NaOH溶液间歇式处理对互花米草厌氧发酵特性的影响

在中温(35±1)℃条件下,用不同质量分数的NaOH溶液处理一次发酵后的互花米草,并进行批式中温厌氧二次发酵实验.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.结果表明,在总固体含量(TS)为6%的条件下,一次发酵产气率为317mL.g-1(以TS计),甲烷含量为71%,发酵过程中出现酸抑制现象.发酵后原料用4%、6%、8%的NaOH溶液处理后,在TS含量为6%的条件下进行二次发酵,仍均具有很好的产气特性,未出现酸化现象,产气率分别为262、276、282mL.g-1(以TS计),甲烷含量分别为72%、72%、69%.在一次发酵的基础上单位质量TS产气量分别增加了83%、87%、89%.这表明通过NaOH溶液的间歇式处理,能有效地提高互花米草厌氧消化的沼气产率.     

鸡粪与互花米草沼渣混合发酵产甲烷的研究

在中温(35℃±1℃)条件下,采用批式发酵方式,进行了鸡粪与互花米草沼渣不同混合比例的厌氧发酵实验.实验设置鸡粪∶互花米草沼渣干物质(TS)比分别为5∶0(T1)、4∶1(T2)、3∶2(T3)、2∶3(T4)、1∶4(T5)和0∶5(T6)共6个处理.结果表明,经中温干发酵后的互花米草沼渣仍具有一定的厌氧产沼气能力,TS产气量为107.25 mL.g-1,甲烷含量为76.92%,厌氧微生物对互花米草沼渣纤维素的结晶区有一定的破坏作用,厌氧发酵后纤维素的相对结晶度指数CrI下降了5.55%;将鸡粪与互花米草沼渣混合发酵,明显提高了原料的厌氧产气性能,T2的产气效果最好,T1、T3～T6的累积产气量分别为T2的61.31%、62.09%、52.15%、39.74%和31.67%;鸡粪与互花米草沼渣混合发酵的产酸类型为混合型发酵,发酵过程中未出现酸化现象;混合发酵对破坏互花米草沼渣纤维素的结晶区有利,促进效果在1.13%～21.61%.     

造纸污泥与味精废液联合厌氧消化产甲烷性能研究

采用造纸污泥与味精废液间歇式联合厌氧消化产沼气,通过设计总固体(TS)含量、碳氮比(C/N)和接种量等不同的工艺参数,研究了不同工艺条件下各反应器的产甲烷性能.试验结果表明:在中温(37±2)℃条件下,TS含量对系统累积产气量的影响较大,各反应器的累积产气量随TS含量的增加而增加;各反应器的单位质量挥发性固体(VS)累积产气率和TS、VS的去除率随TS含量增加而降低;在TS含量为10%的3组反应器中,造纸污泥:味精废液(w/w)=10∶1的反应器产气效果优于造纸污泥∶味精废液(w/w)=25∶1和70∶1两组处理,这与前者在消化过程中pH值下降最多、酸化能力最强有关;联合厌氧消化累积甲烷产量最大值为5482mL(TS含量为10%,造纸污泥∶味精废液(w/w)=10∶1),单位质量VS甲烷产率最大值为362mL.g-1(TS含量为3%,造纸污泥∶味精废液(w/w)=11∶1),可见这两种工业废物联合厌氧消化具有巨大的产甲烷潜力.     

不同TS浓度下污水厂剩余污泥和生活垃圾混合厌氧消化特性研究

以污水厂剩余污泥和生活垃圾混合物料为研究对象,通过试验研究了TS浓度分别为1％、3％、6％和10％的混合物料的厌氧消化特性.结果表明:混合物料的TS浓度对厌氧消化过程中的产气量、气体中甲烷体积百分含量、物料COD去除率、厌氧消化液pH值和VFAs浓度均有一定影响;TS浓度偏高或偏低均不利于厌氧消化产气,过高的TS浓度还会导致厌氧消化液VFAs浓度积累过高和pH值下降;当混合物料TS浓度为3％时,厌氧消化效果最好,最高日产气量达537 mL,厌氧消化反应结束时累计产气量达7 905 mL,产气中甲烷体积百分含量最高值达到69.1％,至反应终期物料的COD去除率达49.68％,厌氧消化液pH值维持在6.8～7.5,没有出现因VFAs积累而产生的酸抑制现象.     

