脱水淋滤-UBF工艺处理餐厨垃圾中试研究

以常州市餐厨垃圾为研究对象,采用脱水淋滤-UBF工艺,通过现场实验研究该工艺处理餐厨垃圾过程中厌氧工艺参数(SCOD、p H值和VFA)的变化及产气效能。结果表明:脱水淋滤厌氧反应阶段餐厨垃圾减量率在84%以上,SCOD和VFA浓度先升高后降低,最高达到120 000 mg·L~(-1)和900 mmol·L~(-1)以上;UBF反应阶段p H逐渐上升,运行稳定后维持在7.0~7.5;SCOD逐渐降低,出水在8 000 mg·L~(-1)以下,去除率90%以上;VFA逐步降低,出水降低至100 mmol·L~(-1)。UBF运行稳定后,每吨餐厨垃圾产气量达到83 m3以上,产气效率较为理想。可见脱水淋滤-UBF工艺处理餐厨垃圾是可行的,具有较好经济效益和社会效益。     

电刺激对餐厨垃圾-污泥共厌氧发酵产挥发性脂肪酸的影响

以小型生物电化学反应器为发酵装置,考察外加电刺激对餐厨垃圾-污泥共厌氧发酵过程中挥发性脂肪酸(volatile fatty acids,VFA)产量的影响。实验结果表明,餐厨垃圾协同污泥厌氧发酵,有利于体系中蛋白质和糖类的溶解消耗,提高VFA的产量。0.5 V微电刺激可增强厌氧体系中微生物的活性,有利于VFA的产出。第144和192小时,外加0.5V的实验组VFA浓度分别为24 342 mg·L~(-1)和21 291 mg·L~(-1),高于其他实验组,较空白分别提高了30.8%和4.1%;其组成主要是乙酸、丙酸和戊酸。发酵进行第24 h和96 h时,0.5 V微电刺激厌氧发酵体系中溶解性糖类和溶解性蛋白质分别为722.4 mg·L~(-1)和1.49 g·L~(-1),且有机物水解酸化过程中,厌氧体系内糖类先于蛋白质被消耗。     

纳米零价铁和零价铁对餐厨垃圾暗发酵制氢过程铁离子和酶活性的影响

通过投加不同浓度的纳米零价铁(NZVI)和零价铁(ZVI),考察了暗发酵制氢过程中铁离子组成和浓度变化、氢化酶和脱氢酶活性,研究了2种添加剂强化餐厨垃圾高温((55±1)℃)暗发酵制氢的作用机制。结果表明:投加NZVI和ZVI均可提高餐厨垃圾暗发酵制氢性能;当投加100 mg·L~(-1) ZVI时,产氢效果最佳,最大产氢潜力和最大产氢速率分别为425.72 mL和66.32 mL·h~(-1),是投加NZVI实验组的1.64倍和1.34倍,代谢途径是以乙醇型发酵为主的混合型发酵;在投加NZVI和ZVI后,暗发酵制氢末端产物的Fe~(2+)和Fe~(3+)浓度升高,投加300 mg·L~(-1)NZVI和100 mg·L~(-1) ZVI实验组Fe2+浓度最大,是未投加实验组的2倍和1.87倍;与反应前相比,Fe~(2+)显著升高,Fe~(3+)由于微生物利用与转化浓度降低,同时可有效提高氢化酶活性。投加100 mg·L~(-1) ZVI不仅可提高氢化酶活性,还可提高脱氢酶活性。以上结果可为提高餐厨垃圾等复杂有机废物的高效能源化提供参考。     

