Effect of the chlortetracycline addition method on methane production from the anaerobic digestion of swine wastewater

Effects of antibiotic residues on methane production in anaerobic digestion are commonly studied using the following two antibiotic addition methods：（1） adding manure from animals that consume a diet containing antibiotics, and（2） adding antibiotic-free animal manure spiked with antibiotics. This study used chlortetracycline（CTC） as a model antibiotic to examine the effects of the antibiotic addition method on methane production in anaerobic digestion under two different swine wastewater concentrations（0.55 and 0.22 mg CTC/g dry manure）. The results showed that CTC degradation rate in which manure was directly added at 0.55 mg CTC/g（HSPIKE treatment） was lower than the control values and the rest of the treatment groups. Methane production from the HSPIKEtreatment was reduced（p 〈 0.05） by 12% during the whole experimental period and 15% during the first 7 days. The treatments had no significant effect on the pH and chemical oxygen demand value of the digesters, and the total nitrogen of the0.55 mg CTC/kg manure collected from mediated swine was significantly higher than the other values. Therefore, different methane production under different antibiotic addition methods might be explained by the microbial activity and the concentrations of antibiotic intermediate products and metabolites. Because the primary entry route of veterinary antibiotics into an anaerobic digester is by contaminated animal manure, the most appropriate method for studying antibiotic residue effects on methane production may be using manure from animals that are given a particular antibiotic, rather than adding the antibiotic directly to the anaerobic digester.     

金属离子对青霉素菌渣厌氧发酵产气模型分析

为比较响应面法与反向传播神经网络法在厌氧发酵过程中的应用效果,以青霉素菌渣为原料,通过单因素和Box-Behnken法设计试验,在发酵体系中添加不同量的Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺,以确定其对青霉素菌渣厌氧产气性能的影响.结果表明,Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺单一最佳添加量为：500mg/L、30mg/L、0.3mg/L,产沼气量较对照分别提高了：102.18%、45.48%、60.12%.其促进作用随添加浓度增大呈现：弱-强-弱趋势.使用响应面法及反向传播神经网络法对金属离子添加量进行建模优化,并使用批式厌氧发酵进行验证.响应面法建模预测Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺最佳混合添加浓度为：440.94mg/L、16.22mg/L、0.39mg/L,预测累积产沼气量为1314.49mL,R²=0.972,试验与验证相对误差为4.65%;反向传播神经网络法建模Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺最佳混合添加浓度为495mg/L、21mg/L、0.5mg/L,预测产沼气量为1551.55mL,R²=0.991,试验与验证相对误差为0.47%.反向传播神经网络法建模具有更好的拟合效果且与验证试验误差小,是一种更有效的仿真方法.说明该方法在优化厌氧发酵金属离子添加具有应用潜力,同时也为厌氧发酵条件优化提供新思路.     

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.      

镍对厌氧消化过程的抑制作用研究

采用混合式厌氧反应器,以酒糟废水为基质,在相同条件的不同反应器中每日加入不同浓度的镍离子（以硝酸镍形式加入）,研究不同浓度的镍离子对厌氧体系的抑制作用,以及体系中溶解态的镍离子含量与抑制程度的关系。结果表明,日加入镍量低于３６．４ｍｇ／Ｌ时,对体系无影响;在４０－６０ｍｇ／Ｌ时,产生轻微的抑制;超过８０ｍｇ／Ｌ时,对体系造成严重的抑制。当体系中溶解态镍离子浓度低于２．５ｍｇ／Ｌ时,体系不受影响。厌     

