不同优化模型在餐厨垃圾厌氧消化中的应用与比较

采用正交试验设计,响应面设计以及基于BP神经网络的遗传算法模型,对餐厨垃圾厌氧消化产沼气的操作参数进行优化,并比较分析这3种模型的优化效果。结果表明,采用正交试验设计模型,当接种比、含固率、初始pH分别为3、8%和9时,沼气产量最大,实际产量为1 015 mL/gTS,并且这3个因素对产气量的影响顺序为接种比>初始pH>含固率;采用响应面设计模型,当接种比、含固率、初始pH分别为2.42、8.62%和8.49时,最大沼气产量为1 049.85 mL/gTS,实际产量为1 029.5 mL/gTS,接种比对产气量的影响极其显著;采用基于BP神经网络的遗传算法模型,当接种比、含固率、初始p H分别为2.66、8.06%和8.87时最大产气量的预测值和实测值分别为1 085.8 mL/gTS和1 067.25 mL/gTS,实测值分别比正交设计模型和响应面设计模型的实测值提高5.15%和3.67%,表明在餐厨垃圾厌氧消化产沼气参数优化实验中,采用基于BP神经网络的遗传算法具有更高的准确度。     

高温热水解对不同含固率低有机质污泥溶出规律影响

高温热水解是促进低有机质污泥厌氧水解过程的有效方法,探讨不同含固率下低有机质污泥高温热水解后物质溶出规律,可为实现其高效厌氧发酵提供基础理论依据。通过序批式实验和相关性分析研究了含固率、温度和时间对高温热水解污泥中物质溶出的影响。结果表明：污泥中物质溶出特性与温度、含固率的相关性均较高(P=0.272～0.757,0.249～0.774)。除含固率6%的污泥外,8%、10%及12%含固率污泥中可溶糖、可溶蛋白质、总挥发性脂肪酸(TVFA)、溶解性有机碳(SOC)浓度随处理温度提高而增大,而pH则相反。除含固率的8%污泥外,氨氮(NH⁺₄-N)和游离氨(FAN)浓度亦随含固率、热水解温度的提高而增大。当处理温度相同时,可溶糖、可溶蛋白质、TVFA、SOC、NH⁺₄-N、FAN浓度总体上随含固率的升高而升高,而含固率变化对pH无显著影响。同时,含固率6%～10%的污泥中可溶蛋白质的溶出率高于可溶糖,随着含固率的增加,可溶蛋白质溶出率增幅有所降低;含固率为6%和12%时,TVFA增加不明显;SOC与SCO...     

正交设计优化剩余污泥厌氧发酵产生VFA的条件

为了充分利用污泥厌氧发酵液中的挥发性脂肪酸(VFA),设计L9(33)正交试验,研究了pH、发酵温度、发酵天数3个因素对污泥厌氧发酵产生的VFA总量及其组分的影响。通过VFA总量、乙酸、丙酸含量的综合比较,得到调节初始pH是对污泥厌氧产酸过程影响最大的因素,其次为发酵天数,而发酵温度的影响最小。最优条件组合为调节初始pH为11,发酵温度为30℃,发酵时间3 d。在正交试验基础上进行了不同pH下的单因素试验,确定出使VFA产量及其组分优化的组合为初始pH为10,发酵温度为30℃,发酵时间3 d,VFA产量达到332.31 mg/L,其中乙酸占82%以上。     

厌氧发酵处理庆大霉素菌渣的可行性及条件优化

采用厌氧发酵处理庆大霉素菌渣,考察了含固率、接种比、接种污泥、发酵底物等因素对庆大霉素菌渣厌氧发酵的影响,并用累积净甲烷产量衡量庆大霉素菌渣进行厌氧发酵的可行性及发酵程度。试验结果证实了庆大霉素菌渣进行厌氧发酵的可行性,其中含固率和接种比对发酵的影响较大,最佳条件为含固率5%,接种比1/3;对比试验所用3种接种污泥,发现接种某造纸厂污水处理IC反应器的厌氧颗粒污泥效果最优,在最优含固率和接种比的条件下,累积净产甲烷量为28.21 m3/t;此外,试验还证实,采用不同菌渣的联合发酵表现出了明显的协同作用,在最优条件下,庆大霉素菌渣与林可霉素菌渣按1∶2的比例联合发酵的产甲烷量可达到37.5 m3/t。     

