电化学预处理对餐厨垃圾-污泥耦合厌氧发酵产挥发性脂肪酸的影响

利用餐厨垃圾-污泥耦合厌氧发酵产挥发性脂肪酸（volatile fatty acids,VFAs）具有广泛的经济和应用价值。本实验考察了在1 V电化学预处理条件下,研究餐厨垃圾占比（空白对照,0%,5%,10%,质量分数）对厌氧发酵生成VFAs产量的影响,从而得出产VFAs的最优条件。研究表明:经过60 min 1 V电化学预处理后,随着餐厨垃圾占比从0%增加到10%,水体中溶解性COD浓度随时间变化迅速增加,最高可达到969~1266 mg/L,随着厌氧发酵的进行转化成VFAs。其中,当餐厨垃圾占比为10%时,VFAs在15 d内最高浓度可达到132.2 mg/L。实验结果表明,电化学预处理可改善餐厨垃圾-污泥特性,加快厌氧发酵过程,同时餐厨垃圾可增加污泥中有机质含量,增加VFAs产量,实现餐厨垃圾-污泥产VFAs的资源化利用途径。     

超声波预处理对餐厨垃圾产VFAs的影响

采用超声波预处理餐厨垃圾以提高产挥发性脂肪酸(VFAs)产率.结果表明,在超声强度720W/L下处理15min后,餐厨垃圾SCOD含量比原样中SCOD提高了1倍,其中有机质中碳水化合物溶出量最大,由原样中8.2g/L提高到处理后的43.5g/L;在pH=6、温度35℃条件下,对含固率约为12%的餐厨垃圾进行厌氧发酵,未预处理和超声处理后的餐厨垃圾产生的VFAs最大值分别达到33.4,42.5g/L,经超声预处理的餐厨垃圾产VFAs的量提高了27.2%.     

以餐厨垃圾水解酸化液为碳源合成PHA研究

研究了餐厨垃圾厌氧发酵产挥发性脂肪酸(VFA)的特性,考察了含固率对餐厨垃圾厌氧发酵产VFA的影响。并分析了以餐厨垃圾水解酸化液为碳源,接种量为3%的情况下,4种不同耐盐菌合成PHA过程对VFA不同成分的利用规律。结果表明:不同含固率的发酵液中VFA总量随发酵时间的进行呈上升趋势,第8天达到最大值,且添加120 g餐厨垃圾的发酵液产出的VFA浓度最高,为7 839.76 mg/L。4种耐盐菌中,Cupriavidus necator合成PHA的能力最强,发酵1 d时PHA含量即可达到110.7 mg/L。所用碳源VFA中具有偶数碳原子的酸含量高于奇数碳原子的酸含量,因此在所得PHA中PHB的含量明显高于PHV。     

邯郸市大气PM_(2.5)中元素特征及健康风险评价

研究了餐厨垃圾厌氧发酵产挥发性脂肪酸(VFA)的特性,考察了含固率对餐厨垃圾厌氧发酵产VFA的影响。并分析了以餐厨垃圾水解酸化液为碳源,接种量为3%的情况下,4种不同耐盐菌合成PHA过程对VFA不同成分的利用规律。结果表明:不同含固率的发酵液中VFA总量随发酵时间的进行呈上升趋势,第8天达到最大值,且添加120 g餐厨垃圾的发酵液产出的VFA浓度最高,为7 839.76 mg/L。4种耐盐菌中,Cupriavidus necator合成PHA的能力最强,发酵1 d时PHA含量即可达到110.7 mg/L。所用碳源VFA中具有偶数碳原子的酸含量高于奇数碳原子的酸含量,因此在所得PHA中PHB的含量明显高于PHV。     

碳同位素解析厌氧产酸过程挥发性有机酸来源

针对厌氧产酸条件下挥发性有机酸（VFAs）来源不明确及定向合成无依据的问题,基于同位素示踪技术对VFAs来源与合成比例进行研究.构建完全的厌氧产酸体系,采用牛血清蛋白、植物油和稳定同位素型葡萄糖（碳13丰度99%）作为反应底物,利用碳同位素示踪原理,定量分析VFAs的来源及其比例.结果表明：碳水化合物（碳13丰度99%）主要贡献偶数型短链脂肪酸的生成,其中对乙酸（HAc）和丁酸（HBu）的 贡献率分别为77%和86%;而蛋白质（碳12）主要贡献奇数型短链脂肪酸的生成,其中对丙酸（HPr）和戊酸（HVa）的贡献率分别为85%和99%.通过改变发酵底物中碳水化合物和蛋白质比例,可以有效调节水解液中奇数型与偶数型短链脂肪酸的浓度和比例,为后期微生物合成高品质聚羟基脂肪酸酯（PHA）提供物质基础.     