外加铁对城市污泥厌氧消化产甲烷的作用

为提高城市污泥厌氧消化产甲烷效率,除适量添加餐厨垃圾以提高有机质外,还在污泥中加入了机械加工企业产生的废铁屑,中温（39±1） ℃下厌氧消化30 d,同时与加入等量纯铁粉对比,考察废铁屑和纯铁粉的产甲烷效率。结果表明:废铁屑组和纯铁粉组的累积产甲烷量分别达到340.33,336.52 mL/g,分别比不外加任何铁元素的空白组提高了54%、52%;上述两组在厌氧消化第10天产生的挥发性有机酸达到最大,分别为11051,10800 mg/L,比空白组高出16%、12%。消化第1天,废铁屑组和纯铁粉组的H₂组分比空白组提高了24%、12%;到第25天时,两组的CH₄组分分别比空白组提高了35%、30%。表明废铁屑中多孔的FeOOH导致微生物絮体松散,使得废铁屑厌氧消化的产甲烷效果优于铁粉。     

水热预处理强化牛粪厌氧消化及其机理

为解决禽畜废物在厌氧条件下产甲烷性差的问题,采用水热法预处理+中温厌氧消化改良法考察了水热法预处理强化牛粪厌氧消化性能的效果,并进一步通过分析预处理前后牛粪化学组分、元素组成和化学结构变化以探究其强化机制.结果表明:一定强度的水热预处理能提高牛粪的厌氧产甲烷性能,过高的预处理强度(R₀)反而抑制了产甲烷率.在水热预处理温度为70℃、时间为4 320 min时(R₀为3.27),牛粪获得最大甲烷产量(以VS计)176.36 mL/g,比未预处理组(145.76 mL/g)提高了21.00%,乙酸浓度提高了65.69%,木质素去除率达到11.50%,可知有机组分的降解和木质素的移除是牛粪厌氧产甲烷性能提高的主要原因.元素分析发现,预处理后牛粪O/C〔w(O)/w(C)〕得到提高,表示糖类化合物增多;同时红外光谱分析结果显示,R₀过大时,木质素中芳环骨架的CC作用会增强,类木质素物质增多,导致牛粪产甲烷性能降低.研究显示,水热预处理能够有效增强畜禽废物的降解能力,促进牛粪产甲烷性能的提升.      

不同TS浓度互花米草沼渣二次发酵特性研究

中温（35±1）℃条件下,沼渣经6%的NaOH常温下处理48 h后,在TS含量8%、10%、12%的条件下沼气发酵.分析了发酵过程中日产气量、累积产气量、甲烷含量、pH值、挥发性脂肪酸（VFA）的变化,从不同角度考察TS含量负荷对沼渣二次发酵特性的影响.单位TS的日产气高峰分别达10、14、13 mL.g-1,累积产气率为217、227、228 mL.g-1,甲烷含量均在65%以上.发酵过程中最低pH为7.04.乙酸浓度最高分别为3 364、3 286、5 728 mg.L-1,丙酸和丁酸浓度均低于1 100 mg.L-1.结果表明,沼渣为难降解有机物,分解缓慢,不易出现酸化现象,但仍具有较强的产气潜力.     

Ce~(3+)对厌氧颗粒污泥产VFA的影响

采用批式实验,以葡萄糖和乙酸钠为基质,研究投加不同浓度稀土Ce3+对稳定驯化和长期贮存的厌氧颗粒污泥消化产VFA的影响.结果表明,Ce3+浓度＜1 mg/L时可降低消化过程中的VFA浓度,促进丁酸向乙酸的转化以及乙酸转化为甲烷;Ce3+浓度为1～10 mg/L时则抑制细菌活性,不利于乙酸和丁酸的降解.稀土Ce的投加对以葡萄糖为基质的厌氧颗粒污泥消化产VFA中各组分的质量分数影响较小,厌氧消化前期和中期VFA产物主要为丁酸和乙酸,两者含量之和约为96%,丙酸含量＜3%.以乙酸钠为唯一基质厌氧消化时,0.05 mg/L Ce3+的投加对乙酸钠降解具有一定促进作用,可提高反应速率和去除率.污泥经过长期贮存活性降低,但含稀土Ce的厌氧颗粒污泥活性高于不含稀土的污泥,利用含稀土Ce的污泥有利于反应器再启动.     