厌氧消化处理城市垃圾多因素研究

针对城市垃圾厌氧消化处理过程中反应复杂、影响因素多的特点 ,利用自行设计的厌氧发酵罐 ,采用正交试验的方法 ,以产气量为观察值 ,分析固含量 (TS)、消化温度和C/N比为对厌氧消化过程的影响 ,并分析了在不同固含量 (TS)下消化过程中pH值和挥发性脂肪酸 (VFA)的变化过程。结果表明 ,温度对厌氧消化过程影响最大 ,固含量 (TS)次之 ,C/N比影响最小 ,在相同条件下 ,高进料浓度(TS)产气量大 ,但同时反应过程中 pH值较低 ,挥发性脂肪酸 (VFA)浓度过高 ,容易抑制消化过程。     

秸秆与游离发酵液接触比例对产沼气特性的影响

在中温(37±1)℃条件下,以破碎麦秸为原料,采用批次进料和消化液每天回流方式(发酵固含率为10%),通过在反应器底部设置不同高度的多孔滤板使秸秆与游离发酵液接触比例分别为100%(T1)、50%(T2)和0%(T3),研究秸秆与游离发酵液接触比例对产沼气特性的影响.结果表明:从产气特征和发酵前后VS变化来看,各处理均无明显差异,表明减少秸秆与游离发酵液的接触比例,对秸秆产沼气效果无影响,即通过渗滤液每天回流方式,未浸没于游离发酵液中的秸秆可以达到与浸没秸秆相同的传质效果,此结果为秸秆厌氧发酵工程中提高秸秆有效发酵浓度提供了理论依据.此外,试验还发现,T3处理中消化液与秸秆接触比例随发酵进程呈逐渐降低趋势,并于发酵第6d基本稳定,表明发酵系统中实际的游离发酵液量逐渐减少,分析认为秸秆物料对消化液有吸收和截持作用,发酵第6d后已达秸秆物料吸持水饱和状态(秸秆物料含固率为16.42%).     

厌氧发酵产沼气过程中脱氢酶活性检测工艺及其优化

为了优化脱氢酶活性这一指标在厌氧发酵产沼气系统中的检测方法,分别以小麦秸秆、羊粪及其混合原料(质量比1∶1)为发酵底物,通过Box-Behnken试验及响应面分析法确定并优化了沼气发酵系统中碘硝基四唑紫法脱氢酶活性的检测工艺,并对脱氢酶活性与甲烷产量进行了相关性分析.结果表明,3种底物均以乙醇作为萃取剂,以甲醛作为终止剂时显色效果最好.分别以秸秆、粪便及其混合为发酵底物时,脱氢酶检测在pH值分别为6.5、7.2、7.7,反应温度均在37℃下,碘硝基四唑紫质量分数均为0.15%,反应时间均为50 min时比色效果最好.相关性分析显示,厌氧发酵产沼气系统中脱氢酶活性与甲烷产量相关性显著.     

城市有机生活垃圾厌氧发酵处理研究

在适当的pH值和搅拌条件下,研究了城市垃圾厌氧消化反应中的反应温度、总固体含量、碳氮比、碳磷比以及接种物量对有机生活垃圾厌氧发酵产沼气的影响。实验结果表明:有机生活垃圾厌氧消化产沼气的适宜条件是:反应温度50-55℃,总固体含量23%～28%,pH=6.8-7.4,C:N=(20～30):1,c:P=50:1,接种物含量为25%-30%,有机生活垃圾在厌氧消化反应器的停留时间为15～20d。     

含固率和接种比对菜籽饼中温厌氧消化特性的影响

为充分利用菜籽饼资源,采用全自动甲烷潜力测试系统,开展了不同含固率(2%、4%、6%、8%)和接种比(RIS=1.5、2.0、3.0)的中温批式菜籽饼厌氧发酵试验,分析了不同含固率和接种比对菜籽饼厌氧消化产甲烷特性的联合影响.结果表明:不同含固率和接种比均对发酵启动时间和累积甲烷产量产生影响,且接种比对厌氧消化产气特性的影响大于含固率.在试验研究参数范围内,接种比越大,发酵启动越快;接种比一定时,累积甲烷产量随含固率的增加呈先升高后降低的趋势;在高含固率条件下,累积甲烷产量随接种比的增加而增加.在接种比为3.0、含固率为6%时,获得最大累积甲烷产量,为507.31 mL/g (以VS计).动力学模型分析显示,各处理组均能较好地反映菜籽饼厌氧发酵的产甲烷规律;含固率一定时,接种比越大,产气滞留时间(λ)越短.同时,相比于其他发酵原料,菜籽饼作为厌氧消化原料的潜力较为明显.研究显示,不同含固率和接种比条件下菜籽饼的产甲烷性能差异较大,可为菜籽饼厌氧消化工艺的优化提供理论依据,从而提高菜籽饼资源的综合利用率.     

