超声破解与发酵温度对剩余污泥产酸与组成的影响

利用超声波对剩余污泥进行破解预处理,可以提高水解酸化产酸量与产酸速率,发酵温度是另一个影响水解酸化过程的因素。研究了弱超声(0.48 k W·L~(-1),5 min)、强超声(0.96 k W·L~(-1),15 min)预处理以及发酵温度(25、37和55℃)对水解酸化产酸量与产酸速率影响,并分析了挥发性脂肪酸(VFA)各组分浓度。研究表明,中温下进行水解酸化,超声预处理后产酸量较未处理时有明显增加。各发酵温度下,弱超声(0.48 k W·L~(-1),5 min)预处理与未处理相比,产酸速率相差不大,高温下进行水解酸化,各组VFA产量、产酸速率均较常温与中温条件下水解酸化有显著增加。此时,超声波预处理的作用不再明显,发酵温度成为影响VFA产量与产酸速率的主要因素。发酵过程中产生的VFA以乙酸为主。中温条件下各组乙酸百分含量均高于常温和高温条件。并且强超声破解会促进常温和中温酸化过程中2个C以上的有机酸产生,对高温条件该规律不再适用。     

温度和紧实度对秸秆水解产酸的影响

为了解紧实度和温度对秸秆水解产酸过程的影响,以麦秸为原料,在不密封条件下,设置秸秆容重分别为0.03、0.05和0.08 t·m-3,水解温度为10、20和30℃,分析了实验过程中水解酸化液COD、SCOD、pH值、挥发性脂肪酸组成和含量的变化。结果表明:秸秆紧实度对秸秆有机物水解溶出速率影响明显,秸秆紧实度与秸秆有机物水解溶出速率成反比,与水解酸化液COD、SCOD和挥发性脂肪酸含量达到峰值的时间成正比,但在同等体积反应器内紧实度越大秸秆TS负荷越高,有利于提高水解酸化液COD、SCOD和VFAs浓度;秸秆紧实度对秸秆水解产酸产物的组成和含量影响明显,秸秆容重为0.03和0.05 t·m-3的处理水解产酸产物中乙酸占比达75%以上,丙酸、丁酸等含量较低,而秸秆容重为0.08 t·m-3的处理水解产酸产物中以丁酸和乙酸为主,为典型的丁酸型发酵,11 d后转变为丙酸型发酵;实验12 d后,不同紧实度处理水解酸化液中丙酸含量均逐渐增加;温度对秸秆有机物水解溶出的影响明显,水解酸化液COD、SCOD和pH值与温度成正比,温度高对秸秆有机物水解溶出有利,但同时也提高了可分解利用秸秆水解产酸产物的微生物活性,造成实验后期水解产酸产物大量损失。当温度为30℃时,水解产酸时间控制在5 d左右较合适,当温度为20℃时,水解产酸时间控制在2周左右较合适。     

垃圾渗滤液发酵产氢和产甲烷特性研究

以实际垃圾渗滤液作为厌氧发酵基质,研究了初始pH为7.0、中温(37℃)条件下的发酵产氢、产甲烷特性。结果表明,利用垃圾渗滤液作为基质发酵产氢或甲烷时,氢气的最大累积产量为24.33mL(以每克COD计,下同),甲烷的最大累积产量为91.59mL,产氢发酵在初期存在明显的迟滞期,但是产甲烷发酵不存在明显迟滞期;产氢发酵的液相末端产物中含有大量的挥发性有机酸和乙醇,乙醇、乙酸、丁酸质量浓度分别为487.23、1 175.21、1 225.78mg/L,相比产氢发酵,产甲烷发酵的液相末端产物中乙醇、乙酸、丁酸质量浓度均较低,分别为256.38、106.73、107.42mg/L;产甲烷发酵的最终pH是6.32,接近中性,而产氢发酵的最终pH为4.21,呈明显酸性;产甲烷发酵对COD的去除率(41.78%)高于产氢发酵对COD的去除率(32.14%),可能是产氢发酵液相末端产物中的乙酸能被产甲烷菌利用,而被进一步降解。     