多种抗生素对畜禽废水厌氧消化的联合抑制

为研究各种抗生素组合对猪场废水厌氧发酵的影响以及各种抗生素之间的相互作用关系,根据正交试验方案,通过分批培养,对阿莫西林、金霉素、磺胺二甲基氧、氟苯尼考4种抗生素的联合抑制作用进行了研究.结果表明,阿莫西林210 mg/L、金霉素10 mg/L、磺胺二甲基氧210 mg/L、氟苯尼考130 mg/L的组合对产甲烷的抑制率为87.8%,而4种抗生素浓度均为10mg/L的组合对产甲烷速率不但没有抑制影响,反而有促进作用.4种抗生素对产甲烷抑制作用的显著性依次为:金霉素阿莫西林氟苯尼考磺胺二甲基氧.4种抗生素两两之间呈现不同的互作类型,除氟苯尼考和磺胺二甲基氧、氟苯尼考和阿莫西林呈现相关加关系外,其余2种抗生素之间均表现为拮抗关系.     

An advanced anaerobic biofilter with effluent recirculation for phenol removal and methane production in treatment of coal gasification wastewater

An advanced anaerobic biofilter (AF) was introduced for the treatment of coal gasification wastewater (CGW), and effluent recirculation was adopted to enhance phenol removal and methane production. The results indicated that AF was reliable in treating diluted CGW, while its efficiency and stability were seriously reduced when directly treating raw CGW. However, its performance could be greatly enhanced by effluent recirculation. Under optimal effluent recirculation of 0.5 to the influent, concentrations of chemical oxygen demand (COD) and total phenol in the effluent could reach as low as 234.0 and 14.2 mg/L, respectively. Also, the rate of methane production reached 169.0 mL CH₄/L/day. Though CGW seemed to restrain the growth of anaerobic microorganisms, especially methanogens, the inhibition was temporary and reversible, and anaerobic bacteria presented strong tolerance. The activities of methanogens cultivated in CGW could quickly recover on feeding with glucose wastewater (GW). However, the adaptability of anaerobic bacteria to the CGW was very poor and the activity of methanogens could not be improved by long-term domestication. By analysis using the Haldane model, it was further confirmed that high effluent recirculation could result in high activity for hydrolytic bacteria and substrate affinity for toxic matters, but only suitable effluent recirculation could result in high methanogenic activity.     

两相厌氧工艺处理草浆黑液甲烷相动力学模型

两相厌氧工艺处理草浆黑液,对甲烷相进行动力学分析。结果表明:经过修正的Ｍｏｎｏｄ方程能够描述甲烷相基质降解规律。当酸化相进水ＣＯＤ为７６６１～１２９５８ｍｇ／Ｌ,甲烷相进水(酸化相出水)ＣＯＤ为５３１２～８９５７ｍｇ／Ｌ时,由模型计算得难厌氧降解物质(ＣＯＤ)为１２１２ｍｇ／Ｌ。由此得出,在该实验条件下甲烷相ＣＯＤ的最大去除率为８６.４７％      

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.     

以葡萄糖为共基质硝基酚厌氧生物降解性试验研究

在35℃中温厌氧条件下,以葡萄糖为共基质,采用间歇试验法,通过测定甲烷累积产量,研究了2-硝基酚、4-硝基酚、2,4-二硝基酚和2,6-二硝基酚的厌氧生物降解性,利用相对活性值来判断硝基酚对产甲烷菌的抑制程度.研究结果表明:2-硝基酚浓度小于24mg/L时,对产甲烷菌没有产生抑制作用;4-硝基酚浓度小于20mg/L时,对产甲烷菌没有产生抑制作用,浓度为24mg/L时产生轻度抑制;2,6-二硝基酚浓度小于12mg/L时未产生抑制作用,浓度为16mg/L～24mg/L时产生轻度抑制;2,4-二硝基酚浓度小于4mg/L时没有产生抑制作用,浓度为8mg/L～24mg/L时产生中度抑制.4种物质对产甲烷菌活性的抑制由小到大的排列顺序为:2-硝基酚＜4-硝基酚＜2,6-二硝基酚＜2,4-二硝基酚.     

