不同园林废弃物对污泥和餐厨垃圾厌氧消化的影响

将甘蔗叶、小心叶薯和合欢按不同的物料配比加入到污泥和餐厨垃圾中,考察了3种园林废弃物对污泥和餐厨垃圾厌氧消化处理的影响.实验结果表明,添加小心叶薯、甘蔗叶和合欢可显著提高污泥厌氧消化的沼气总产量以及甲烷总产量.当污泥与甘蔗叶以5:3的湿质量比混合时厌氧消化效果最佳,此时沼气总产量、甲烷总产量分别为污泥对照组的22.4、37.7倍.然而,甘蔗叶对提高餐厨垃圾厌氧消化效果的作用有限,合欢对餐厨垃圾厌氧消化具有明显抑制作用,添加合欢后沼气总产量比餐厨对照组低48％.     

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.     

餐厨垃圾与剩余污泥混合消化产沼气协同效应

在(35±0.2)℃温度下,以餐厨垃圾和剩余污泥为原料,设置餐厨垃圾和剩余污泥混合比例(VS)分别为1∶0、2∶1、1∶1、1∶2和0∶1,研究其单独消化与混合消化的系统性能、产甲烷潜力及脱氢酶活性和F420浓度变化。结果表明,混合消化提高了系统稳定性,与餐厨垃圾单独消化相比,添加剩余污泥能调节pH、氨氮浓度和VFA浓度,缩短产气周期;与剩余污泥单独消化相比,添加餐厨垃圾能显著提高沼气产量。混合比例为1∶1组混合消化产甲烷潜力最佳,消化作用的协同效应最为明显,沼气和甲烷产量分别达358.2 mL/g VS和224.1 mL/g VS,较餐厨垃圾和污泥单独消化估计值分别提高了23.09%和36.80%。1∶1混合消化组脱氢酶活性最高达437.33 TFμg/(mL·h),比餐厨垃圾和剩余污泥单独消化分别提高93.60%和40.69%,辅酶F420浓度最高为1.718μmol/L,分别提高17.3%和100.7%。     

氧化铁对不同有机负荷下餐厨垃圾厌氧消化产气的影响

进行了餐厨垃圾(FW)和接种污泥(Ⅰ)基于不同VS比(分别为FW/I=1,FW/I=3,FW/I=5)下的中温厌氧消化实验,对比了不同有机负荷下未添加氧化铁和添加氧化铁对餐厨垃圾厌氧消化产气的影响。结果表明,在FW/I=1时,餐厨垃圾厌氧消化体系的产气情况主要由接种污泥决定,添加氧化铁仅能在较小的程度上促进体系产甲烷能力提升;而在FW/I=3时,添加氧化铁可以帮助餐厨垃圾厌氧消化体系从低速产甲烷过程快速进入高速产甲烷,快速降解有机质实现稳定化;而对于FW/I=5时添加氧化铁可以解除由于有机负荷过高造成的酸抑制并恢复体系的产甲烷能力。因此,在实际应用厌氧消化技术处理餐厨垃圾中可以通过添加氧化铁来提高其有机负荷(OLR),提高处理效率,保证餐厨垃圾厌氧消化的正常运行和促进甲烷的产生。     

餐厨垃圾处置方式及其碳排放分析

在综述填埋、好氧堆肥、粉碎直排、厌氧消化产沼气及综合处置等5种餐厨垃圾处置方式原理与特点的基础上,分别罗列出各种处置方式的优缺点、应用场合以及今后仍然需要研究的方向。着眼于餐厨垃圾资源化与碳减排,厌氧消化产沼气被定位为今后餐厨垃圾处置的主要应用方向,特别是与市政污水处理剩余污泥共消化更是今后研究与应用的主流。餐厨垃圾处置全生命周期碳排放分析亦表明,厌氧消化产沼气与其他4种处置方式相比,在资源回收与碳减排方面优势明显,这就决定了厌氧消化今后在餐厨垃圾处置技术中将处于首选位置。餐厨垃圾与剩余污泥厌氧共消化产生的沼气量具有"1+12"的能量转化效果,这种方式可以使污水处理厂演变为"能源工厂"的角色,而且还能省去餐厨垃圾单独处置所需的各种设施。     

餐厨垃圾两相与单相厌氧消化过程参数分析

在(55±0.2)℃温度下,以餐厨垃圾为原料,分别进行两相与单相厌氧消化实验,两相实验设置不同初始p H的反应组,比较两相与单相厌氧消化的产气效率、有机酸、营养物质和酶活性等的变化。结果表明,餐厨垃圾两相厌氧消化可以提高产甲烷效率,初始p H 8.5餐厨垃圾组的甲烷产量最高为178.3 m L/g COD,比单相厌氧消化提高了338%;另外,两相厌氧消化中氢气最高可达14.12 m L/g TS。餐厨垃圾两相厌氧消化产酸相的初始p H会影响产氢和产甲烷的效率,氢气和甲烷的产量随初始p H的升高而呈增加趋势。淀粉酶活性在两相实验组的产酸相及单相实验组均呈现先升后降的变化,最高活性分别为0.542 mg/(m L·min)和0.298 mg/(m L·min);蛋白酶活性在产酸相达到最高,为1.70μg/(m L·min);脱氢酶活性在初始p H为9.0的实验组达到最高,为145μg/(m L·h),分别是空白和单相实验组的113.3%和120.8%。     