Fe0对污泥接种餐厨垃圾厌氧发酵及抗生素抗性基因的影响

在中温条件下以污泥为接种物,以餐厨垃圾为发酵底物,通过向厌氧发酵系统中投加不同量的Fe~0,考察其对餐厨垃圾厌氧发酵过程中日产气量、累积产气量、SCOD、氨氮、挥发性脂肪酸(VFAs)以及厌氧发酵体系中抗生素抗性基因行为特征的影响(包括β-内酰胺类bla OXA-1、bla TEM,大环内脂类erm B、erm F、mef A,磺胺类sul1、sul2,四环素类tet M、tet O、tet Q、tet W、tet X和Ⅰ类整合子int I1)。结果表明:投加Fe~0可以起到提高产气量,促进有机物的水解,缓解酸抑制的作用,当投加20 g/L Fe~0时产气量最高。由于经过湿热水解预处理,原始餐厨垃圾的抗性基因丰度较低,但接种污泥中ermF、tetO、tetQ和tetW的丰度较高,分别为5. 13×10~5,3. 04×10~5,2. 03×10~5,1. 11×10~5copies/g,经厌氧发酵后这4种抗性基因丰度削减明显,但是mefA和tetM的丰度与原始投加物料相比有所增长,投加20 g/L Fe~0与未投加Fe~0相比,mefA、tetM 2种抗性基因的丰度有一定削减。     

预处理对菌接种餐厨垃圾发酵产乙酸的影响

探究了餐厨垃圾微氧发酵产挥发性脂肪酸(VFAs)的强化条件,即5种预处理方式(酸、碱、超声、热及热碱预处理)对餐厨垃圾接种酵母菌和醋酸菌后水解及产酸效果的影响.结果表明,预处理均有效提高了餐厨垃圾微氧发酵产VFAs及乙酸的性能,且产物组成并未发生改变.VFAs中乙酸、丙酸及丁酸分别约占81.81%~92.35%、0.00%~7.48%及6.69%~17.36%.其中,热碱预处理效果最好,在微氧发酵7d后,其发酵液中溶解性化学需氧量、VFAs产量、乙酸产量分别达到22.04、30.08和27.78g/L,较空白实验提高了46.54%、54.34%及77.06%,极大地加快了微氧发酵过程.     

多因素共同作用对中温条件下污泥与餐厨垃圾联合厌氧发酵产H2的影响

污泥与餐厨垃圾联合厌氧发酵产H₂既可减少环境污染,又可制备清洁能源,是一种理想的有机固废处理处置技术。通过4因素5水平正交设计的批式实验及产氢动力学,探究餐厨垃圾C/N、混合体系C/N、含水率、初始pH值4个主要因素共同作用对中温条件下污泥餐厨垃圾联合厌氧发酵产H₂的影响。极差与方差分析结果表明：4个主要因素对联合厌氧发酵产H₂结果影响较明显,而餐厨垃圾C/N和混合体系C/N的交互作用对产H₂结果的影响不显著。不考虑交互作用,以比氢气产量为产H₂效能主要表征指标,最终确定餐厨垃圾C/N为20,联合发酵体系C/N为10,初始pH值为7,含水率为90%时,产H₂效能最佳,此时的累积产氢量为1499.6 mL,比氢气产量为140.96 mL H₂/g DS,最大产氢速率为21.73 mL H₂/h,最大H₂浓度为55.79%。     

