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.     

餐厨垃圾与污泥联合两步厌氧发酵产酸阶段条件优化试验

以污水处理厂活性污泥为接种物,以餐厨垃圾为发酵底物进行两步厌氧发酵产气试验,考察了产酸阶段初始pH值、温度及发酵物的预处理方法对两步发酵产气的影响.结果表明,产酸阶段的初始pH值以5.0最佳,气体的累计产气量最大,为13.69 mL·g-1TVS,产酸阶段的温度以65℃最佳,产气的累计产气量最大,为74.35 mL·g...     

低pH值下上流式厌氧污泥床反应器(UASB)以糖蜜为底物制取高纯度氢气

采用由有机玻璃制成的上流式厌氧污泥床反应器(UASB),以糖蜜废水为发酵底物,投加适量氯化铵和磷酸二氢钾,研究在低p H值下系统的产氢性能.在系统启动初期,投加碳酸氢钠控制进水p H=6.75—7.15,使系统处于中性厌氧发酵,固定进水COD为4000 mg·L~(-1),HRT=8 h.系统运行20 d后,系统处于混合型发酵类型,随后停止投加碳酸氢钠.系统经过45 d的运行,乙醇和乙酸浓度占总浓度的79.39%,而丙酸的浓度只占总浓度的10.89%,形成了稳定的典型乙醇型发酵.第65天,乙醇和乙酸的浓度分别为840.56 mg·L~(-1)、403.12 mg·L~(-1),乙醇与乙酸浓度占总浓度的93.2%,氢气含量为86.97%.在出水p H=2.81时,系统产氢性能最佳.氢气产率为2.079 mmol·L~(-1)·h~(-1),氢气产量1.12 m3·m-3·d~(-1),氢气含量91.46%,是稳定期氢气含量的1.65倍.     

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。     

秸秆的不同预处理方法对发酵产氢的影响

比较研究了化学预处理、生物预处理以及化学与生物结合预处理方法对秸秆发酵产氢的影响.结果表明,预处理可以将秸秆中相当一部分纤维素和半纤维素水解生成还原糖,其中1%H2SO4对秸秆的水解效果最好,50 g秸秆水解可产生16.05 g还原糖;经过NaOH和生物结合预处理后的秸秆发酵产氢效果最好,其产氢能力为21.04 mL g-1,是未经预处理秸秆的75倍;最高氢气浓度为57.3%,是未经预处理秸秆的96倍;其产氢的最适pH为4.5～6.0,最佳底物浓度为45～55 g L-1;其发酵过程中的挥发性脂肪酸(VFAs)以乙酸和丁酸为主.图4表4参15     

接种量对泔脚发酵产氢的影响

接种量对泔脚的发酵产氢会产生很大的影响。以经热预处理(80℃,15min)的城市生活垃圾厌氧消化污泥为接种物,以850W、4min的微波+pH9.0预处理的泔脚为发酵底物,考察了40%、50%、60%、70%、80%、90%的接种量对泔脚中温(36℃)批式发酵产氢的影响。结果表明:过低的接种量(40%、50%、60%)下,泔脚的发酵产氢能力较差;而较高的接种量(70%、80%、90%)尤其是80%、90%的高接种量对泔脚的发酵产氢更为有利。然而,接种量越大,反应器的利用效率越低。因此,80%的接种量为泔脚发酵产氢的最佳接种量,其产氢延迟时间λ、最大比产氢率、产氢率、生物气中氢气的最高体积含量分别为4.22h、22.77mL/(gVS·h)、194.04mL/gVS、44.2%。     