生物炭加速餐厨垃圾厌氧消化的机理

为考察生物炭对餐厨垃圾厌氧消化的影响并探究其影响机理,采用批次实验,以餐厨垃圾为基质,设置污泥空白组、餐厨垃圾对照组和生物炭实验组。检测系统的甲烷日产量、甲烷浓度、渗滤液pH、电导率、挥发性脂肪酸(乙酸、丙酸和丁酸)和氨氮浓度,并对生物炭进行了表征(pH、表面元素、表面形态和官能团)。结果表明,生物炭的添加使体系的最大日甲烷产量提高24.09%,并保持较高的pH,乙酸、丙酸、丁酸峰值分别降低了10.46%、9.96%和13.79%。生物炭丰富的孔结构为微生物提供了生长位点;生物炭的表面金属元素(K、Ca、Mg)和官能团(-OH、C≡C、-NH、C=O(C-O)、CO_3~(2-))使其具有较高的碱度,从而提高厌氧消化系统的缓冲能力和产甲烷菌活性,进而提高产甲烷速率。     

污泥基生物炭对餐厨垃圾厌氧消化产甲烷及微生物群落结构的影响

为考察污泥基生物炭对餐厨垃圾厌氧消化的影响,以餐厨垃圾为基质,设置4种不同接种比(inoculum to substrate ratio, ISR)的批次实验,以得到不同酸化程度的厌氧消化体系;检测空白组、餐厨垃圾对照组和生物炭实验组的产甲烷情况和微生物群落结构的变化。结果表明:当ISR=2时,生物炭对餐厨垃圾厌氧消化效果不明显;当ISR=0.5时,生物炭使其停滞期缩短28.9%左右;ISR越小,生物炭对酸化停滞时间缩短以及产甲烷速率提高的效果越明显。同时,生物炭可以促进Chloroflex,Proteobacteria,Bacteroidetes的生长,从而提高厌氧消化中间产物的产生。当ISR较大时,厌氧消化系统的产甲烷途径以乙酸利用型为主,投加生物炭可以促进乙酸型产甲烷;随着ISR减小,产甲烷途径有逐渐向氢利用型转变的趋势,同时Methanosacrina逐渐替代Methanosaeta利用乙酸产甲烷。本研究结果可为污泥基生物炭在餐厨垃圾厌氧消化的实际应用提供参考。     

餐厨垃圾生化产甲烷潜力的数学模拟

为资源化回收利用餐厨垃圾,采用BMP实验对其产甲烷潜力进行了研究,测定了不同厌氧消化时间内的沼气产量及COD、VFA浓度,并在此基础上对餐厨垃圾产甲烷潜力进行了数学模拟。结果表明,混合液COD浓度变化曲线呈逐渐下降的趋势,VFA出现短暂积累,应调控厌氧消化系统的碱度。餐厨垃圾经40 d厌氧消化后,实际生物化学产沼气及产甲烷潜力分别可达559.1、349.7 m L·g~(-1)VS,第20天后累积产气量增加不显著。数学模拟结果表明,餐厨垃圾最初7 d的平均水解常数为0.244 d~(-1),模拟产沼气及甲烷潜力分别可达578.36和363.72 m L·g~(-1)VS,实际产沼气及甲烷潜力分别占模拟产沼气及甲烷潜力的96.7%、96.1%,采用固体停留时间为25~30 d进行厌氧消化较为合理。     

不同来源污泥接种餐厨垃圾厌氧发酵产氢效果研究

在相同接种配比(接种污泥占餐厨垃圾的质量分数为30%)条件下,研究了4种不同来源污泥(压滤污泥、厌氧污泥、曝气污泥和河底淤泥)添加或不添加缓冲剂时对餐厨垃圾厌氧发酵产氢效果的影响.结果发现,在不添加缓冲剂时.4种污泥接种餐厨垃圾厌氧发酵平均产氢量依次为厌氧污泥>河底淤泥>压滤污泥>曝气污泥,接种厌氧污泥的餐厨垃圾平均产氢量最高,达10.11mL(以每克挥发性固体(VS)计,下同);而添加缓冲剂时.4种污泥接种餐厨垃圾厌氧发酵平均产氢量依次为厌氧污泥>曝气污泥>压滤污泥>河底淤泥,接种厌氧污泥的餐厨垃圾平均产氢量也最高,为33.72 mL,且体系pH得以缓冲.     