花生粕和淘米水联合发酵产酸的协同效应

为了研究2种典型有机废物花生粕和淘米水联合发酵产挥发性脂肪酸(VFAs)的协同效应。根据不同配比设计了6组C/N,采用批式厌氧发酵工艺,考查各组的VFAs产量及组成、pH、氨氮和溶解性糖原的变化。结果表明:通过与花生粕空白组和淘米水空白组对比,C/N=15∶1和25∶1协同效应均显著,VFAs最高浓度分别为11 939.95 mg·L~(-1)和17 228.06 mg·L~(-1);利用响应曲面法分析预测在C/N=26.24,发酵时间为10.54 d时,产VFAs效果最优;C/N=69∶1协同效应均显著、C/N=156∶1协同效应均不存在。C/N=15∶1和25∶1的VFAs产量与pH均呈显著正相关、与氨氮均呈极显著正相关、与溶解性糖原均呈极显著负相关。由此可知,C/N=15∶1和25∶1产VFAs效果较好。     

湿热预处理对北京市典型餐厨垃圾生物制氢潜力的影响

采用北京市2种典型餐厨垃圾,研究不同湿热预处理温度(40、80、120和160℃)和时间(30、60、90和120 min)对2种典型餐厨垃圾理化性能的影响。在此基础上,阐明餐厨垃圾厌氧产氢潜力。结果表明,湿热预处理温度、时间对餐厨垃圾可浮油脱出量具有显著影响,ρ(SCOD)、ρ(TOC)与VS/TS呈负相关。餐厨垃圾处理厂的厨余垃圾经120℃湿热预处理30 min后,可浮油脱出量最大达17 m L·kg-1,ρ(SCOD)、ρ(TOC)分别为150.99、57.91 g·L-1;食堂的餐饮垃圾经160℃湿热预处理30 min后效果最佳,可浮油脱出量最高达99 m L·kg-1,ρ(SCOD)、ρ(TOC)分别为120.69、62.58 g·L-1。餐饮垃圾经160℃湿热预处理30 min,在中温(35±1℃)、高温(55±1℃)厌氧制氢,高温比产氢率和最大产氢速率分别可达40.58 m L·g-1VS、29.20 m L·h-1,与未经预处理组比提高0.78、2.02倍,中温产氢启动时间缩短1倍以上。可见,湿热预处理能显著改善餐厨垃圾理化性质,提高微生物的底物利用效率,提高餐厨垃圾厌氧制氢量及产氢效率。     

酸碱联合调节剩余污泥对有机质的释放和脱水性能的影响

为了研究酸碱联合调节剩余污泥水解酸化过程中溶解性蛋白质(SPN)和溶解性碳水化合物(SPS)的释放规律以及对脱水性能的影响,采用3个反应器,其中,1#为先酸(pH 3.0)后碱(pH 10.0)、3#为先碱(pH 10.0)后酸(pH 3.0)的两段控制方式(每段8 d),同时以2#pH不调作为对比实验。结果表明,3个反应器中SPN和SPS的释放情况是调节为碱性>酸性>空白,在相同的控制阶段,SPN的释放量明显高于SPS的释放量;SPN和SPS的最大释放量出现在1#的碱性阶段(后8 d),SPN在碱性阶段的第2天达到最大释放量(883.618 mg/L),SPS在碱性阶段的第8天达到最大释放量(165.922 mg/L)。1#在实验的整个过程中比阻值较低,说明先酸后碱调节方式更利于污泥脱水;在调节为碱性第4天时污泥比阻(SRF)达到最小值(0.342×1013m/kg),处于中难度脱水范围内。与2#相比,3#中的SRF虽稍有改善,但始终处于难脱水范围内。     

生物表面活性剂烷基多苷对餐厨垃圾厌氧发酵产挥发性酸的影响

通过向餐厨垃圾厌氧发酵系统中投加生物类表面活性剂烷基多苷(APG)的方式,探究了APG对餐厨垃圾研究发酵生产挥发性脂肪酸的影响。结果表明,APG的最佳投放量为0.12 g·(g TSS)~(-1)(总悬浮固体),最佳挥发性脂肪酸(VFA)的产量为18.9 g·L~(-1),相应的发酵时间为6 d。机理研究表明,APG能够促进餐厨垃圾中多糖和蛋白质的释放,抑制甲烷的产生。进一步研究发现,APG自身分解会产生VFA,但VFA的产量远远小于对餐厨垃圾厌氧厌氧分解值。     