一株耐盐嗜热菌Aneurinibacillus thermoaerophilus H7的分离及其油脂降解特性

针对高盐、高油餐厨垃圾高温堆肥功能菌株缺乏的问题,以大豆油为唯一碳源,通过测定生物量、脂肪酶活性和油脂降解率,从餐厨垃圾堆积处的土壤样品中分离筛选出一株嗜热油脂降解菌H7.通过形态特征、生理生化特征和16SrDNA序列分析,对筛选的菌株进行鉴定,考察其耐盐能力、油脂降解和生长特性.结果表明,菌株H7为嗜热嗜气解硫胺素芽孢杆菌(Aneurinibacillus thermoaerophilus),最高耐盐浓度为30 g/L.菌株H7在油脂浓度为15 g/L的发酵培养基中发酵72 h,油脂降解率为60.11%,菌体浓度OD600为1.88,脂肪酶活性为11.65 U/mL.菌株H7可生长的温度为40-60℃,pH值为5-8,摇床转速为120-240 r/min,最适生长的温度为50℃,pH值为6,摇床转速为220 r/min.本研究获得了具有耐盐性和能降解高浓度油脂的嗜热菌株H7,可为高盐高油脂含量的餐厨垃圾堆肥提供微生物菌种资源.(图8表2参34)     

蝇蛆生物转化餐厨垃圾的效能评估

餐厨垃圾具有资源性和危害性.利用家蝇幼虫(蝇蛆)的食腐性以及生命周期短特性研究餐厨垃圾处理,探究最佳蝇蛆接种量,而后分析此接种量下处理前后堆体的理化指标,并对蝇蛆进行营养评价.结果表明,蝇蛆处理餐厨垃圾的最佳接种量约为13 300只/kg,此接种量下餐厨垃圾的减量可达55%,减量指标为13.8;处理后堆体的含水量、有机质、全氮、全磷、全钾总量分别下降71.1%、63.9%、75.4%、8.13%、5.3%,碳氮比和p H分别为31.2、8.43,均满足好氧堆肥所需的初始条件;蝇蛆生物转化餐厨垃圾的平均产率为26.4%,转化效率达79.7%;所得干蛆的蛋白质含量接近50%,综合营养价值高于国产鱼粉及豆饼;多烯脂肪酸含量(亚油酸、亚麻酸等)超过智利鱼粉,深加工潜力大.上述结果表明蝇蛆生物转化餐厨垃圾效能显著,具有较好发展前景.     

沼液全量连续回流对稻秸厌氧发酵特性的影响

秸秆厌氧发酵沼气工程中合理的沼液回流可减少沼液排放量,降低后续沼液处置利用成本。以稻秸为底物,采用完全混合搅拌反应器(CSTR)半连续发酵方式,研究沼液全量连续回流对稻秸厌氧发酵特性的影响,旨在为明确沼液全量回流对秸秆厌氧发酵的影响机制、改进沼液全量回流技术提供科学依据。结果表明:在100%沼液回流条件下连续回流50 d时系统运行稳定,总固体(TS)产气率、挥发性固体(VS)产气率及容积产气率分别稳定在245 m L·g-1、300 m L·g-1及0.74 L·L-1·d-1。但随着运行时间延长,回流天数达85 d时,虽然发酵液pH值和沼气中φ(CH4)无明显变化,但系统产气效率明显受到抑制。产气受抑制阶段与产气稳定阶段相比,TS产气率、VS产气率及容积产气率分别下降到186 m L·g-1、226 m L·g-1及0.56 L·L-1·d-1,下降幅度达24%。进一步分析表明,沼液中ρ(NH4+-N)下降到185 mg·L-1,下降幅度为71%;主要金属离子总质量浓度增加到4.13 g·L-1,增加幅度为342%。初步判断沼液全量连续回用会因氮含量严重下降和盐分积累致系统产气量下降,但真实原因还有待进一步研究。     

进水COD浓度变化对内循环厌氧反应器(IC)发酵制氢系统的影响

利用糖蜜废水为发酵底物,以内循环厌氧反应器(IC)作为反应装置,探讨进水COD浓度变化对厌氧产氢效能的影响.结果表明,在水力停留时间(HRT)为6.5 h,温度为(35±1)℃时,IC反应器进水COD浓度在2—10 g·L~(-1)范围内变化,系统产氢效能随着进水浓度提高而上升,并在进水COD浓度为6 g·L~(-1)时,达到最大产气量23 L·d~(-1)和产氢量10.9 L·d~(-1).但是当进水COD浓度上升到8—10 g·L~(-1)后,产气量和产氢量明显下降,说明活性污泥可能受到了高浓度底物的抑制.发酵气体中H2含量并未随着进水COD浓度的变化而产生非常明显的变化,说明本实验中的IC反应器是一个较为稳定的产氢系统.     

