产气肠杆菌燃料电池产电机制研究

基于铁还原菌的微生物燃料电池（MFCs）与基于产氢细菌的MFCs各有优劣,前者能量利用效率高,但底物利用范围有限;后者底物利用广泛,但其依靠悬浮细胞产电,电子回收率较低.本研究以1株具有铁还原活性的产氢菌Enterobacter aerogenes XM02为产电微生物,构建了3种不同阳极材料的空气阴极MFCs,通过输出电压和库仑效率的比较以及扫描电镜观察阳极形貌等方法对此菌的产电机制进行探讨.结果发现,采用比表面积大且具有氢催化活性的碳毡作为阳极材料时,可显著改善MFCs性能,库仑效率由载铂碳纸阳极MFC的1.68% 提高至42.49%,远高于已报道的其它产氢菌燃料电池.扫描电镜证实大量细菌细胞附着在阳极表面,形成阳极生物膜.采用非生长基质实验排除悬浮细胞的产电作用,证明附着在阳极的生物膜对产电起主导作用,认为生物膜原位产氢-氧化是此菌的主要产电机制.     

添加污泥饼补充氮源的农作物秸秆高固体厌氧消化启动研究

采用高固体厌氧消化工艺处理农作物秸秆,并利用污水处理厂污泥饼进行氮源补充,既可以减轻对秸秆和污泥处置带来的环境污染,更能产生大量的沼气能源和有机肥,缓解农村的能源供给压力和过度使用化肥造成的土壤贫瘠.对2个高固体厌氧消化反应器启动阶段的变化规律进行了研究,结果表明,秸秆经过NaOH化学预处理并投加5％左右的污泥调节C/N后,厌氧消化效果良好.启动期共计930 h,启动阶段完成了厌氧污泥活性的恢复和菌种的驯化.启动期结束时,进料含固率约为12%～16%,产气速率为0.15～0.18 L/h.启动阶段pH的变化和产气情况的变化呈现出较为明显的相关性.1号反应器的TS和VS降解率分别为54%和65%,2号反应器则为67%和75%.启动阶段COD浓度较低,为1 000～6 000 mg/L,氨氮浓度为200～600 mg/L.     

垃圾填埋场产气速率模型研究

结合前人的工作,分段建立了产气速率模型。自配垃圾试样进行有机物降解实验,根据试样降解的化学反应方程式及实验期间试样的质量变化,得到试样的产气量,由此计算试样的产气速率,确定了模型参数。实验结果表明:试样在实验初期产气速率增加较快,达到产气高峰后逐渐降低。用建立的模型进行产气速率计算,计算结果与实测数据比较接近,说明本文建立的模型是可靠的。     

模拟新型联合生物反应器填埋场产气速率规律的研究

为了有效利用和管理生物反应器填埋场的填埋气体,减少其稳定过程中温室气体的排放,将厌氧型生物反应器填埋场和准好氧矿化垃圾生物反应床相结合,探索了厌氧-准好氧联合型生物反应器填埋场中厌氧生物反应器填埋场单元的产气规律。研究表明：在产酸阶段,ANBL单元的产气速率在填埋2d后快速达到峰值（1#ANBL为188L/d,2号ANBL为192L/d,3号ANBL为216L/d）,随后迅速下降,并稳定在0-12L/d之间,其变化主要受外界温度和回灌频率的影响。     

UASB处理生物废水的中试研究

介绍了UASB处理生物废水的效果,探讨了废水容积负荷、温度的影响,以及pH值、产气量的变化。     

多元回归和BP人工神经网络模型对混合厌氧消化产气量的预测研究

在中温且控制pH值条件下,对脂肪类单基质和城市污水厂剩余污泥进行混合厌氧消化试验。基于多元回归原理和BP人工神经网络原理,对其建立产气量预测模型。由实验数据计算得出:两个阶段多元回归模型的预测平均准确率分别为75.69%和79.29%;BP神经网络模型的预测平均准确率为79.05%。通过对比两种模型的预测结果可知,两种模型都有较高的预测准确率,但BP模型的预测准确率更高,更适用于混合厌氧消化产气量预测。     

外循环式UASB反应器处理槟榔废水

在中温（35±2℃）条件下,利用外循环式UASB反应器处理中高有机浓度的槟榔加工废水,并着重探讨了水力停留时间（HRT）对厌氧消化的影响。研究表明,当反应器稳定运行,水力停留时间为1 d,进水COD浓度5 000 mg/L左右,容积负荷在2.53-5.25 kg COD/（m3·d）时,COD去除率在38%以上,出水COD〈3 000 mg/L,平均产气率为0.41 m3/kg COD;若水力停留时间延长至4 d,容积负荷为1.26-1.30 kg COD/（m3·d）,COD去除率可以达到79%,出水COD〈1 200 mg/L,出水可生化性下降,BOD5/COD平均为0.28,实验取得了良好的处理效果,为利用厌氧技术处理槟榔加工废水提供了设计依据。     

pH值对玉米秸秆厌氧消化产气的影响

采用批式实验,研究了(35±0.5)℃、搅拌速度65 r/min的厌氧消化体系中,pH值对玉米秸秆厌氧消化产甲烷的影响,分析了消化液相及固相特性的变化.结果表明,厌氧消化第7～9天时各系统VFA浓度均达到最大值,pH值为7和9时,挥发性脂肪酸(VFA)浓度显著高于其他系统,SCOD向VFA的转化效率较高.pH值为9时累积产气量增加速度最快,最大累计产气量达到134.33 mL/g VS.pH值为7时累计产气量最大,高达149.2 mL/g VS,是pH值为5和11系统的3.23和6.71倍.pH值为7和9时,沼气中甲烷的平均含量分别为64.1％和62.5％,比pH值为5和11的系统提高了约10％.pH值为7和9时VS去除率达到67.68％和58.87％,显著高于其他系统.控制厌氧消化pH值在7～9范围内可以有效提高木质纤维素生物质的产气效率.     

固化/稳定化处理污泥填埋气液转化模式

固化/稳定化污泥进行填埋产生填埋气,产气规律是指导填埋气收集处理系统设计的重要依据。通过构建大型填埋柱模拟填埋实验,研究不同固化材料添加量污泥气液转化规律。实验结果表明,原泥和固化污泥产气规律分为2种类型:前期产气速率呈线性增加,达到最大速率后产气速率呈指数降低。低添加量的固化污泥,产气分3个阶段,分别为产气抑制期、增长期和衰减期。高添加量固化污泥,产气只有一个阶段,产气速率随着时间推移逐渐减小,产气量很小。固化污泥降解过程就是有机质含量降低,气体产量、含水率增加相互转化过程,达到固化材料添加量25%时,水分和气体产生量均很小,降解受到很强抑制,产气150 d左右稳定,产气量很小,无需单独设置气体收集系统。