含固率和接种比对菜籽饼中温厌氧消化特性的影响

为充分利用菜籽饼资源,采用全自动甲烷潜力测试系统,开展了不同含固率(2%、4%、6%、8%)和接种比(RIS=1.5、2.0、3.0)的中温批式菜籽饼厌氧发酵试验,分析了不同含固率和接种比对菜籽饼厌氧消化产甲烷特性的联合影响.结果表明:不同含固率和接种比均对发酵启动时间和累积甲烷产量产生影响,且接种比对厌氧消化产气特性的影响大于含固率.在试验研究参数范围内,接种比越大,发酵启动越快;接种比一定时,累积甲烷产量随含固率的增加呈先升高后降低的趋势;在高含固率条件下,累积甲烷产量随接种比的增加而增加.在接种比为3.0、含固率为6%时,获得最大累积甲烷产量,为507.31 mL/g (以VS计).动力学模型分析显示,各处理组均能较好地反映菜籽饼厌氧发酵的产甲烷规律;含固率一定时,接种比越大,产气滞留时间(λ)越短.同时,相比于其他发酵原料,菜籽饼作为厌氧消化原料的潜力较为明显.研究显示,不同含固率和接种比条件下菜籽饼的产甲烷性能差异较大,可为菜籽饼厌氧消化工艺的优化提供理论依据,从而提高菜籽饼资源的综合利用率.     

含固率和有机负荷对厨余垃圾厌氧消化性能及沼渣特性的影响

为提高厨余垃圾厌氧消化性能和促进沼渣资源化利用,以底物降解效能和产甲烷量最大化为目标,分别考察不同进料总固体（TS）含量（含固率）(12%、15%、18%、25%、28%、33%)和有机负荷〔8.5、10.5、13.5 g/(L·d),以挥发性固体(VS)计〕条件下厨余垃圾的中温厌氧消化特性,并对最优进料参数下沼渣特性和资源利用潜力进行分析. 结果表明:进料TS含量是影响厨余垃圾厌氧消化效能的重要因素,调节进料TS含量至25%时可获得最大累计产甲烷量(16.81 L)和最高单位容积负荷累计产甲烷量(42.01 L/L),挥发性固体降解率达72.29%,系统运行稳定. 在进料TS含量为25%的条件下,系统累计产甲烷量随有机负荷的增加呈先升高后降低的趋势,有机负荷为10.5 g/(L·d)时,系统累计产甲烷量和挥发性固体降解率最高,分别为24.04 L和79.64%,未产生酸抑制现象. 厌氧消化过程中产生的副产物沼渣中有机质和总养分含量较高,电导率和重金属含量较低,pH适宜,满足《有机肥料》(NY 525—2021)和《绿化用有机基质》(GB/T 33891—2017)的要求. 研究显示:当进料TS含量为25%、有机负荷为10.5 g/(L·d)时,厌氧消化系统运行效能最优;沼渣营养成分较高、生物毒性较低,具有较大资源化利用潜力,后续经脱水处理并提高腐熟程度后可进行应用.      

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。     

城市有机垃圾间歇厌氧消化pH控制动力学研究

对厌氧消化系统的物料及电离平衡进行分析,利用底物降解和微生物生长动力学建立城市有机垃圾间歇厌氧消化pH值控制模型,并研制开发了间歇厌氧消化过程pH值与产气量最优化计算机软件.运用该模型可预测不同厌氧消化过程的最佳pH值,从而通过控制厌氧系统的pH值使系统产气量达到最大,通过2组对比实验验证模型的有效性.结果表明,在相同的实验条件下厌氧系统的pH控制在最佳值时系统产气较未对pH值控制时稳定,且总产气量平均提高20%左右.     