氯化钠对乳酸合成己酸效能及功能微生物群落的影响

探究己酸功能菌群对NaCl的耐受浓度,以及在不同NaCl浓度条件下的己酸合成效能,为评估餐厨垃圾转化为己酸的潜力提供参考.为探究己酸功能菌群对NaCl的耐受浓度,以及在不同NaCl浓度条件下的己酸合成效能,从而为评估餐厨垃圾转化为己酸的潜力提供参考.通过批式试验研究不同浓度的NaCl(0、2、6、10、20和30 g/L)对以梭菌属第四族(Clostridium Ⅳ)为核心的混合菌群发酵乳酸合成己酸的效能以及群落结构的影响.结果表明,随着NaCl浓度从2-10 g/L的升高,己酸合成效能呈下降趋势,而短链脂肪酸(乙酸、丙酸、丁酸和戊酸)的浓度呈上升趋势;当NaCl浓度达到20g/L时,己酸合成停止,丙酸、丁酸和戊酸成为主要产物;当NaCl浓度达到30g/L时,丙酸成为最主要的产物,细胞浓度和总ATP浓度显著下降.对己酸发酵菌群的多样性分析结果表明,当NaCl浓度提高至10 g/L时,在系统分类的属水平上,与产己酸相关的Clostridium Ⅳ在整个菌群中的相对丰度由47.78%(空白)下降至35.06%(10 g/L),而另一种可能与产己酸相关的菌Pseudoramibacter比例则由0.04%上升至0.17%. NaCl浓度达到30 g/L时,与丙酸合成相关的菌Propionibacterium的相对丰度从0.006%(空白)上升至0.09%.本研究表明,对于乳酸合成己酸系统来说,NaCl是一种不利的影响因素,当NaCl浓度在6 g/L及以下时,己酸菌可以保持其功能,即将乳酸主要转化为己酸;当NaCl浓度提高至10 g/L及以上时,己酸合成受到抑制;结果可为羧酸平台技术应用于餐厨垃圾处理的实际工程提供科学依据和理论支撑.(图6表1参53)     

油脂去除对餐厨垃圾压滤液厌氧消化的影响

采用常温（25℃）厌氧消化工艺,通过设计两种不同的进料浓度和4个处理方式,研究了油脂的去除对餐厨垃圾压滤液厌氧消化产沼气的影响,并考察了消化过程中典型工艺参数pH值、挥发性脂肪酸（VFA）、CODCr、总磷等的变化规律.试验结果表明油脂对餐厨垃圾压滤液厌氧消化的产气前期有一定的抑制作用,但是整体抑制不明显.处理T1（未隔油餐厨垃圾滤液800 mL）、T2（隔油餐厨垃圾滤液800 mL）、T3（未隔油餐厨垃圾滤液500 mL）、T4（隔油餐厨垃圾滤液500 mL）的产气总量分别为：84357、55539、45031和31033 mL,其中T1的产气总量是T2的1.52倍;T3的产气总量是T4的1.45倍,结果表明餐厨垃圾滤液不需要经过隔油处理而直接可以用于厌氧消化产沼气.同时,当压滤液低浓度（T3、T4）时,产气差异小;高浓度（T1、T2）时,产气差异大.此外,在整个厌氧消化过程中,处理T1、T2、T3和T4的CODCr总去除率分别为80.44%、78.53%、79.67%和80.7%.     