接种顺序和固含率对餐厨垃圾真菌水解效果的影响

为了使餐厨垃圾水解成为优良的营养素来源,采用对淀粉和蛋白质具有不同分解偏好的2种菌种来水解餐厨垃圾,研究了不同接种顺序和餐厨垃圾初始固含率展对水解效果的影响。结果表明,不同的接种顺序对发酵48 h后的还原糖产量及96 h后的游离氨基氮产量有着显著的影响,其中先接种螺旋巴克斯霉(Backusella circina)后接种黑曲霉(Aspergillus niger)的处理还原糖和游离氨基氮的产量最优。初始固含率为2.5%时,真菌产淀粉酶和蛋白酶的效果最佳,分别为382.4和212.3 U·m L~(-1)。餐厨垃圾初始固含率在1.25%~10%的范围内,还原糖、游离氨基氮产量与餐厨垃圾初始固含率呈线性增加的关系:初始固含率每增加1%能多产生还原糖1.14 g,游离氨基氮11.38 mg。     

利用餐厨中水培养钝顶螺旋藻

为了降低钝顶螺旋藻的培养成本,采用经厌氧-好氧技术处理后的餐厨垃圾中水,进行了钝顶螺旋藻培养实验,研究了利用经技术处理后的餐厨中水培养高价值钝顶螺旋藻的可行性。结果表明:在批次培养实验中,餐厨中水经过合适的稀释倍数后能够实现钝顶螺旋藻的培养,当餐厨中水稀释6倍灭菌培养时可获得最大生物量为1.314 g·L~(-1),且餐厨中水灭菌与否对钝顶螺旋藻培养无明显生物量差异;光生物反应器培养实验中,钝顶螺旋藻在稀释6倍且未经过灭菌的餐厨中水中可正常生长繁殖,获得的最大生物量为1.129 g·L~(-1)。在实验培养过程中,培养液pH值维持在9.0~9.3,DO值为7.0~8.6 mg·L~(-1);培养周期结束时,培养液中氨氮被全部利用,总氮(TN)和总磷(TP)分别利用了24.401和0.957 mg·L~(-1)。     

温度和物料配比对餐厨垃圾与果蔬垃圾协同厌氧产氢的影响研究

采用餐厨垃圾和果蔬垃圾协同厌氧产氢工艺,通过pH、氨氮、还原糖、溶解性COD(SCOD)等指标变化规律、产氢动力学和相关性分析,研究不同温度和物料配比(餐厨垃圾与果蔬垃圾的湿质量比)对协同厌氧产氢潜力的影响。结果表明,温度和物料配比对餐厨垃圾和果蔬垃圾协同厌氧产氢均有显著影响。高温组(55℃)物料配比为1∶4时累积产气量和氢气体积分数最大,分别为510mL和52.57%;中温(35℃)组物料配比为1∶2时累积产气量最大为200mL,物料配比为1∶1时氢气体积分数最大为5.45%。相关性分析表明,pH与累积产气量呈显著负相关,氨氮与累积产气量呈显著正相关。高温协同厌氧产氢可有效提高微生物活性和产氢潜力,促进餐厨垃圾和果蔬垃圾的有效利用,实现有机废弃物的绿色能源化。     