餐厨垃圾固态发酵过程中挥发性脂肪酸与产气的变化关系研究

为了研究餐厨垃圾固态发酵过程中挥发性脂肪酸(VFAs)与产气的变化关系,采用中温(37.0±0.2)℃连续式发酵,在完全混合CSTR反应器中连续运行100 d,分析餐厨垃圾固态发酵过程的启动、运行、失衡、失衡后恢复及实现固态发酵全过程各参数的变化趋势,重点研究VFAs各成分与产气、pH等的关系.结果表明,餐厨垃圾固态发酵实验过程可划分为4个时期:适应期(0~13 d)、启动期(14~30 d)、抑制期(31~50d)、恢复及稳定期(51~100 d).不同时期的容积产气率、VFAs及各参数均表现出不同的阶段性变化.在餐厨垃圾固态发酵全过程中,pH保持在5~7之间,正丁酸比例一直处于较高水平;VFAs与pH和容积产气率在初期基本保持反比关系,最终在稳定期达到平衡,均稳定在一定范围内波动.在恢复及稳定阶段以NaOH稀碱液调节当日回流渗滤液的pH值,在第63 d时pH值上升至6.76,VFAs含量稳定在20~22 g·L~(-1)之间,产气量明显提高;在81 d时TS达到20%以上,系统容积产气量和生物降解率均保持相对稳定.     

热碱处理污泥协同餐厨垃圾两相厌氧消化的特性

以热碱处理后的污泥和餐厨垃圾为原料,采用中温两相厌氧消化工艺,研究不同配比的污泥与餐厨垃圾的基质转化规律、产甲烷性能及系统稳定性等特性。结果表明:溶解性多糖及蛋白质在产酸阶段被大量消耗,二者去除率最高分别可达97.2%和70.4%,而餐厨垃圾比例占优的实验组,固态蛋白质溶出速率大于溶解性蛋白质水解速率。热碱污泥与餐厨垃圾混合厌氧消化的产气性能及稳定性明显得到提升,其中混合比例为2∶3的混合组产甲烷性能最佳,甲烷产率达261.6 mL/gVS,比单独餐厨垃圾消化组提升了29.6%,产甲烷过程中8 d实现了80%的甲烷产量,VS去除率最高达45.7%,产甲烷阶段VFAs/碱度小于0.2,系统稳定未出现酸化现象。     

pH值调控柠檬酸污泥厌氧发酵产酸及碳源潜力研究

以柠檬酸废水厌氧颗粒污泥为接种物,在不同pH值调控条件下开展柠檬酸生产废水剩余活性污泥厌氧发酵产酸研究。通过对发酵液挥发性脂肪酸(VFAs)、有机质、氮磷和污泥脱水性能的分析,探讨了柠檬酸污泥厌氧产酸机制。结果表明,pH³10的碱性条件更有利于有机质的溶出从而促进VFAs的产生。三维荧光光谱分析发现在恒定pH值下腐殖酸(HA)和富里酸(FA)会大量溶出降低VFAs的产量。初始pH=10是柠檬酸污泥厌氧产酸的最佳pH值,发酵4d的VFAs浓度最高达(6681.47±126.82)mg COD/L,是文献报道中市政污泥产酸量的近2倍,其中乙酸占比49.8%,发酵后产酸功能菌Chloroflexi、Bacteroidota的相对丰度分别由初始的9.52%、10.87%增至16.84%、14.39%,污泥归一化毛细吸水时间(n_CST)为(11.34±0.27)s×L/g,脱水性能良好,发酵液TP浓度为(20.45±0.33)mg/L。研究表明,利用柠檬酸剩余活性污泥碱性厌氧发酵产酸作为污水处理过程中的外加碳源具有较大潜力。     

污泥厌氧发酵产酸关键影响因素的函数模型研究

本研究以城市剩余污泥预处理液作为底物,调节底物不同C/N比,测定了厌氧发酵过程中几种关键酶的酶活及发酵产物乙酸、丙酸及丁酸的浓度.同时,利用Matlab软件通过回归分析和函数拟合构建了C/N比-关键酶活-酸产量之间的多项式函数模型,发现所建立的二元三次多项式模型的拟合优度R2均大于0.9,且残差平方和较小,因此,判定二元三次多项式更适合描述C/N比-关键酶活-酸产量的数学关系.最后,建立了关键酶活、C/N比和产酸量三因素间的曲面模型,发现该模型能够很好地描述污泥厌氧发酵中C/N比条件对关键酶和产酸类型的影响,并能进一步预测C/N比所对应的酶活和产酸发酵类型,可为今后的实验研究及工程放大提供理论参考.     