低浓度溶解氧下猪粪固体有机物水解产酸研究

本文以猪粪为发酵原料,通过批式实验研究不同溶解氧(DO)浓度(0—0.26 mg.L-1)、发酵时间(3—12 d)和挥发性固体(VS)浓度(11.14—111.35 g.L-1)对猪粪固体水解酸化过程的影响,确定了低DO浓度下固体有机物优化水解产酸工艺条件:中温35℃,初始VS浓度37.11 g.L-1,初期的DO浓度0.1—0.26 mg.L-1.在此条件下,发酵时间3 d,DO浓度下降到0.10 mg.L-1以下.猪粪发酵液pH值由7.45±0.10降低到5.86±0.17,VS降解率(25.67±1.20)%,挥发性脂肪酸(VFA)中乙酸(3895±91)mg.L-1、丙酸(2313±82)mg.L-1、正丁酸(1361±17)mg.L-1、正戊酸(540±11)mg.L-1.优化条件下的猪粪水解酸化液进行厌氧产甲烷发酵,发酵10 d内产气停止,低溶解氧水解酸化和厌氧产甲烷发酵累计时间仅为13 d,甲烷体积分数(69.5±0.2)%,VS产气率为(0.282±0.011)L CH.4g-1VS.研究结果表明,适当延长发酵时间能够增加VFA中乙酸的含量,初始VS浓度差异对发酵液VFA浓度和VS降解率的影响较显著,低溶解氧能够促进猪粪固体有机物水解过程.     

CO厌氧发酵制氢过程中的微生物特性及其影响因素

以发酵液中溶解的一氧化碳(CO)为底物,研究高温嗜热菌(Carboxydothermus hydrogenoformans)厌氧发酵制氢的工艺过程.通过C.hydrogenoformans菌的生长规律、絮凝能力和反应特性等实验研究,建立菌株的生长规律模型,得出微生物衰减系数和最大比生长速率.结果表明,C.hydrogenoformans菌产氢率高,絮凝效果好,用于连续CO生物发酵制氢工艺是可行的.对发酵制氢过程的影响因素进行考察,得出最佳食微比及CO对发酵制氢过程的抑制浓度等过程参数,为有效开发CO厌氧生物发酵制氢的工艺路线提供了参考依据.图4表2参17     

两相厌氧发酵互花米草的特性

利用两相(固态水解酸化相+湿式发酵产甲烷相)发酵互花米草,通过尿素的添加来调整厌氧发酵互花米草的碳氮比,考察两相厌氧发酵互花米草的特性;并利用FTIR考察水解发酵前后互花米草结构的变化.研究结果表明,由于固态水解渗滤液对尿素的淋滤,产生高浓度的氨氮溶液,抑制了湿式发酵产甲烷反应器中的甲烷菌;通过53 d的两相发酵互花米草,单位挥发性固体(VS)累积产气量仅为98.6 mL.g-1(0℃),转化率是理论产气量的17.5%;游离性氨(FA)浓度超过55 mg.L-1,就会严重抑制高温甲烷菌;红外光谱分析表明,石灰堆沤预处理对互花米草结构改变较小;只有大幅度的强化预处理,才能显著提高互花米草发酵的产气量.     

产氢产酸/同型产乙酸两相耦合工艺厌氧发酵市政污泥生产乙酸

采用一种新的产氢产酸/同型产乙酸两相耦合工艺对市政污泥进行厌氧发酵,以实现高效产乙酸的目的.结果表明,采用该两相耦合工艺对市政污泥厌氧发酵能很好地促进乙酸的生成,实验条件下,产氢产酸相乙酸最高浓度达到4.27 g/L,同型产乙酸相乙酸最高浓度则为1.07 g/L,乙酸产率和VFA产率分别达到0.42 g/gVS和0.69 g/gVS,与非耦合系统相比,分别提高了.61.5%和53.3%.实验结果还证明,污泥经热碱法预处理之后再厌氧发酵,能更有效地产酸,与不经过预处理的污泥原液发酵相比,前者的产氢产酸相乙酸浓度比后者提高了2.9倍.     

乳酸合成丁酸的工艺构建及其条件优化

为构建一套乳酸合成丁酸的工艺,在开放体系中,驯化培养丁酸合成混合菌,并对发酵工艺条件进行系统研究和优化.首先通过单因素试验设计确定各因素的最佳水平范围.结果表明,p H值控制在5.5-7.5之间,乳酸浓度控制在20-40 g/L之间,外加乙酸浓度控制在1.5-3.5 g/L之间可以得到丁酸的最大产率.在此基础上,进一步对p H值、乳酸浓度和外加乙酸浓度进行三因素三水平的Box-Behnken试验设计及响应面法分析,以丁酸产率作为响应值,探究影响丁酸产率的各因素之间相互作用.通过方差分析显著性及求解回归方程得到最优发酵工艺条件:在p H值为6.72,乳酸浓度为27.83 g/L,外加乙酸浓度为2.79 g/L时,丁酸最高产率理论可达2.47 g L~(-1) d~(-1).验证试验得到的结果是丁酸产率为2.43g L~(-1) d~(-1),与预测值接近,较优化前产率提高了47.27%.此外,利用高通量测序技术(Miseq)对微生物群落结构进行分析,发现混合微生物中占优势的菌群是Clostridium sensustricto、Lactobacillus与Clostridium IV,其丰度分别为69.35%、15.41%与10.05%.利用本发酵新工艺能够得到相对稳定的丁酸产率,因此在工业中具有广阔的应用前景.     