多因素共同作用对中温条件下污泥与餐厨垃圾联合厌氧发酵产H2的影响

污泥与餐厨垃圾联合厌氧发酵产H₂既可减少环境污染,又可制备清洁能源,是一种理想的有机固废处理处置技术。通过4因素5水平正交设计的批式实验及产氢动力学,探究餐厨垃圾C/N、混合体系C/N、含水率、初始pH值4个主要因素共同作用对中温条件下污泥餐厨垃圾联合厌氧发酵产H₂的影响。极差与方差分析结果表明：4个主要因素对联合厌氧发酵产H₂结果影响较明显,而餐厨垃圾C/N和混合体系C/N的交互作用对产H₂结果的影响不显著。不考虑交互作用,以比氢气产量为产H₂效能主要表征指标,最终确定餐厨垃圾C/N为20,联合发酵体系C/N为10,初始pH值为7,含水率为90%时,产H₂效能最佳,此时的累积产氢量为1499.6 mL,比氢气产量为140.96 mL H₂/g DS,最大产氢速率为21.73 mL H₂/h,最大H₂浓度为55.79%。     

病死猪厌氧发酵特性研究

为提高病死猪厌氧发酵甲烷转化率和挥发性固体降解率,实现病死猪的无害化处理向资源化利用方向转变,选择温度和接种比例2个关键因素进行厌氧发酵试验。温度选择35℃和55℃,接种比例按照接种物与底物的挥发性固体质量比分别确定为0∶10、1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、9∶1、10∶0,采用序批式发酵。研究发现,发酵试验至不同水平,试验都进入停止产气期,此时测定发酵液相代谢产物成分,以优化工艺参数。试验结果表明,病死猪厌氧发酵最佳工艺条件为接种物与底物的挥发性固体质量比为5∶5,温度为35℃,该最佳工艺条件下挥发性固体甲烷产率为271 m L/g,挥发性固体降解率为63.4%。     

零价铁在有机固废厌氧消化过程中的应用研究进展

厌氧消化是一种可实现有机固废资源化的生物处理技术,目前主要存在产酸、产甲烷效率低下等问题。研究表明:零价铁（Fe0）的添加可有效提升有机固废厌氧消化性能。从Fe0对有机固废产酸、产甲烷效率的影响,以及Fe0与其他添加剂联合运用的效果等方面,综述Fe0在有机固废厌氧消化过程中的应用。Fe0对有机固废厌氧消化性能影响的作用机制主要包括降低系统氧化还原电位,腐蚀析氢作用,影响微生物群落,影响关键酶活性。此外,以硫化物、抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes,ARGs）为例,阐述了Fe0对有机固废厌氧消化过程中污染物的去除作用。指出Fe0在有机固废厌氧消化应用过程中存在的问题及挑战,并对未来Fe0在有机固废厌氧消化过程中的深入研究问题做出了展望。     

电刺激条件下初始pH值对剩余污泥厌氧消化效果的影响

在厌氧消化反应器中施加0.6V电压刺激,考察初始pH值(3,5,7,9,11)对剩余污泥厌氧消化效果的影响.结果表明,当初始pH值为9、厌氧消化至32d时,污泥挥发性固体有机物去除率为38.1%,甲烷产率为224mLCH₄/g VS;同样的消化时间内,初始pH值为7的对照组,其挥发性固体有机物去除率为32.2%,甲烷产率仅为162mLCH₄/g VS.调节初始pH值可加速污泥水解酸化过程,其中pH值为11时,水解酸化效果最好,比其他pH值条件下产生更多的挥发性脂肪酸(VFAs).在产酸高峰期,初始pH值为3、11时,乙酸和丁酸是主要产物;初始pH值为5、7、9时,主要产物是乙酸和丙酸.调节初始pH值能加速氨氮的释放,且pH值为酸性(3,5)时的氨氮浓度高于碱性条件下(9,11)的浓度.     

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.     

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。     

我国工业危险废物的来源、处理及监管对策与建议

通过大量环境统计数据的分析,对我国工业危险废物的产生、综合利用、处置和贮存,从行业来源、区域分布进行了分析和总结。结合我国工业危险废物企业自建设施和政府集中处理设施处理情况,对我国工业危险废物的处理和环保监管对策提出了若干建议。