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。     

餐厨油脂与低热值污泥联合厌氧消化产气

低热值污泥单独厌氧消化产气率低,通过投加高有机质含量的餐厨油脂,与污泥形成联合厌氧消化体系,进行了低热值污泥与餐厨油脂联合中温厌氧消化实验,结果发现:1)当油脂的投配量为50%(G/S(Greases/Sludge)=1,以VS计)和66.7%(G/S=2)时,相较于污泥单独厌氧消化(160.29 m L CH_4·(g~(-1)VS))),产甲烷能力分别提升至724.52 m L CH_4·(g~(-1)VS))和809.33 m L CH_4·(g~(-1)VS);2)调节初始pH,使(G/S=1和G/S=2)2个工况的初始产甲烷能力得到一定程度的恢复,但对于工况G/S=4,油脂的负荷已经远远超过了共消化系统的承受能力,初始产甲烷能力难以得到恢复;3)污泥与餐厨油脂之间相互促进、协同作用,两者联合厌氧消化可有效提高系统甲烷产率。     

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。     

剩余污泥厌氧共消化技术研究现状及应用趋势

污水处理厂碳中和运行目标使得剩余污泥厌氧消化产CH4途径重获新生。然而,剩余污泥量取决于进水中有机物(COD)浓度,而我国污水碳源低的特点决定了不可能仅靠剩余污泥转化能源便完全满足碳中和运行目标。研究显示,多种外源有机废弃物与剩余污泥厌氧共消化可以取得"1+12"的能量转化效果,这就为我国污水处理厂碳中和运行提供了一种潜在能量来源。在简述剩余污泥厌氧共消化技术特性的基础上,对7种典型外源有机废弃物与剩余污泥共消化试验研究进行了归纳,同时列举国外6个业已实现碳中和运行的污水处理厂共消化应用实例,充分说明外源有机废弃物与剩余污泥共消化的工程应用前景。虽然我国目前环境政策限制了污泥厌氧共消化的工程化进程,但污泥与餐厨垃圾、市政修剪花草/树木、旱厕粪便等几种基质共消化将会是共消化的未来研究方向,更是综合解决市政有机固体废弃物的现实需要。     

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。     

餐厨垃圾及其组分一级水解动力学模型研究

基于一级水解模型推导出含有单位可挥发性有机物理论沼气产量(ym,mg/L)与水解常数(k,d-1)组合项的动力学模型,将其应用于餐厨垃圾及其组分在厌氧消化过程中产沼气的特性规律分析,为研究厌氧消化机制提供理论基础。结果表明,除了脂肪厌氧消化拟合的R2为0.899 0,其余的均大于0.9,其中餐厨垃圾的R2为0.992 5,淀粉的R2为0.972 4。说明该模型能很好地反映厌氧消化的实际效果。厌氧消化水解速率依次为淀粉餐厨垃圾纤维素蛋白质脂肪。淀粉、餐厨垃圾、纤维素的k分别为0.198 3、0.089 7、0.013 9d-1,蛋白质、脂肪的k都小于零。单组分中淀粉lnym+lnk为4.983 6,表现出最好的产沼气特性;其次是蛋白质和纤维素,其值分别为2.157 8、2.046 6;脂肪产沼气特性最差,其值仅为0.902 4,与淀粉相比降低了81.89%;餐厨垃圾lnym+lnk为4.329 6,是淀粉的86.88%,产气特性仅次于淀粉。     

剩余活性污泥和厨余垃圾续批式混合中温消化试验研究

将加碱水解和未水解剩余活性污泥与厨余垃圾混合后进行序批式中温厌氧消化,对生化产甲烷势(BMP)进行了测定.剩余活性污泥的水解通过添加NaOH进行,合理的NaOH投量为40 mmol/L,在25 ℃和35 ℃下经过6 h的水解后SCOD水解率分别提高27.4%和31.1%.厨余垃圾、25℃和35℃下水解污泥的最终甲烷产量分别为607、284、312 mL/g(VS),两种水解污泥比未水解污泥分别高出43%、57.6%,水解污泥和厨余垃圾混合消化的可降解能力要优于未水解污泥和厨余垃圾的混合进料.     

矿化垃圾对污泥厌氧消化产甲烷的影响

在序批式厌氧反应器中探究了矿化垃圾对污泥厌氧消化产甲烷的影响。实验结果表明,矿化垃圾能够提高甲烷的产量并且提高甲烷的体积分数。当矿化垃圾投加量由0增加到5 g·L~(-1)时,甲烷的产量也由168.9 m L·(g VSS)-1(挥发性悬浮固体)增加到218.6 m L·(g VSS)-1,体积分数由60%增加至70%。然而继续提高矿化垃圾的投加量至7 g·L~(-1)对污泥厌氧消化造成一定的抑制作用。矿化垃圾的存在能够提高污泥中溶解性化学需氧量(SCOD)的溶出,挥发性脂肪酸的积累进而为产甲烷菌提供了充足的消化底物,从而提高了甲烷的产量。     

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。     

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.