水葫芦不同部位的厌氧消化特性

对水葫芦整株、茎和根分别进行批式中温厌氧消化实验,分析发酵过程中pH值,VFA,TOC,TS,VS和固形物的元素及其红外光谱特征.结果表明:在TS负荷为2.0%的条件下,水葫芦整株具有很好的产气特性,TS产气量和VS产气量分别为173.80 ml·g~(-1)和262.40 ml·g~(-1)VS,茎和根的TS产气量仅为整株的84.23%和36.03%,VS产气量仅为整株的79.13%和42.05%;整株的甲烷含量、生物转化率和固形物中H的分解率均较茎和根高;TS和VS分解率均以茎最高,整株次之,根最低;发酵过程中各处理的pH值,VFA,TOC以及固形物中的C,N的分解率差异不大.固形物的红外光谱表明,水葫芦整株直接厌氧发酵更有利于碳水化合物的分解,发酵后根产生最多的碳酸盐类物质,这与根的物质组成有关.因此,将水葫芦整株直接厌氧发酵是完全可行的,且较茎和根具有更好的发酵效果.     

不同时间NaOH预处理对玉米秸秆中温厌氧发酵的影响

通过自行设计的厌氧发酵装置,采用0‰、4‰和12‰的NaOH溶液对玉米秸秆预处理3、7、14、21 d和28 d,研究不同时间NaOH预处理对玉米秸秆中温(35℃)厌氧发酵的影响,旨为玉米秸秆在沼气生产中的高效应用提供理论依据。结果表明,采用NaOH预处理可以提高玉米秸秆中温厌氧发酵时的产气量和产气速率,其中4‰NaOH预处理的效果好于0‰和12‰,而且以预处理7 d的效果最好。以16.0 g玉米秸秆为发酵原料时,111 d产气停止,总产气量为7 411.00 m L,若以累积产气量达到总产气量的90%以上作为发酵完成标准,则78 d发酵完成,可累积产气6 672.60 m L,日均产气85.55 m L,干物质累积产气量为417.04 m L·g~(-1)。最优组合预测模型同样显示,4‰NaOH预处理效果最好,最佳预处理时间为9.48 d,84.00 d发酵完全,产气速率为60.29 m L·d-1,最大干物质累积产气量为316.52 m L·g~(-1),这与实测值具有良好的一致性。综合判断,在玉米秸秆中温厌氧发酵时,通过适当延长预处理时间来减少碱液用量是可行的,其中以4‰NaOH预处理9.48 d效果最好。     

不同酸碱条件下光合细菌的生长产氢特性

为了解光合细菌的产氢机理,对沼泽红假单胞光合产氢菌CQK-01在光生物平板反应器中进行序批次培养,以470 nm LED灯提供连续光照,葡萄糖为碳源底物,研究不同初始酸碱条件下产氢光合细菌的生长特性、产氢特性以及能量转化效率.结果表明,在弱碱性条件下最适宜产氢光合细菌的生长;在反应液为酸性条件下,光合细菌具有较高的产氢量、产氢速率和能量转化效率,然而产氢纯度随着初始pH值的增大而升高;在温度30℃、光照强度1 000lx、底物浓度75 mmol/L的实验条件下,光合细菌的最佳产氢pH值为7.0,实验中最大累积产氢量为8.0 mmol,最大产氢速率为3.39 mmol g-1(cell dry weight)h-1,产氢纯度高达70%,底物能量转化效率最大为1.98%,光能转化效率最大为7.7%.