不同类型秸秆对污泥厌氧消化特性及细菌群落结构的影响

为促进污水处理厂污泥及农作物秸秆的资源化利用,探讨不同类型秸秆（玉米、小麦、水稻）对污泥厌氧消化特性、产气效果及细菌群落结构的影响,在中温〔（35±1）℃〕下,研究了污泥与秸秆按不同质量比（1:0、1:0.5、1:1、1:1.5）联合厌氧消化对污泥C/N（碳氮比）和厌氧消化环境中pH、ρ（NH₄+-N）、ρ（VFAs）（VFAs为挥发性脂肪酸）、日均沼气产量及φ（CH₄）、细菌群落的特征变化,以未添加秸秆的污泥厌氧消化为CK（对照）.结果表明:不同类型秸秆的添加对厌氧消化体系的pH、ρ（NH₄+-N）、ρ（VFAs）均产生显著影响,秸秆的加入明显提高了厌氧消化体系的产气量.联合厌氧消化可通过优化厌氧消化底物的C/N,从而增加ρ（VFAs）和φ（CH₄）.其中,污泥与玉米秸秆质量比为1:1.5时对厌氧消化的促进作用最为显著;其沼气日产量为2 303.08 mL,比CK（536.15 mL）提高了3倍以上,而沼气中φ（CH₄）最高为54.49%,比CK（37.07%）提高46.99%.此外,不同类型秸秆的添加也可通过改变细菌群落结构从而促进秸秆降解,增加ρ（VFAs）和提高沼气产量,特别是添加秸秆后,Bacteroidetes会逐渐取代Proteobacteria成为主要的产酸菌种,从而导致ρ（VFAs）增加.研究显示,污泥与秸秆联合厌氧消化可改善污泥营养结构,改变细菌群落结构,提高沼气产量.      

超声联合低温热水解促进剩余污泥破解和厌氧消化的研究

为了探索超声和低温热水解预处理技术对剩余污泥厌氧消化性能的影响,进行了单独超声、单独热水解和二者联合的实验研究.以温度和超声能量为控制参数,研究了不同预处理技术对污泥破解度DD（Disintegration degree of SCOD）和有机质溶出的影响.结果表明：联合预处理技术对DD和有机质浓度的增加效果比超声和热水解单独作用之和分别高4.04%、36.62mg/L. DD和实际输入能量之间存在较高的线性相关性（R²=0.977）,即在本研究条件下,输入能量越高,污泥破解效果越好.超声和热水解联合预处理后污泥厌氧消化产甲烷量较原泥增加了30.2%～55.4%.DD和厌氧消化性能之间存在二次非线性关系（R²=0.821）,且厌氧消化性能最高达到877.76LCH₄/kg VSS去除,该峰值出现在超声能量12000kJ/kg TS和热水解温度80℃联合作用条件下.     

废铁屑对剩余污泥厌氧消化特性的影响

为探明废铁屑（RSI）对中温厌氧消化特性的影响,利用RSI为外源添加剂研究其投加对剩余污泥厌氧消化水解酸化、产气效率以及污泥表面形态的影响.结果表明:①剩余污泥酸化水解产物VFAs的主要成分是乙酸,其含量随RSI投加量的增加呈先升后降的趋势.②RSI投加量适中（不超过20 g/L）时可促进乙、丁酸型发酵,抑制丙酸型发酵,进而提高剩余污泥厌氧消化效率.③当RSI投加量分别为0、1、5、10、20和30 g/L时,累积甲烷产率分别为135.4、141.9、159.2、178.9、209.3和180.7 mL/g（以VS计）,甲烷含量分别为51.2%~56.4%、53.9%~58.6%、58.1%~62.5%、59.5%~68.3%、61.1%~71.2%和51.9%~61.4%.RSI最佳投加量为20 g/L,与空白组相比,累积甲烷产率和甲烷含量分别提升了54.6%和23.0%.④结合扫描电镜-X射线能谱（SEM-EDX）分析方法发现,在厌氧消化过程中微生物可促进RSI的溶解,且随RSI投加量的增加,消化污泥表面的铁元素含量也随之增加.⑤RSI的投加会提高蛋白酶和纤维素酶的活性,但若投加量过高则会产生负面效应.研究显示,外源添加剂RSI投加量适中（不超过20 g/L）时可促进剩余污泥厌氧消化效率.      