蔬菜与餐厨垃圾厌氧发酵启动阶段微生物分析简

为了研究厌氧发酵启动阶段微生物菌群结构、数量变化情况与沼气产量的关系，分别对蔬菜废弃物和餐厨垃圾单一物料发酵进行分析，并测定pH值、挥发性脂肪酸（VFA）、氧化还原电位。结果表明，餐厨垃圾比蔬菜废弃物的启动时间长，但产气持久。蔬菜废弃物中细菌达峰值的时间早于餐厨垃圾，说明蔬菜废弃物中的有机质更利于微生物降解利用。两种原料中的微生物群落结构变化一致，启动阶段初期好氧和兼性厌氧细菌属优势菌，其中产酸菌增殖速率高于氨化细菌，是启动阶段降解有机质的主要菌群。随后厌氧细菌快速增殖，日增殖速率由不足20%增长到近100%并保持稳定。厌氧纤维素降解菌在启动阶段增殖较慢，原料中纤维素降解在厌氧发酵后期。原料液VFA中丁酸含量最多，最高浓度4.7 mg/mL以上，占有机酸总量总量的46%以上，厌氧发酵类型为丁酸发酵型。     

蔬菜与餐厨垃圾厌氧发酵启动阶段微生物分析

为了研究厌氧发酵启动阶段微生物菌群结构、数量变化情况与沼气产量的关系，分别对蔬菜废弃物和餐厨垃圾单一物料发酵进行分析，并测定pH值、挥发性脂肪酸（VFA）、氧化还原电位。结果表明，餐厨垃圾比蔬菜废弃物的启动时间长，但产气持久。蔬菜废弃物中细菌达峰值的时间早于餐厨垃圾，说明蔬菜废弃物中的有机质更利于微生物降解利用。两种原料中的微生物群落结构变化一致，启动阶段初期好氧和兼性厌氧细菌属优势菌，其中产酸菌增殖速率高于氨化细菌，是启动阶段降解有机质的主要菌群。随后厌氧细菌快速增殖，13增殖速率由不足20％增长到近100％并保持稳定。厌氧纤维素降解菌在启动阶段增殖较慢，原料中纤维素降解在厌氧发酵后期。原料液VFA中丁酸含量最多，最高浓度4．7mg／mL以上，占有机酸总量总量的46％以上，厌氧发酵类型为丁酸发酵型。     

混合水解对打捆麦秸水解产酸的影响

为研究混合水解对麦秸水解产酸的影响，以猪粪、厨余和蔬菜废物为原料，研究其分别与麦秸混合水解产酸的特性，分析了水解过程中pH值、COD、SCOD和VFAs的变化。结果表明，除麦秸＋蔬菜废物最佳出料时间为3～9d外，麦秸、麦秸＋厨余垃圾、麦秸＋猪粪水解液最佳出料时间均为3～7d，7d后水解液COD浓度下降；将蔬菜废物与麦秸混合水解，水解液pH值降低幅度最大，水解液中总有机酸浓度最高，pH值最低为5．31，有机酸浓度最高达6．46g／L，且水解液中SCOD浓度、SCOD／COD比值最大；添加猪粪明显促进了麦秸有机物的水解溶出，麦秸单位干物质水解率和产酸率较对照分别提高了43％～134％和50．53％，但对提高水解液SCOD浓度、SCOD／COD比、TVFA浓度、降低水解液pH值的效果不如蔬菜废物；添加厨余垃圾的效果介于猪粪和蔬菜废物之间。从促进麦秸水解产酸的角度，以添加猪粪的效果最好。     

温度对餐厨垃圾自由厌氧发酵性能的影响

通过批次实验研究温度对餐厨垃圾自由厌氧发酵(不控制pH)性能的影响。考察了室温(25℃),中温(35℃)和高温(55℃)条件下发酵基质的降解程度和有机酸的产量以及组成情况。结果表明,尽管高温条件下颗粒态有机物有最快的水解速率,但室温条件下有机酸浓度却达到了最大值(8.85 g COD·L~(-1));乳酸和乙酸是自由发酵过程中最主要的有机酸,室温下乳酸和乙酸的含量分别为总有机酸的72.86%和25.11%,而中温和高温时乳酸和乙酸的含量比值均在43.6%~50%之间。实验表明,自由发酵条件下,最佳的水解酸化温度是25℃。     