酸化餐厨垃圾厌氧消化产氢研究

分析了餐厨垃圾酸化过程中的pH、挥发性脂肪酸(VFA)产量及含水量等参数的变化,考察了酸化餐厨垃圾厌氧消化过程中的产氢情况,并探讨了调节初始pH对酸化餐厨垃圾产氢的影响.结果表明,餐厨垃圾的酸化是一个前期极为快速的过程,经过1d的酸化,新鲜餐厨垃圾的pH就从6.0左右下降到4.5左右,而后pH缓慢下降,经过5～6 d的酸化,pH下降到4.0以下;餐厨垃圾酸化过程中,产生的VFA主要是异戊酸,其浓度变化与VFA的浓度变化趋势较为一致;酸化时间为1、3、4、5、6d的餐厨垃圾体系产生的氢气的最高体积分数呈递减趋势,产氢量也呈现出相同的变化趋势;初始pH对酸化餐厨垃圾体系的产氢影响是很大的,调节到相同初始pH的不同体系,产氢的结果可以相近.因此,pH是酸化餐厨垃圾厌氧消化产氢过程中必须控制的关键因素之一.     

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。     

青岛市餐厨垃圾与菜市场垃圾混合高温厌氧消化研究

在中试规模下,研究青岛市餐厨垃圾与菜市场垃圾混合(质量比1∶1)高温厌氧消化实验,通过监测厌氧消化过程中产气量、气体组成等产气情况和消化液中pH值、SCOD、NH3-H、VFAs含量和组分等化学指标变化,确定混合厌氧消化的最大有机负荷,并分析混合高温厌氧消化技术的可行性,结果表明,(1)青岛市餐厨垃圾与菜市场垃圾混合高温厌氧消化产甲烷具有技术可行性;(2)混合厌氧消化的最大有机负荷可达4.069 kg VS/(m3.d);(3)当系统最大有机负荷时,每天每千克VS最高可产生甲烷量0.346 m3;(4)混合厌氧消化可削减氨氮对餐厨垃圾单独厌氧消化产沼气的影响。     

竹叶与餐厨垃圾厌氧共消化工艺

将黄金竹和毛竹的竹叶分别与餐厨垃圾厌氧共消化,通过分析消化过程中的产气量、pH、COD、NH4+-N和VFAs变化,探讨添加不同竹叶对餐厨垃圾厌氧消化效果的影响.实验结果表明,添加毛竹叶显著增强了餐厨垃圾的厌氧消化能力.毛竹叶+餐厨垃圾组的总产气量是餐厨垃圾对照组单独厌氧消化总产气量的3.28倍,甲烷总产量为10.1 L,COD去除率高达83.0％.而添加黄金竹叶对餐厨垃圾厌氧消化的影响则不明显,可能因为黄金竹叶在消化过程中释放了大量挥发性脂肪酸(VFAs),造成体系酸中毒.     

进料频率对餐厨垃圾与剩余污泥中温共发酵系统稳定性的影响

考察系统负荷(以COD计)为11.36 g·(L·d)~(-1)时,6种不同进料频率下,餐厨垃圾和剩余污泥中温厌氧共发酵过程中产气量、气体组分、SCOD、pH和挥发性脂肪酸(VFAs)的变化,旨在明确进料频率对系统稳定性的影响,同时结合单一VFA的产甲烷动力学特性,探明系统不稳定的原因。结果表明,进料频率较高时,进料周期内系统的气体组分、SCOD和pH无明显变化,产气量呈线性增长,且基本无VFA积累。随着进料频率降低,进料初期过快的水解酸化导致SCOD和VFAs浓度呈现明显的先升高后逐渐降低的趋势,从而导致pH和甲烷含量波动明显。当进料频率为1次·d~(-1)时,系统中pH降至7.5,甲烷含量降至45.4%,丙酸占总有机酸的比例最高可达87.9%。相比乙酸而言,丙酸在甲烷化过程中存在的延滞期(1.21 h)及较低的甲烷化速率(5.01 mL·h~(-1))可能是导致存在丙酸积累的低频进料系统中稳定性较差的原因之一。     

