产酸相最佳发酵类型工程控制对策

对二相厌氧消化工艺的研究证明,产酸发酵阶段对整个厌氧生物处理系统运行的成败起着关键的作用,作为产酸发酵三种类型之一的乙醇型发酵被证明是产酸相的最佳发酵类型。采用连续流二相厌氧生物处理系统,对产酸相乙醇型发酵在实际工程中能够直接控制的运行参数进行了研究与探讨。试验结果表明,产酸相乙醇型发酵的最佳参数：温度为34～38℃,pH为4.0～4.4,Eh为－300～－400mV,HRT为5～6h;污泥负荷应不大于4gCOD/gVSS·d,以2.5gCOD/gVSS·d最佳。     

厌氧活性污泥工艺生物发酵产氢能力研究

为了获得廉价氢气,开发新能源,利用厌氧活性污泥对有机废水的发酵作用制取氢气,应用研制的连续流生物制氢反应器进行试验。结果表明,碳水化合物的产氢─产酸过程是通过乙醇型发酵。在最佳运行条件下,产氢能力达0.42～0.47LH2/L·h,气体产率达0.3m^{3发酵气/kg进水COB。还探讨了COD容积负荷、搅拌器转速等运行参数对产氢能力的影响,提出了获得较高产氢能力的工程控制对策,为进一步开发生物制氢技术,实现工业化提供了依据。}     

pH、ORP制约的产酸相发酵类型及顶级群落

由于利用效果存在一定差异，不同产酸相发酵类型的末端产物作为产甲烷细菌的底物，影响整个二相厌氧生物处理系统的稳定、高效运行。pH、ORP作为产酸相系统中的非生物因子，在一定程度上影响产酸相发酵类型的形成。本实验采用连续流搅拌槽式厌氧反应器（CSTR）考察并分析了特定pH、ORP组成对产酸相发酵类型决定情况，同时以种群生态学理论为基础，确立了受pH、ORP制约的不同发酵类型的顶级群落及优势种群。     

pH值对有机废水厌氧产酸发酵影响研究

利用厌氧污泥对有机废水的发酵产酸作用,考察pH值对系统产酸效果的影响,从而确定最佳的产乙酸pH值。结果表明:控制系统pH值在4.0~4.5的条件下,乙酸为主要末端发酵产物,厌氧污泥的产酸效果较好,且pH=4.3时效果最佳;而当进水碱度>300 mg/L,氧化-还原电位Eh在-250 mV时,可以保证乙醇型发酵的最佳pH值范围,获得理想的产酸效果。     

两相厌氧系统中产甲烷相有机酸转化规律

研究了两相厌氧系统产甲烷相中有机酸转化规律.以产酸相、产甲烷相COD负荷分别为41.5 kg/(m³·d)、6.05kg/(m³·d)的连续流试验装置培养种泥,运行稳定后,进行静态试验采用气相色谱仪(GC-122型)分析有机酸组成及含量结果表明,反应器相同位置的微生物降解转化有机酸速率快慢依次为:乙酸＞乙醇＞丁酸＞丙酸;利用乙醇产乙酸的微生物与产甲烷菌所需最佳pH值范围相近;乙醇型发酵是充分发挥两相厌氧系统功能的最佳发酵类型;在产甲烷反应器中,大部分挥发酸的最终降解都要经历乙酸降解途径才能完成,造成乙酸的降解转化相对缓慢,成为厌氧工艺中的限速步骤.     

乙醇型发酵过程优化及代谢调控分子机制

乙醇型发酵是3种主要厌氧产酸发酵类型之一.乙醇型发酵细菌具有高产氢效率、耐酸性、自凝集生长和发酵产物可直接被产甲烷利用等优势,因此被广泛关注和研究.近年来,在乙醇型发酵产氢过程优化和代谢途径研究方面取得了大量进展.本文对乙醇型发酵产氢反应器优化和运行控制、高效产氢细菌分离和代谢调控分子机制,以及耦合系统强化能源回收等研究进展进行了综述.此外,本文提出了乙醇型发酵的可持续高效产氢及代谢产物的定向回收梯级利用的思路,探讨了乙醇型发酵制氢技术的发展趋势和未来应用中存在的问题.     