C/N比调控污泥厌氧发酵产酸的数学模型研究

采用改进粒子群算法对ADM1模型中的关键参数进行了估计,经敏感性分析,确定了Monod最大比吸收速率、半饱和值、产物对底物的产率等3种参数对产酸速率具有较大影响.应用修正后的动力学参数对ADM1模型在不同C/N比调控下污泥厌氧发酵产酸结果进行了模拟.结果表明,模拟产酸数据和实测数据误差较小,说明修正后的ADM1模型能够很好地描述污泥厌氧发酵中C/N比条件对产酸的影响.     

利用剩余污泥水解酸化液合成聚羟基脂肪酸酯的研究

以城市污水处理厂剩余污泥水解酸化产物为原料,研究了罗氏真养菌(Ralstonia eutropha)H16在水解酸化液中的生长规律和聚羟基脂肪酸酯(PHAs)积累特性,同时分析了H16对水解酸化液中各种有机酸组分的利用规律. 结果表明,以剩余污泥52℃中温水解酸化48h的水解酸化液为培养基,在HAc水解酸化液(C/N/P=100/10/1, TOC＝2881mg/L,乙酸占总有机酸含量36.1%)中,H16最先利用乙酸和正丁酸来进行自身的生长和PHAs的合成,合成的主要产物是聚羟基丁酸酯(PHB);随后开始利用丙酸和正戊酸,在此过程中聚羟基戊酸酯(PHV)的含量也逐步上升,菌体量同步增长, H16在40h左右处于平稳期,并且达到最大积累率为12.51%(占菌体干重);最后利用的是异丁酸和异戊酸,但是此时H16已经进入衰亡期,菌体量和PHAs合成率都在下降.当以HVa水解酸化液(C/N/P=100/10/1, TOC＝2358mg/L,异戊酸占总有机酸含量29.0%)为培养基时, H16在18h达到生长的峰值,24h达到PHAs合成率的最大值为32.14%(占菌体干重),PHV为PHAs的主要形式.     

城镇污水厂剩余污泥厌氧发酵产酸工程示范研究

鉴于污泥厌氧发酵产酸技术的生产规模性研究较少,为深入了解城镇剩余污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸（VFAs）工程的长期运行特征,基于0.3 t/d规模的生产线平台进行了为期240 d的稳定运行研究,考察了长期运行条件下的污泥预处理效果、产酸水平、VFAs回收和经济可行性.结果表明:污泥经热-混碱预处理后溶解性有机物浓度〔ρ（SCOD）,以溶解性COD计〕比原污泥提高了29倍,水解率达到56%.当ρ（TSS）（TSS为总悬浮固体）分别为30和70 g/L时,污泥预处理水解率分别为56%和59%;厌氧发酵产酸率〔以每g污泥有机物生产多少mg VFAs计,R_VFAs〕分别为277和256 mg/g;ρ（TVFAs）（TVFAs为总挥发性脂肪酸）最高可达9.1 g/L,其中乙酸占61.6%.采用聚合氯化铝（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）联合调理能够有效提高发酵污泥的脱水性能,与对照组相比,泥饼的含水率由84.8%降至64.0%,发酵液的回收率由33.7%升至75.7%.经济效益分析表明,设置处理规模为100 t/d时,运行成本为346.6元/t,收益为451.4元/t.研究显示,城镇污水厂剩余污泥厌氧发酵产酸生产线运行稳定,能够实现较好的有机物生物转化与资源化效果,经济可行,具有显著的应用前景.      