餐厨垃圾高温厌氧消化

在中试规模下,研究餐厨垃圾高温厌氧消化试验,通过监测餐厨垃圾厌氧消化过程中产气量、气体组成等产气情况和消化液中pH值、SCOD、NH4+-N、VFAs等化学指标含量变化,确定餐厨垃圾厌氧消化的最大有机负荷,并分析餐厨垃圾高温厌氧消化技术的可行性,结果表明,在工程上餐厨垃圾单独进行高温厌氧消化产甲烷具有技术可行性,但难以保证系统长时间安全稳定运行;餐厨垃圾厌氧消化正常运行时最大有机负荷可达2.551 kg VS/(m3.d);当系统有机负荷为2.551 kg VS/(m3.d)时,每天每千克VS最高可产生甲烷量0.622 m3;氨氮对餐厨垃圾厌氧消化产甲烷影响明显;餐厨垃圾中固有Na+含量对厌氧消化产甲烷影响不明显。     

零价铁对餐厨垃圾厌氧消化产甲烷的影响研究

针对餐厨垃圾厌氧消化酸抑制而造成的消化效率低和产气量低等问题,在中温((37±1)℃)条件下,通过向厌氧消化器中投加不同量的零价铁(Fe~0),考察其对餐厨垃圾厌氧消化过程中pH、挥发性脂肪酸(VFAs)、日产气量、COD及累计产气量的影响。结果表明,投加1 000mg/L Fe~0对餐厨垃圾厌氧消化酸抑制的缓冲作用最好,可保证厌氧系统的稳定及最佳运行,第10天的VFAs转化率比对照组(CK组)提高了36.21%;COD去除率比CK组高13.10百分点;日产气量峰值为1 728mL;25d的累积产气量为10 108mL,比CK组高35.01%。     

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。     

回流比对剩余污泥厌氧发酵产酸的影响

挥发性脂肪酸(VFAs)是强化生物除磷过程中易于利用的碳源。在影响剩余污泥厌氧发酵的因素中,回流搅拌是影响因素之一。因此,确定最适SRT为10 d后,通过采用控制回流比的方法,研究了剩余污泥在不同回流比条件下厌氧发酵的情况。结果表明:回流比的增大能够促进污泥水解过程中SCOD和STOC的溶出;回流比为300%时VFAs浓度最高,可以达到284.64 mg·L~(-1),约为不回流情况下(146.82 mg·L~(-1))的2倍;回流比为300%时产酸率也要大于不回流搅拌和回流比为500%的情况,最高可达到0.58 g·g-1(以VS计),在VFAs中以乙酸和丙酸的含量占主导。     

高蛋白含量餐厨垃圾水解真菌的筛选和应用

从足癣患者病灶部位分离及筛选出12株真菌,其中4株真菌在蛋白质培养基和淀粉水解培养基菌落水解圈直径与菌落直径比(D/d)表现突出。经ITS-5.8S r DNA鉴定分别为Tritirachium oryzae,Paecilomyces sp.,Aspergillus puniceus,Septoriella oudemansii。优化4株真菌的最适发酵温度,并选出优良菌株用于高蛋白含量餐厨垃圾(A)降解。液体发酵结果表明,温度和菌株对游离氨基氮和还原糖产量有显著影响,47℃为最适发酵温度,并且Aspergillus puniceus、Septoriella oudemansii显著优于其他真菌。因此,分别接种Aspergillus puniceus,Septoriella oudemansii以及Aspergillus puniceus和Septoriella oudemansii复合菌株到餐厨垃圾(B),预先进行固态发酵,5 d后进行液态发酵。24 h后发酵液中还原糖的浓度达到最大值,分别为12 080、9 832和13 123 mg·L~(-1),发酵108 h后游离氨基氮浓度达到最大值,分别为3 660、2 821和3 375 mg·L~(-1)。研究表明,Aspergillus puniceus和Septoriella oudemansii复合菌株对还原糖产量有一定的促进作用,但是不利于游离氨基氮的产生。Aspergillus puniceus为最佳菌种,可以应用于高蛋白含量餐厨垃圾的生物降解和高附加值产品的开发等相关方面的研究。