行高温55℃厌氧发酵。实验结果表明,热处理后,餐厨垃圾的理化性质发生显著变化,累计产气量、TS和VS的去除率均增大。当热处理时间为15 min时,餐厨垃圾的SCOD值最高,为59.49 g/L,比未处理时提高了3.3倍。同样该条件下,累计产气量也最高,为2 782.8 m L,与未处理相比累积产气量提高58.30%,第二产气高峰比未处理提前3天。各发酵瓶发酵前后TS、VS去除率的变化趋势与累计产气量的变化基本一致,累计产气量越大,TS、VS的去除率越大。     

不同调理剂对微生物降解餐厨垃圾的影响

为了探索不同调理剂对微生物降解餐厨垃圾效果的影响,本实验选取了木屑(桦木)、米糠、泥炭、花生壳、稻壳等材料分别作为主要调理剂,以餐厨垃圾的重量减量率作为评价降解效果指标,测定实验过程中的温度、含水率、pH值、微生物生物量及重量的变化。实验结果表明,影响餐厨垃圾降解效果主要因素有温度和含水率;以木屑和米糠为主要调理剂的保温性能最优,其余材料热量散失较快;以50%木屑处理的调理剂含水率适宜,能达到最适含水率要求(50%);同时,以50%木屑(桦木)为主要调理剂处理的减量率最高。     

脂肪酶强化餐厨垃圾厌氧产甲烷及其影响因素研究

油脂降解缓慢是影响餐厨垃圾厌氧发酵的重要原因。应用脂肪酶强化餐厨垃圾厌氧产甲烷,探究了脂肪酶投加量、温度和pH对产甲烷的影响。结果表明,脂肪酶能够促进餐厨垃圾厌氧发酵的水解和酸化,为产甲烷菌提供物质基质,还能提高脱氢酶的活性。脂肪酶最佳投加量为0.4g/L,最适温度为35℃,最适pH为7.0。     

烷基多苷对餐厨垃圾干式厌氧发酵的影响

近年来,餐厨垃圾厌氧发酵生产挥发性脂肪酸(VFA)得到广泛的研究,水解反应是餐厨垃圾厌氧发酵的限速步骤。利用生物表面活性剂——烷基多苷(APG)强化餐厨垃圾厌氧发酵生产VFA,考察了APG投加量对餐厨垃圾干式厌氧发酵的影响,分析了APG对餐厨垃圾厌氧发酵的强化机制。结果表明,APG的最佳投加量为0.5g/L,在此投加量下VFA的最大累积量为18.5g/L,VFA的转化率为38%;APG能够强化餐厨垃圾的水解反应,使溶解性蛋白质和溶解性多糖含量明显增加,为后续产酸细菌提供了更多的发酵基质。APG自身分解对VFA有一定贡献,但贡献量远远小于餐厨垃圾的产生量。     

餐厨垃圾与活性污泥混合厌氧发酵研究

为实现固体废弃物的能源化利用,对餐厨垃圾与污水处理厂活性污泥进行混合厌氧发酵,通过单因素实验考察了餐厨垃圾与活性污泥的物料配比、TS质量分数、接种量及温度等因素对产气性能的影响,在此基础上利用正交实验探索多因素共同作用对混合厌氧发酵产气特性及产甲烷量的影响。结果表明,多因素对累积产甲烷量的影响顺序为接种量TS质量分数温度物料配比,混合厌氧发酵的最佳条件为物料配比4∶6(质量比)、TS质量分数6%、接种量55%(质量分数)、温度40℃。三次函数可以用于模拟最佳条件下混合厌氧发酵过程中日产甲烷量与发酵时间的关系,模型拟合效果较好(P0.001),达到极显著水平,R~2为0.832,拟合结果可靠性高。     

不同来源污泥接种餐厨垃圾厌氧发酵产氢效果研究

在相同接种配比(接种污泥占餐厨垃圾的质量分数为30%)条件下,研究了4种不同来源污泥(压滤污泥、厌氧污泥、曝气污泥和河底淤泥)添加或不添加缓冲剂时对餐厨垃圾厌氧发酵产氢效果的影响.结果发现,在不添加缓冲剂时.4种污泥接种餐厨垃圾厌氧发酵平均产氢量依次为厌氧污泥>河底淤泥>压滤污泥>曝气污泥,接种厌氧污泥的餐厨垃圾平均产氢量最高,达10.11mL(以每克挥发性固体(VS)计,下同);而添加缓冲剂时.4种污泥接种餐厨垃圾厌氧发酵平均产氢量依次为厌氧污泥>曝气污泥>压滤污泥>河底淤泥,接种厌氧污泥的餐厨垃圾平均产氢量也最高,为33.72 mL,且体系pH得以缓冲.     