2-CSTRs两相厌氧消化系统在不同乙醇回收率下的联合产能

以2-CSTRs(连续流搅拌釜式反应器)两相厌氧消化系统的能量转化率为主要研究对象,以氢气、乙醇及甲烷为目标产物,在不同有机负荷下,通过控制反应参数使产氢相反应器内部环境呈现乙醇型发酵状态,并将产氢相出水经回收乙醇后作为产甲烷相反应基质,研究在不同乙醇回收率下2-CSTRs两相厌氧消化系统产能效率.结果表明:当乙醇回收率在0~50%范围内时,系统产能率、能量转化率及基质降解率随乙醇回收率的增加而增加.当乙醇回收率控制在50%时系统可获得最佳运行结果,与未回收乙醇时相比,系统的日产能率平均高约32.63%,能量转化率平均高约17.53%,基质降解率平均高约12.85%.     

不同pH下糖蜜废水的厌氧产酸发酵类型及微生物群落结构解析

为寻求厌氧产酸发酵反应器的适宜控制参数和微生物学机制,以ACR(厌氧接触式发酵制氢反应器)为试验平台,通过分阶段调控反应器的pH,考察不同pH下ACR系统的产酸发酵类型和产氢性能,并采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术对微生物群落结构进行了解析.以糖蜜废水为基质,以城市污水厂剩余污泥为种泥,在污泥接种量(以MLVSS计)为3.58 g/L、进水ρ(COD_Cr)为5 000 mg/L、HRT为12 h条件下,分别考察了系统在pH为6.0～6.5、5.5～6.0、5.0～5.5、4.5～5.0条件下的运行特性.结果表明,在pH为4.5～5.0时,系统中以Ethanoligenens harbinense YUAN-3为代表的产氢菌群占优,呈现典型的乙醇型发酵特征,活性污泥表现出的产氢性能最佳,其氢气转化率和污泥的比产氢速率分别为1.9 mol/mol和7.8 mmol/(g·d).在pH为5.5～6.5、5.0～5.5的条件下,Clostridium tyrobutyricum strain A1-3、Propionibacterium sp.B2M2分别成为优势菌群,系统分别呈现出丁酸型发酵、混合酸发酵类型.研究显示,随着pH的改变,系统内的产酸发酵菌群随之发生更迭,在不同pH控制水平下形成不同的顶级微生物群落结构,进而使得系统呈现出不同发酵类型和产氢性能.      

水力停留时间对复合式厌氧折流板反应器乙醇型发酵制氢系统的影响

水力停留时间(HRT)是厌氧生物制氢工艺的重要工程参数.以红糖废水为底物,研究了HRT对复合式厌氧折流板反应器(HABR)作为乙醇型发酵制氢系统产氢效能的影响.结果表明,在设定的8~36 h范围内的5个HRT中,当HRT为12 h时,HABR制氢系统的效果最佳,产氢速率为13.86 mmol·(h·L)-1,COD去除率为51.51%,五格室的pH值在4.22~4.47之间,液相主要产物为乙醇和乙酸,第1~5格室乙醇和乙酸的比值分别为1.90、1.94、1.80、1.77、1.91,最佳能量生产为11.11 kJ·(h·L)-1.     

EGSB厌氧发酵垃圾渗滤液制氢的启动特性研究

利用厌氧膨胀颗粒污泥床(EGSB),对生活垃圾堆肥厂初期渗滤液的厌氧生物发酵制氢启动特性进行了研究,探讨了反应器对渗滤液中COD、总氮、总磷的去除效果和产氢能力.结果表明在中温35℃±1℃,有机负荷1.4~16.7 g/(L.d),pH为5.0~5.5的条件下,经过20 d的适应期后,EGSB反应器可以实现连续稳定产氢.在水力停留时间为30 h,液体上升流速为3.0 m/h的稳定运行阶段,最高产氢率为1 460 mL/(L.d),氢气含量为19%~33%,COD去除率为50%~70%,总磷、总氮的去除率稳定在40%~70%、32%~65%.液相末端发酵产物中乙醇和乙酸总含量占挥发性脂肪酸(VFA)总量的80%以上,发酵类型以乙醇发酵型为主.     

果蔬废弃物厌氧消化特征及固体减量研究

采用两相厌氧消化工艺处理固体果蔬废弃物,反应液在系统内循环使用,研究了果蔬废弃物产酸发酵类型、产甲烷相对消化产物的利用顺序和果蔬固体减量效果。结果表明,在酸化阶段,挥发酸总量最高达5800mg/L,其中丁酸占45%、戊酸占23%、乙酸占20%、丙酸和乙醇占10%左右,属于丁酸型发酵;产甲烷相对挥发酸的利用顺序为乙醇>丁酸>戊酸>丙酸>乙酸,产甲烷阶段体系ORP为-480mV左右;在厌氧消化处理过程中,反应液中COD由开始时的10000mg/L降至反应后期2000mg/L左右,COD去除率达80%以上;同时,果蔬固体物质去除率达到98.6%,果蔬废弃物减量效果明显。     