NaOH处理对互花米草深度气化利用的影响

在实验室条件下,考察了NaOH固相处理用于互花米草中温干式发酵以及一次发酵后沼渣二次发酵的预处理方式的可行性,从产气特性、物质转化等角度进行了系统的分析.结果表明,NaOH处理对互花米草中温干式发酵产气未表现出促进作用,干物质（TS）产气量为358.94 mL/g,仅为CK的92.42%,但甲烷平均含量提高了1.84%...     

市政污泥与玉米秸秆混合高温厌氧发酵产甲烷研究

以实验室自主驯化的二沉池污水为接种物,对我国天津、昭通、太原3个城市的市政污泥和玉米秸秆混合物进行了高温(55℃)厌氧发酵,考察了不同发酵体系下发酵液pH、单日产气量、累积产气量、甲烷产率等指标随发酵时间的变化情况。结果表明:污泥单独发酵几乎不存在酸化现象,稳定后的发酵液pH值高于混合发酵试验组;污泥单独发酵系统的最大单日产气量出现在第1,2天,发酵系统加入玉米秸秆后最大单日产气量出现的时间有所延迟;天津污泥单独发酵(20 g-TS)的累积产气量达到2004 mL,高于其他2组;所有发酵系统的VS去除率均达到40%以上;随着发酵过程稳定,甲烷含量维持在70~85 vol.%,天津污泥单独发酵的甲烷产率达到141.01 mL/g-VS;Modified Gompertz拟合表明污泥单独发酵不符合"S"曲线,该系统下发酵停滞期较短,污泥与玉米秸秆质量比为3:1或2:1时甲烷产率、产甲烷速率和发酵停滞期具有一定优势。     

接种量对猪粪与稻秸混合厌氧发酵的影响

以新鲜沼液为接种物,研究了接种比(接种物与发酵原料TS比例)分别为1.2%、2.4%和4.8%条件下猪粪和稻秸混合干法厌氧发酵的产气特性,分析了发酵过程中日产气量、累积产气量、甲烷含量、p H、TS、SCOD的变化情况。结果表明:各处理发酵过程中均出现两次产气高峰,沼液接种处理组比对照组提前12 d迎来第二次产气高峰;接种比为1.2%的处理组平均单位TS产气率最大,达到315 m L/g-TS,分别比对照组、接种比为2.4%和4.8%的处理组高6.06%、11.31%和3.62%;各处理发酵体系稳定时甲烷含量均达到80%以上。总体来说,适量的接种物能够提高单位TS产气率,增大产气峰值,并加速产气过程,但对总产气量无显著影响。     

接种比例对餐厨垃圾高固体浓度厌氧发酵的影响

文章在12%～18%高固体浓度和中温（35±1）℃条件下,开展了不同接种比例对餐厨垃圾厌氧发酵过程影响的研究。考察了沼气产率、发酵液特性和TS、VS去除率等随接种比例变化的关系。结果表明,接种比例不低于50%的沼气日产率、累积沼气产率和平均甲烷含量显著高于接种量低于25%的发酵过程,并且pH值相较于低于25%的发酵体系能够稳定在6.8～7.2之间。提高接种比例能够降低发酵液中TN、TP和CODcr的浓度。餐厨垃圾与接种污泥TS比为1∶1时,甲烷含量和TS、VS去除率达到最大值,分别为64%、43.6%和52.8%。此时,累积沼气产率为228.6 ml/gVS。     