微生物絮凝剂的制备及其对城市污水厂污泥的脱水

研究利用甘蔗渣作为廉价原材料制备微生物絮凝剂并探讨其对城市污泥的脱水性能。按0.5%最佳接种量接种,并利用发酵罐进行批式发酵培养,培养60 h后的发酵液具有最佳絮凝效果,投加量为5.0 mg/L时较优,污泥脱水率从75.60%提高到84.2%,污泥含水率从95.82%降至76.21%。此时絮凝剂粗产量为1.16 g/L。培养108 h后,发酵液仍具有显著的絮凝效果,能使污泥含水率维持在76.81%左右。补料发酵实验表明,恒pH培养会抑制微生物分泌絮凝剂,最佳絮凝效果为72 h的发酵液,投加量5.0 mg/L,污泥含水率降至76.47%。通过补料以及不控制pH后,发酵液絮凝效果迅速上升,投加不同量的发酵液使污泥的含水率保持在76.22%~75.60%之间。综合来说,补料在能减少原料浪费的同时也可以有效地提高絮凝剂的絮凝效果。     

添加NaOH对水生植物固体厌氧发酵产甲烷的作用

为了提高木质纤维素生物质的甲烷产率,固体厌氧发酵以及预处理技术得到了广泛应用。本研究以水生植物菹草为例,探讨了厌氧固体发酵同步碱处理提高甲烷产率的可行性。采用2种来源的微生物(厌氧污泥和牛粪),初始生物质浓度为20%TS(total solid,总固体重量),考察不同的NaOH添加量(基于反应体系总TS 0%、2.0%、3.5%和5.0%)对菹草厌氧发酵产气和固体水解效率的影响。结果表明,与对照实验组相比,初始NaOH加入量为3.5%时,接种污泥和牛粪的实验组中甲烷总产量分别为787.1 mL和1 165.4 mL,与对照实验组相比(619.1 mL和834.8 mL),分别提高了27.1%和39.6%,而且接种牛粪的实验组中单位挥发性固体(VS)产甲烷率最高,为186.5 mL/g。对发酵后的木质纤维素残渣组分进行分析,结果表明,NaOH有助于促进菹草中纤维素及半纤维素的分解,以及木质素结构的破坏,从而提高了菹草厌氧发酵产气产甲烷效率。     

电渗透脱水对污泥热干燥特性的影响

以污水厂机械脱水后的污泥作为研究对象,提出了采用电渗透-热干燥结合进行深度脱水的方法。通过对原泥以及电渗透脱水至不同含水率(67%、71%和76%)的污泥在热干燥过程中含水率和干燥速率的测定,分析电渗透脱水对污泥热干燥特性的改善规律。结果表明,经电渗透脱水至含水率为67%和71%的污泥在热干燥过程中的传热传质速率及干燥速率有明显提高,且干燥温度越高,电渗透后污泥的干燥速率与原泥的干燥速率差距越大。相同电压梯度及相同温度下电渗透至67%后进行热干燥耗能最少。实际应用中应结合能耗分析选择合适的电渗透程度及干燥温度,以达到最优效果。     

牛粪堆肥腐殖质的动态变化研究

牛粪堆肥实质是有机物质分解的同时形成腐殖质的过程。本研究通过向牛粪中接种发酵微生物进行堆肥,研究分析了总有机碳含量、总腐殖酸、游离腐殖酸和水溶性腐殖酸等的腐殖质物质含量的动态变化。研究结果表明：在牛粪发酵过程中,总有机碳含量呈明显降低趋势,发酵微生物处理下的下降幅度明显大于不接种发酵微生物的处理;总腐殖酸、游离腐殖酸和水溶性腐殖酸含量在发酵前期呈明显的降低趋势,但至发酵腐熟期又逐渐升高。发酵前期,外源微生物的处理,使其下降幅度明显大于不接种外源微生物的处理,但在发酵腐熟期变化不大。     

垃圾堆放发酵机理与应用工艺研究

对垃圾的发酵机理进行了实验研究,对渗沥液的析出量及其酸碱度、堆酵后垃圾热值的变化以及堆内温度的变化进行了观测,并对堆酵过程的机理进行了初步分析,给出了垃圾堆酵应用工艺的建议。     