茅草添加与温度变化对餐厨垃圾厌氧水解产酸的影响简

比较了茅草添加在温度变化条件下对餐厨垃圾厌氧水解过程小分子有机酸产量的影响，提出一种新型餐厨垃圾的资源化方式。研究结果显示，餐厨垃圾在55℃条件下厌氧水解主要产物为乳酸，达到25.7 g/L，其干物质转化率可以达到32.1% （g TS），而餐厨+茅草处理在同样条件下的乳酸产量为20.1 g/L，干物质转化率为25.1%。温度下降为37℃后继续进行的的厌氧水解，得到的主要产物是乙酸、丙酸和丁酸，餐厨处理和餐厨+茅草处理这两者的峰值分别为6.5、2.8、8.0和6.1 g/L、2.7 g/L和5.9 g/L。结果显示茅草添加可以在一定程度上调节水解产物的比例，而温度变化可以调控小分子有机酸的产量。本研究结果表明，厌氧水解是一种有潜力的小分子有机酸生产与餐厨垃圾资源化处理途径。     

挥发性脂肪酸对厌氧干式发酵产甲烷的影响

为了提高中温干式厌氧间歇发酵效率,研究了发酵过程中间产物———挥发性脂肪酸对产甲烷的影响。实验分2批进行,第1批在牛粪发酵过程中分别添加乙酸、丙酸和丁酸,第2批发酵添加易产生挥发酸的厨余垃圾混合发酵。结果显示,添加单一挥发酸的发酵过程中,添加丙酸的产甲烷速度较慢,因为丙酸降解生成乙酸的速度较慢,减慢了甲烷的形成;混合发酵过程厨余垃圾产甲烷速度比牛粪快,发酵过程产生2个产气高峰;牛粪和厨余垃圾固体物质含量比在11∶1到5∶1范围内较好,比牛粪单独发酵产气多,产酸高但不酸败,产生的挥发酸主要是乙酸和丙酸,其中比例为7∶1混合发酵的产甲烷速率最大,为4.89 mL/(g VS·d)。实验表明,牛粪厌氧干式发酵过程添加一定量的厨余垃圾可加快挥发酸的产生并提高挥发酸产量,从而提高甲烷的产量,但是总挥发酸长时间超过10 000 mg/L,pH降到不适于产甲烷菌生长的范围时,将抑制甲烷的生成,挥发酸积累导致厌氧发酵酸败。     

长链脂肪酸对餐厨垃圾厌氧消化产甲烷的影响

为研究中温条件下长链脂肪酸(LCFA)的含量及代谢对餐厨垃圾厌氧消化过程的影响,考察了LCFA添加量分别为0、0.6、1.2、1.8、2.4、3和3.6 g·L~(-1)条件下产沼气量、累积甲烷产量以及代谢中间产物挥发性脂肪酸/乙醇的浓度和组成。结果表明:在中温餐厨垃圾厌氧产甲烷的过程中,虽然LCFA也能够被微生物代谢转化生成甲烷,但LCFA的存在会对产甲烷过程造成一定程度的抑制作用;当其含量较低时抑制作用较为微弱,当其含量较高(2.4 g·L~(-1))时,甲烷产量及产甲烷速率都会受到较大影响;特别是当LCFA含量高于3.6 g·L~(-1)时,体系出现较强的抑制现象。通过实验累积值与理论甲烷产率的对比可以发现,LCFA含量越高的反应器中实验累积值/理论值的比值越低,表明有机物的转化效率越低。通过对厌氧过程中间产物的检测可知,LCFA含量越多的反应器中初期累积的挥发性脂肪酸浓度越高,当反应体系的LCFA浓度超过2.4 g·L~(-1)时,累积的乙酸和丙酸浓度较高,丙酸降解过程和乙酸代谢产甲烷的过程受到一定程度的延滞和抑制作用,降解速率低于正常水平,厌氧发酵的能力和效率受到影响。     