三唑磷农药废水厌氧处理可行性研究

采用厌氧流化率工艺处理在唑磷农药废水，必须降低原水中ＮＨ３－Ｎ含量，调整营养比例，当ＣＯＤ：Ｎ：Ｐ＝（１８０～２００）：５：１时，在中温厌氧消化条件下，ＣＯＤ含量可从４１７０ｍｇ／ｌ，去除率约５０％，沼气产率达到０．２５６ｍ＾３／ｍ＾３．ｄ。因此，把厌氧处理作为好氧处理的预处理单元，能确保整个处理系统出水达标。     

不同来源底物对厌氧发酵产氢余物产甲烷影响

通过批式试验将不同来源的污泥与餐厨垃圾进行联合厌氧发酵,研究不同产氢程度的污泥-餐厨垃圾在不同污泥接种量下的产甲烷能力,以寻求产氢余物产沼的最佳条件及有机质转化规律。结果表明:污泥-餐厨垃圾产氢余物的产氢程度与体系产甲烷能力呈正相关,即产氢多余物>产氢少余物>不产氢底物;接种量增大后,体系产甲烷效能降低且各体系间的差异逐渐缩小。30%接种量下的产氢多余物体系产甲烷能力最佳,平均产甲烷速率为0.54 mL/（g·d）,在第27天甲烷占比达到峰值87.04%,有最大累积产甲烷量1659 mL;主要原因是该体系挥发酸降解量大（17565 mg COD/L）,占TCOD降解量（35384 mg/L）的50%。     

NaOH处理对互花米草高温干式厌氧发酵的影响

为了解NaOH处理对互花米草厌氧发酵的影响,在高温（55℃±1℃）和互花米草初始干物质含量为20％条件下,考察了NaOH处理对互花米草厌氧发酵产气特性、物质结构和组成以及发酵后互花米草水浸提液理化特性的影响．结果表明,互花米草经5％NaOH处理后,产气受到明显的抑制,累积产气量仅为CK的76．68％;碱处理配合水洗可有...     

污泥与秸秆共基质中温两相厌氧消化特性

以污泥和秸秆为共基质,以沼气产量、ρ（VFA）（VFA为挥发性脂肪酸）和COD_Cr去除率等为指标,探究污泥与秸秆配比（以COD_Cr计,质量比分别为1:0、1:1、2:1、3:1）对中温两相厌氧消化工艺运行效能的影响,以及最佳配比时SRT（污泥停留时间）对产甲烷相厌氧消化稳态特性的影响.结果表明:与污泥试验组相比,添加秸秆试验组的厌氧消化效能均较好;污泥与秸秆的最佳配比为2:1,该稳定状态下产酸相COD_Cr的去除率最高,为17.5%,ρ（VFA）为752 mg/L;产甲烷相COD_Cr的去除率为33.5%,ρ（VFA）为250 mg/L,产气量为47.7 mL/d,总体运行效能较高.在最佳污泥与秸秆配比（2:1）并设定产甲烷相反应器的SRT为20 d时,稳定状态下产甲烷相各组分的变化情况:COD_Cr去除率为41.20%,ρ（VFA）为238 mg/L,产气量为51.3 mL/d,沼气产率为8.4 mL/（d·g）.研究显示,当控制污泥与秸秆配比为2:1、SRT为20 d时,中温两相厌氧消化工艺运行效果良好.