汞、铅、铬污染土壤的微生物修复

利用裂褶菌(Schizophyllum commune)GGHN08-116菌株,以棉籽壳、玉米秸等为固体发酵底物修复受汞、铅、铬污染的土壤。通过菌丝穿透重度重金属土壤实验,研究了菌丝在穿透土壤过程对交换态重金属的影响以及该菌株子实体对重金属离子的富集能力,同时,通过盆栽实验研究了在重度重金属污染土壤上,施用不同比例的固体发酵料对污染土壤中汞、铅、铬及其胡萝卜根茎质量、产量的影响,研究结果表明,该菌株能穿透厚度为5 cm的土壤,并有子实体生成,土壤pH值略有下降,与对照差异不显著;与对照相比,土壤中交换态汞、铬含量均显著下降,而交换态铅差异不显著,子实体中除汞含量符合标准外,铅、铬均超出了GB 7096-2003,GB 2762-2005规定标准。在固体发酵料处理下土壤中交换态汞、铅、铬含量均显著下降,胡萝卜根茎中均未检测到汞、铅含量,铬含量也符合GB 2762-2005规定标准。GGHN08-116菌株及其固体发酵产物具有修复受重金属污染土壤的能力。     

嗜麦芽寡养单胞菌降解羽毛5L发酵罐工业小试过程研究

为了将微生物处理羽毛工艺产业化,在摇瓶发酵条件优化的基础上进行5L发酵罐工业小试研究,确定了放大发酵条件并根据发酵条件记录对发酵过程进行分析,推测代谢过程中的物质及能量变化及产物形成的动力学模型。在通气气压为0．08MPa,空气流量为2．5L／min及恒温40℃的条件下,产物得率比摇瓶发酵提高了2～3倍,发酵周期缩短了1d。为羽毛废弃物的利用提供了可靠的依据。     

三菌复合发酵提高厨余真蛋白含量的研究

为改善厨余发酵的品质,增加发酵后产品蛋白含量。采用三菌复合对厨余进行发酵,探讨了三菌复合的比例、接种量、发酵时间、初始pH值对发酵效果的影响,采用L9(34)正交实验对发酵条件进行优化,并对实验菌Lc和Ydy进行16S rRNA及18S rRNA分子鉴定。结果表明,最佳发酵条件为:菌剂配比(Lc∶Ydy∶S1)为3∶2∶1,接种量为0.15%,初始pH值为5.0,发酵时间为48 h。扩大实验结果表明,在最优发酵条件下,厨余经发酵后品质得到改善,真蛋白含量由发酵前的15.42%上升到发酵后的22.47%,增加率为45.80%;发酵后大肠菌群下降到30 cfu/g以下;乳酸菌及酵母菌数量分别为1.5×109 cfu/g和6.6×108 cfu/g。分子测序及鉴定结果表明,Lc为乳酸乳球菌,Ydy为热带假丝酵母菌。     

黄姜纤维素渣固态发酵生产蛋白饲料

利用酵母菌和黑曲霉对黄姜纤维素渣进行固态发酵生产蛋白饲料。研究了接种量、温度、固液比、发酵时间和通风量对发酵的影响。同时在单菌种发酵的基础上,对酵母菌和黑曲霉的混合发酵进行了初步探索,研究结果表明,混菌发酵的实验效果比单菌发酵的效果好。当条件为:黄姜纤维素渣25 g,加入脲0.53 g,KH2PO40.05 g,K2HPO40.05 g,Mg-SO40.05 g,NaCl 0.05 g,CaCl20.01 g,接种量为14%,温度30℃,固液比2∶1,发酵产物的蛋白质量分数可达到13.98%。     

不同氮源对常中温条件下麦秆厌氧发酵的影响

通过自行设计的厌氧发酵装置,研究不同氮源对常温（20℃）和中温（35℃）条件下麦秆厌氧发酵的影响。结果表明,在常温和中温条件下进行麦秆沼气厌氧发酵时,适量添加外部氮源可加快产气速率,增加产气量,缩短产气停滞时间,其中添加牛粪效果最好,分别在182 d和84 d时发酵完全,总累积产气3 486.80 mL和4 210.70 mL,干物质累积产气量为217.93 mL/g和263.17 mL/g,且在实验期间未出现产气停滞。添加尿素处理次之,分别在累积产气215.70 mL和238.00 mL时进入61 d和20 d的产气停滞期,在196 d和143 d时发酵完全,在实验结束时,累积产气2 784.20 mL和3 454.00 mL,干物质累积产气量为174.01 mL/g和215.88 mL/g。可见,在以秸秆为原料的沼气发酵过程中,可通过添加适量的外部氮源和提高发酵温度来提高沼气产量,而且在条件允许的情况下,应尽量添加畜禽粪便等有机氮源。