茅草添加与温度变化对餐厨垃圾厌氧水解产酸的影响

比较了茅草添加在温度变化条件下对餐厨垃圾厌氧水解过程小分子有机酸产量的影响，提出一种新型餐厨垃圾的资源化方式。研究结果显示，餐厨垃圾在55℃条件下厌氧水解主要产物为乳酸，达到25．7g／L，其干物质转化率可以达到32．1％（gTS），而餐厨＋茅草处理在同样条件下的乳酸产量为20．1g／L，干物质转化率为25．1％。温度下降为37℃后继续进行的的厌氧水解，得到的主要产物是乙酸、丙酸和丁酸，餐厨处理和餐厨＋茅草处理这两者的峰值分别为6．5、2．8、8．0和6．1g／L、2．7g／L和5．9g／L。结果显示茅草添加可以在一定程度上调节水解产物的比例，而温度变化可以调控小分子有机酸的产量。本研究结果表明，厌氧水解是一种有潜力的小分子有机酸生产与餐厨垃圾资源化处理途径。     

食品废弃物厌氧消化产乙酸的研究

通过实验,研究了pH、总固体浓度(TS)、碳氮比(C/N)对食品废弃物厌氧消化产乙酸的影响,详细考察了挥发性脂肪酸(VFA)的组成和浓度及乙酸浓度随时间的变化规律.结果表明,pH为6.5、TS为7%(质量分数)、C/N为16:1时,总VFA的最大质量浓度为31.56 g/L,乙酸的最大质量浓度为19.46 g/L.     

废LCD面板有机材料水热资源化产乙酸

LCD面板主要由附着偏光片及液晶等有机材料的玻璃面板构成。有机材料的去除及资源化利用是废LCD面板处理的第一步。在水热条件下对废LCD面板进行了降解产酸研究。研究考察了反应温度、反应时间、氧化剂用量、水用量及pH值等对水热产乙酸产率及选择性的影响。通过正交实验确定了水热产乙酸的最佳操作条件：反应温度325℃，反应时间5min，氧化剂（30％H2O2）0．6mL，用水量2mL，近中性环境（pH6-6．5去离子水）。此条件下，乙酸产率及选择性分别为68．83％及70．56％。结果表明，以废LCD面板有机材料为原料，采用水热技术进行产乙酸反应，可实现其资源化再利用。     

酸-碱处理对剩余污泥水解酸化的影响

剩余污泥中富含有机质和营养元素可回收利用物质,污泥水解酸化液中的有机酸在去除或回收利用氨和磷后可作为进水化学需氧量(COD)不足的污水处理厂的补充碳源。通过控制pH,对比分析了不同处理方式(单独碱处理、酸-碱处理和碱-酸处理)对污泥水解酸化的影响。结果表明,单独碱处理的溶解性化学需氧量(SCOD)溶出量比酸碱联合处理要大16%左右,预处理第8天,达到5 406.1 mg/L。采用先酸(pH 4.0,4 d)后碱(pH 10.0,4 d)预处理,乙酸产量达到74.4 mg COD/g VSS,占总SCFAs的60.5%,产量及其占总短链脂肪酸(SCFAs)百分比含量均高于其他预处理方式。且酸-碱处理方式下NO4+-N和PO34--P溶出要优于其他处理方式。而单独碱处理方式下污泥减量效果最好,VSS去除率为36.6%。     