蚓粪与玉米秸混合厌氧消化实验

在中温(35℃±1℃)条件下,考察了玉米秸不同TS负荷单独发酵和与蚓粪混合发酵对玉米秸厌氧消化过程的影响.结果表明,玉米秸单独发酵时,单位TS产气量随TS负荷的增加先增加后降低,以TS负荷为4.80%的最大,单位TS甲烷产量为217.60 mL/g;当TS负荷为6.00%时,发酵前期出现酸化,pH最低为5.10;混合发酵提高了微生物的活性,增强了系统的缓冲能力,避免了发酵过程可能出现的酸化,玉米秸TS产气量提高了4.42%~58.61%,但对甲烷含量的影响不大,且对碱度的提高并无促进作用;当蚓粪与玉米秸混合比例为2∶3时,玉米秸的TS产气量最高,达410.30 mL/g,甲烷含量为63.21%;厌氧微生物可在一定程度上破坏玉米秸纤维素的结晶区,混合发酵促进了微生物对纤维素结晶区的破坏,以蚓粪与玉米秸混合比例为2∶3时处理的效果最好,破坏率达29.36%.     

有机垃圾单级高固体厌氧消化的中试实验

在中温(37℃)条件下,应用连续式单级高固体厌氧消化技术对有机垃圾进行了实验室规模的处理研究.结果表明:①根据产气量及pH值变化在时间上可划分为酸化阶段、恢复阶段、稳定阶段及过饱和阶段.②经过酸化的过程后,pH值最低达到5.6左右;在恢复阶段反应器内pH值随TS浓度的增加而稳定在6.8～7.8之间,产气量及甲烷气体浓度均增加;③稳定阶段有机垃圾消化反应总体运行状况良好,第125d出现最大日产气量.为91.86 L·d-1,此时消化液TS浓度为14.78%,甲烷气体的浓度50%一55%左右,HRT为20d,生物降解率为65.28%.④超负荷阶段,TS浓度达到17.71%,氨氮浓度为3770 mg·L-1,抑制了产甲烷杆菌的代谢,发酵液的PH值持续下降到5.8左右,生物降解率也下降到48.25%.     

酸解微波预处理对秸秆厌氧消化的促进作用

以秸秆为研究对象,比较微波酸化预处理作用下对秸秆厌氧消化产气特性的影响,实验中研究甲烷产生速率、pH值、甲烷气体体积分数及生物降解率4个参数的变化趋势,结果表明:①微波酸化预处理对秸秆厌氧消化有明显效果,累计产甲烷气量由未被预处理的186.1mL·g-1上升到 245.4～303.4 mL·g-1(以有机物质计),达到最大甲烷产生速率时间由原来的第12d,提前至4～11d不等,最大甲烷产生速率由原来的1411mL·g-1·d-1上升到 18.64～33.19 mL·g-1·d-1;②经过微波酸化预处理的甲烷体积分数由原来的52.1%提高至64.5%左右,其生物能范围也由未处理前的19.71 MJ·m-3提高至24.41 MJ·m-3,物料降解率由未预处理的44.1%,提高至64.25%.     

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.      

预处理对园林垃圾混合物料联合厌氧发酵的影响

采用超声、微波及碱热预处理技术强化园林垃圾、厨余垃圾与果蔬垃圾联合厌氧发酵产气性能,并以未进行预处理的实验组作为对照。结果表明:4组实验pH值在2 d内迅速降低至7.24~7.45,反应后期可稳定在7.7~8.0,表明厌氧消化系统有较强的稳定性。挥发性脂肪酸（volatile fatty acids,VFA）浓度在第2~4天内达到最大值。乙酸和丙酸是4组实验中VFA的主要成分,两者比例之和在70%以上。VFA浓度在第13天后降低到500 mg/L以下,且以乙酸为主。氨氮（TAN）浓度在前4 d内出现一定波动,随后逐渐升高至2190~2410 mg/L。游离氨氮（FAN）浓度呈先降低后增加趋势,并在第13天后逐渐趋于稳定,为144~209 mg/L。沼气中甲烷比例在第2天后均超过50%,并在第11~12天时达到最大值61.4%~63.8%。修正的Gomperts模型模拟结果表明:预处理技术可缩短反应体系厌氧产沼的适应时间,提高前期产气速率。除此之外,超声预处理与碱热预处理可显著提高基质甲烷产率,由未处理时的396 mL/g分别提高到601,536 mL/g,而微波预处理使得反应体系甲烷产量略有降低。     

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.      