高压均质对蓝藻有机质释放与厌氧发酵产酸的促进效果

为提高蓝藻在厌氧发酵过程中的资源化利用率,采用高压均质技术处理蓝藻以提高其厌氧发酵产VFAs（挥发性脂肪酸）的效率,通过对蓝藻进行不同压力和pH的高压均质处理,比较处理后蓝藻营养物质的释放情况,并确定该处理的优选运行条件;同时,对未处理蓝藻、高压均质蓝藻、热碱蓝藻进行厌氧发酵试验,评估高压均质处理对蓝藻发酵产酸效果的影响.结果表明:不同条件下高压均质的蓝藻所释放的有机质均较处理前有所提高,其中高压均质的优选条件为压力100 MPa和pH=11,该条件下ρ（SCOD）（SCOD为溶解性化学需氧量）可达22.74 g/L,比对照组提高了52.34倍.在厌氧发酵试验中,高压均质处理在促进有机质释放的同时,还可以提高底物的可生化性,进而提升产酸量.高压均质蓝藻产VFAs的质量浓度最高达8.22 g/L,是对照组的2.16倍.另外,高压均质处理蓝藻的CST（毛细吸水时间）由热碱预处理蓝藻的2 940 s降至1 940 s,减缓了有机质释放带来的脱水性能的恶化趋势.研究显示,高压均质预处理能够提高蓝藻细胞有机质释放、改善碳源可生化性、促进厌氧发酵产酸量,并且降低了分离回收碳源的难度.      

Co-fermentation of waste activated sludge with food waste for short-chain fatty acids production: effect of pH at ambient temperature

Effect of pH ranging from 4.0 to 11.0 on cofermentation of waste activated sludge (WAS) with food waste for short-chain fatty acids (SCFAs) production at ambient temperature was investigated in this study. Experimental results showed that the addition of food waste significantly improved the performance of WAS fermentation system, which resulted in the increases of SCFAs production and substrate reduction. The SCFAs production at pH 6.0, 7.0, 8.0, and 9.0 and fermentation time of 4 d was respectively 5022.7, 6540.5, 8236.6, and 7911.7 mg COD·L⁻¹, whereas in the blank tests (no pH adjustment, pH 8.0 (blank test 1), no food waste addition, pH 8.0 (blank test 2), and no WAS addition (blank test 3)) it was only 1006.9, 971.1, and 1468.5 mg COD·L⁻¹, respectively. The composition of SCFAs at pH from 6.0 to 9.0 was also different from other conditions and propionic acid was the most prevalent SCFA, which was followed by acetic and n-butyric acids, while acetic acid was the top product under other conditions. At pH 8.0 a higher volatile suspended solids (VSS) reduction of 16.6% for the mixture of WAS and food waste than the sole WAS indicated a synergistic effect existing in fermentation system with WAS and food waste. The influence of pH on the variations of nutrient content was also studied during anaerobic fermentation of the mixture of WAS and food waste at different pH conditions. The release of NH₄⁺-N increased with fermentation time at all pH values investigated except 4.0, 5.0 and in blank test one. The concentrations of soluble phosphorus at acidic pHs and in the blank test one were higher than those obtained at alkaline pHs. Ammonia and phosphorus need to be removed before the SCFAs-enriched fermentation liquid from WAS and food waste was used as the carbon source.     

The performance of a combined nitritation-anammox reactor treating anaerobic digestion supernatant under various C/N ratios

A combined nitritation–anammox reactor was developed to treat the digestion supernatant under various C/N ratios. Due to the difficulties for heterotroph to utilize the refractory organics, the reactor presented relatively stable performance with increasing supernatant addition. Nevertheless, the adverse effects of supernatant would accumulate during the long-term operation and thus weakened the activity and shock resistance of microbes,which further led to the gradual decrease of reactor performance after 92 days' operation.Under this circumstance, supernatant with volatile fatty acids(VFAs) residuals was further introduced into the reactor to investigate the performance of combined nitritation–anammox process with VFA addition. With the appearance of VFAs, the nitrogen removal performance gradually restored and the reactor finally achieved stable and efficient performance with C/N ratio of 0.35. The VFA residuals within 150 mg/L in the supernatant served as the extra electron donors and stimulated the heterotrophic denitrification process, which was vital for the enhancement of reactor. The nitrogen removal rate and total nitrogen removal efficiency reached 0.49 kg N/(m3·day) and 88.8% after 140 days' operation, respectively. The combined nitritation–anammox reactor was proved suitable to treat digestion supernatant.