连续流生物制氢反应器乙醇型发酵的运行特性

采用连续流搅拌槽式反应器(CSTR),利用厌氧活性污泥,在制糖废水产酸发酵过程的同时制取氢气.探讨了生物制氢反应器连续流稳定运行的工程控制参数.研究表明,在污泥接种量为15g/L、温度为35℃±1℃、COD容积负荷为40kg/(m³·d)、HRT为4h、系统pH、氧化还原电位(ORP)分别在4.6～4.9、-450～-470mV等条件下,可以实现连续流生物制氢反应系统乙醇型发酵的高效稳定运行.此时,液相末端发酵产物中乙醇和乙酸的含量占挥发酸总含量的80%以上,COD去除率22%～26%,气相中的氢气含量约为40%～58%,最大产氢能力为7.63m³/(m³·d).     

水葫芦加动物排泄物两相厌氧生物处置工艺

水葫芦加动物排泄物两相厌氧生物处置,每1 kg鲜水葫芦乎均产气量为330 L,为水葫芦直接两相厌氧处理的3.4倍左右。气体中甲烷含量为74%左右,系统出水COD在150～235mg/L之间,SS在40mg/L左右。在系统稳定运行过程中,产酸相处于乙酸化状态。该工艺启动期短,有效地克服了现有沼气发酵池运行过程中所存的浮泥、污泥结块等现象,提高了有机物的厌氧产气率和工艺运行的稳定性,具有较大的实用价值。      

对比分析HRT对ACR乙醇型和丁酸型发酵制氢系统的影响

以糖蜜废水为基质,采用两套厌氧接触式发酵制氢反应器(ACR)分别在p H为4.5~5.0、5.5~6.0下的启动和运行,以分别考察乙醇型和丁酸型发酵系统在不同水力停留时间(HRT)下的运行特性.结果显示,当进水COD=5000 mg·L-1,HRT从12 h缩短至4 h时,乙醇型发酵制氢系统中的产氢微生物菌属得到不断富集,在HRT=4 h时,系统的产氢速率和污泥比产氢速率分别达到30.1 L·d-1和13.5 mmol·g-1·d-1;而HRT的缩短使得丁酸型发酵系统内生物量减小,导致底物的转化率下降,反应器在HRT为8 h时,系统获得最大产氢速率,为9.3 L·d-1.研究结果也表明,在HRT为4~12 h的运行中,ACR乙醇型发酵系统的产氢效能始终优于丁酸型发酵制氢系统,其单位基质的氢气转化率约为丁酸型发酵的1.5~2.2倍.     

不同产酸发酵菌群产氢能力的对比与分析

重点对乙醇型发酵菌群和丙酸型发酵菌群的产气及产氢能力进行了对比研究,并对发酵菌群由丙酸型演替为乙醇型过程中的产氢速率变化进行了分析.在有机负荷相同的条件下,乙醇型发酵菌群表现出较高的产氢速率和比产氢速率,最大产氢速率为14.99L/d,最大比产氢速率为3586.45mmol/(kg·d).而丙酸型发酵菌群产氢速率和比产氢速率都较低,分别为3.62L/d,196.46mmol/(kg·d)生物制氢反应器在运行中维持乙醇型发酵更有利于获得较高的氢气产量,应尽量避免丙酸型发酵的发生.     

水绵发酵产乙醇工艺构建及条件优化

水绵干燥样中含有大量的淀粉、纤维素等碳水化合物,利用水绵制备生物乙醇,不仅可以拓宽生物乙醇的原料来源,还可以缓解水体富营养化现象。对水绵干燥样成分进行分析后,通过自行构建的水绵发酵产乙醇工艺,考察了预处理混合物中稀硫酸用量、纤维素酶用量、预水解时间、预水解温度、发酵时间和发酵温度对产乙醇浓度的影响;利用响应面中心组合设计法和响应面分析法,得到了水绵发酵产乙醇工艺参数的回归模型,并在回归模型预测出的优化条件下进行了放大倍数的产乙醇试验,采用Logistic模型基于1st Opt软件,得到能描述水绵发酵产乙醇全过程的分段优化模型。试验结果表明:水绵干燥样中淀粉、纤维素等碳水化合物约占水绵干重的67.53%,水绵发酵产乙醇具有巨大的潜力;最佳产乙醇条件为纤维素酶(10万u/g)与水绵干燥样的投加质量比1∶1、预水解温度50℃、预水解时间50 min、发酵温度40℃,产物乙醇的最佳浓度可达5.61 g/L,以原料计算的乙醇得率为28.1%(g/g);在最佳产乙醇条件下,最大乙醇浓度为5.715 8 g/L,最大乙醇产生速率为0.691 9 g/[g/(L·h)]。该结果对水绵发酵产乙醇工艺参数的选择及对产乙醇全过程的调控具有指导意义。     