酸-碱预处理促进剩余污泥厌氧消化的研究

为提高剩余污泥的厌氧消化效率,投加酸和碱对污泥进行预处理,对比分析了不同预处理方式（单独碱处理、酸-碱处理和碱-酸处理）对污泥水解酸化的影响,并研究了各种预处理方式对后续厌氧消化产甲烷效率的影响.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 d,达到5 406.1 mg.L-1.采用先酸（pH 4.0,4d）后碱（pH 10.0,4 d）预处理,在污泥水解酸化过程中,乙酸产量及其占总短链脂肪酸（SCFAs）的质量分数均高于其他预处理方式,其乙酸产量（以COD/VSS计）可达到74.4 mg.g-1,占总SCFAs的60.5%.酸-碱预处理后污泥混合液的C∶N比值为25左右,C∶P比值在35～40之间,这比单独碱处理和碱-酸处理后的C∶N和C∶P比值更有利于后续厌氧消化.通过对比研究发现,酸-碱预处理后,厌氧消化到第15 d,酸-碱预处理污泥的累积甲烷产量（CH4/VSS加入）达到136.1 mL.g-1,分别是空白对照、碱-酸预处理和单独碱预处理方式的2.5、1.7和1.6倍,厌氧消化效率最高.经过8 d酸-碱预处理和15 d的厌氧消化,挥发性悬浮固体（VSS）总去除率达到60.9%,污泥减量效果比其他预处理要好.很显然,酸-碱预处理方式更有利于污泥厌氧消化及污泥减量化.     

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.     

pH6.0酸性条件下产甲烷EGSB反应器的运行研究

采用中性颗粒污泥接种,运行一个3.1L的EGSB反应器共345d,通过逐步降低pH值,获得了耐酸的产甲烷颗粒污泥并实现厌氧反应器在低pH、低碱度条件下的稳定运行.在pH 6.0,进水COD 3000mg/L,COD容积负荷5kg/(m³·d)时,反应器的COD平均去除率为95.0%,出水总碱度(以CaCO₃计)仅为328.5mg/L,每g去除COD的沼气产量为372.2mL,沼气中甲烷含量约为57.6%;在进水COD 4 000mg/L,COD容积负荷7.5kg/(m³·d)时,COD平均去除率为90.9%,出水总碱度仅为404.8mg/L,每g去除COD的沼气产量为446.3mL,甲烷含量约为55.9%.EGSB反应器在pH6.0～6.1的范围内共运行112d,表明在低pH、低碱度下实现稳定的产甲烷过程是可行的.     

活性污泥及其与秸秆共基质的厌氧消化特性

为分析秸秆对污泥厌氧消化特性的影响,在中温[（35±1）℃]条件下,研究了活性污泥单基质及其与秸秆共基质在SRT（固体停留时间）分别为10和15 d,以及C/N（质量比）分别为5.5:1、10.0:1的情况下,厌氧消化产沼气量及其组分、ρ（NH₄+-N）、ρ（TP）、ρ（COD_Cr）及ρ（VFA）[以ρ（乙酸）计,其中VFA为挥发性短链脂肪酸]的变化特性.结果表明:活性污泥-秸秆共基质厌氧消化在SRT为10、15 d时,累积沼气产量为5 818.0、9 026.0 mL,比活性污泥单基质的沼气产量（4 930.0、7 760.0 mL）分别提高了15.3%、14.0%;共基质所产沼气中φ（CH₄）最高为69.3%,比活性污泥单基质高出15.4%.此外,在SRT为10和15 d时,活性污泥-秸秆共基质厌氧消化COD_Cr去除率分别为25.0%和28.0%,优于单基质的10.2%和13.1%;共基质平均ρ（NH₄+-N）分别为278.5和254.9 mg/L,单基质平均ρ（NH₄+-N）分别为215.6和213.5 mg/L;活性污泥-秸秆共基质平均ρ（TP）分别为168.6和175.9 mg/L,高于活性污泥单基质的129.2和152.2 mg/L.共基质有利于厌氧消化液中有机物的提高,从而增加ρ（VFA）、提高甲烷产量.研究显示,共基质可优化厌氧消化底物的C/N,促进厌氧消化反应,提高产气量.      

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.