Emissions of volatile fatty acids from feed at dairy facilities

Recent studies suggest that dairy operations may be a major source of non-methane volatile organic compounds in dairy-intensive regions such as Central California, with short chain carboxylic acids (volatile fatty acids or VFAs) as the major components. Emissions of four VFAs (acetic acid, propanoic acid, butanoic acid and hexanoic acid) were measured from two feed sources (silage and total mixed rations (TMR)) at six Central California Dairies over a fifteen-month period. Measurements were made using a combination of flux chambers, solid phase micro-extraction fibers coupled to gas chromatography mass spectrometry (SPME/GC–MS) and infra-red photoaccoustic detection (IR-PAD for acetic acid only). The relationship between acetic acid emissions, source surface temperature and four sample composition factors (acetic acid content, ammonia-nitrogen content, water content and pH) was also investigated. As observed previously, acetic acid dominates the VFA emissions. Fluxes measured by IR-PAD were systematically lower than SPME/GC–MS measurements by a factor of two. High signals in field blanks prevented emissions from animal waste sources (flush lane, bedding, open lot) from being quantified. Acetic acid emissions from feed sources are positively correlated with surface temperature and acetic acid content. The measurements were used to derive a relationship between surface temperature, acetic acid content and the acetic acid flux. The equation derived from SPME/GC–MS measurements predicts estimated annual average acetic acid emissions of (0.7 + 1/?0.4) g m^?2 h^?1 from silage and (0.2 + 0.3/?0.1) g m^?2 h^?1 from TMR using annually averaged acetic acid content and meteorological data. However, during the summer months, fluxes may be several times higher than these values.     

青岛市菜市场垃圾的高温厌氧消化研究

在中试规模下进行菜市场垃圾高温厌氧消化试验,通过监测消化过程中的产气情况和消化液的pH、可溶解性COD(SCOD)、挥发性脂肪酸(VFA)、NH3-N、碱度等变化,确定菜市场垃圾厌氧消化的最大有机负荷,并分析对菜市场垃圾进行高温厌氧消化处理的可行性.结果表明,在中试规模下,菜市场垃圾高温厌氧消化的最高有机负荷可达6.2...     

干式厌氧消化过程挥发酸对硫酸盐还原菌的影响

在牛粪干式厌氧消化过程中,通过添加不同挥发酸(乙酸、丙酸、丁酸),考察消化稳定阶段,挥发性脂肪酸的分布特征,挥发性脂肪酸酸组成变化对硫酸盐还原菌(SRB)的影响,微生物种群组成和种群间关系。实验结果表明,挥发性脂肪酸对SRB还原速率的贡献依次为:丙酸丁酸乙酸。相比乙酸和丁酸,添加一定量的丙酸,更有利于激活SRB的活性,从而加强SRB与产甲烷菌(MB)的种间协同,保证厌氧系统的稳定运行。     

Effects of feed solutions on refuse hydrolysis and landfill leachate characteristics

Tap water, aerobically pre-treated leachate, and anaerobically pre-treated leachate, were each fed into the top of a series of three simulated landfills columns, filled with municipal solid waste collected in Shanghai, China. Changes in leachate, including pH, total organic carbon (TOC), and volatile fatty acids (VFAs), and the produced biogas were monitored over time. The tap-water-fed columns had a low hydrolysis rate that yielded an acidic environment (pH 4.8-5.4) in the leachate that inhibited methanogenesis reaction in the refuse. When aerobically pre-treated leachate was fed into the columns, the hydrolysis rate of total organic carbon fluctuated between 200 and 400 mg d-1 and methanogenesis in the refuse column was only partly activated. The hydrolysis rate of refuse fed with anaerobically pre-treated leachate was the highest among the three solutions. The high alkaline levels of the anaerobically pre-treated leachate and its methanogenic bacteria led to an early activation of methanogenesis in the refuse columns. The VFAs contributed approximately 40-60% of TOC in tap-water-fed columns, 60-80% of TOC in the columns fed aerobically pre-treated leachate, and up to 70-90% of TOC in columns fed with anaerobically pre-treated leachate. The feed solution had considerably affected leachate characteristics, and then the build-up of the methanogenesis in the refuse column and the composition of fermentation products in the leachate. The success of a bioreactor landfill depends on whether the recycled leachate could yield a favorable methanogenic environment in the top refuse layer, or whether an appropriate pre-treatment is adopted to modify the leachate characteristics.