pH对果蔬、园林垃圾混合厌氧水解产酸的影响

采用厌氧水解技术处理果蔬、园林混合垃圾,探究pH值对产酸效果的影响。在45℃、pH=6的条件下,第11天时反应器内消化液的挥发性脂肪酸(VFA)浓度达到最大值12.94 g/L,是未调控pH条件下VFA浓度的3.37倍,同时使达到最大值的时间减少了20%,大大提高了产酸效率。同时,调控pH可以促进溶解性有机物(SCOD)转化为挥发性脂肪酸,VFA/SCOD在pH=6条件下第11天时达到最大值,为48.73%。进一步对比分析不同条件下的消化液VFA组分和氨氮浓度,调控pH=6可使发酵类型从乙醇型发酵转为丁酸型发酵,也有利于蛋白质的分解。     

不同底物种类对厌氧发酵产氢的影响

在批式培养试验中以人工配置的废水为原料,以厌氧消化污泥作为天然产氢菌源,通过厌氧生物发酵制备生物氢气,研究了不同底物葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、木糖、乳糖对产氢能力的影响,以及生物制氢发酵过程中液相组成的变化,并对产氢动力学和细菌生长动力学进行了分析.结果表明,5种底物中最佳的底物是葡萄糖,氢气含量、累积产氢量和氢气产量最高可达到49.52%、67.21 L/mol、3.23 mol/mol.发酵产氢代谢产物以丁酸和乙酸为主,乙酸的含量占到26.76%～40.49%,丁酸的含量占到37.60%-58.07%.并含有部分丙酸和乙醇,属于丁酸型发酵.丁酸/乙酸比值可作为衡量氢气产生效率的一个指标,比值越大产氢量越高.实验中氧化还原电位均在-300 mV以下,以厌氧为主.Gompertz模型能够很好地拟合其产氢过程和产氢菌生长过程.     

产酸-硫酸盐还原系统中产酸菌的发酵类型及其与SRB的协同作用

通过间歇实验和连续流试验 ,探讨了利用产酸相处理硫酸盐有机废水时产酸菌 (AB)的主要发酵类型、硫酸盐还原菌(SRB)对底物的利用规律以及系统中这两大菌群间的协同关系 .间歇实验结果表明 ,AB的液相末端产物中乙醇占 3 5 6 %、乙酸占 3 7 7% ,同时有氢气产生 ,属于乙醇型发酵类型 .SRB容易利用的底物为氢气、乙醇和乳酸 ,不易利用乙酸、丙酸和丁酸 .SRB将乙醇转化为乙酸 ,而乙酸极少被继续转化 ,导致反应器内出现乙酸积累现象 .连续流试验结果表明 ,系统中硫酸根还原效果与产酸菌和硫酸盐还原菌的协同作用状态密切相关 :当产酸菌和硫酸盐还原菌处于较好的协同作用状态时 ,系统对硫酸根的转化率较高 ;反之则使硫酸根的转化率降低     

C/N比对厌氧颗粒污泥生理生化的影响

研究了进水的初始C/N对厌氧颗粒污泥发酵类型及产甲烷活性的影响.投加钼酸钠抑制产甲烷菌的一组实验主要研究产酸阶段C/N比对厌氧颗粒污泥的作用,发现初始C/N为12、56、156时,形成的是丁酸型发酵;当初始C/N为200时,可实现乙醇型发酵.不同的C/N比对产酸阶段微生物的胞外聚合物也有一定的影响.随着C/N比的减少,胞外聚合物的总量、胞外多糖以及胞外蛋白质都呈现先增大后减少的趋势,C/N比为56时达到最大值.未加钼酸钠的一组实验研究了C/N比对产甲烷活性的影响,发现C/N比为200时有最高的COD去除率和产甲烷活性;随着C/N比的减小胞外聚合物的总量先减少后增加,厌氧颗粒污泥胞外聚合物在C/N比为200时总量达到最大值.在C/N比为156时胞外蛋白质达到最大值.通过红外光谱发现,C/N比对厌氧颗粒污泥表面基团也有一定的影响,C/N比为200时,出现1350~1260cm-1波段的峰.其他3种C/N比下无该波段的峰.