两相厌氧消化工艺处理鸡粪

以鸡粪为发酵原料,采用序批式两相厌氧消化工艺在中温条件(37℃)下对其进行消化处理。分别将水解酸化相和产甲烷相pH值控制在5.5±0.3和7.0±0.3,通过改变进样含固率(TS)研究有机负荷(OLR)对两相消化系统处理鸡粪过程中污染物转化和去除效果的影响。结果表明,水解酸化相出水总有机碳(TOC)、挥发酸(VFAs)和氨氮(NH4+-N)浓度都随OLR升高而升高。VFAs组成相对稳定,其中乙酸占总VFAs浓度的57%～64%,其次为正丁酸和丙酸。产甲烷相出水TOC和VFAs稳定在较低水平,TOC去除率最大达到90%以上。产甲烷相进水氨氮主要以NH4+形式在反应器内不断积累。实验后期产甲烷相生物气中甲烷体积分数维持在64%上,证明两相消化系统在实验条件下良好运行。     

花生粕和淘米水联合发酵产酸的协同效应

为了研究2种典型有机废物花生粕和淘米水联合发酵产挥发性脂肪酸(VFAs)的协同效应。根据不同配比设计了6组C/N,采用批式厌氧发酵工艺,考查各组的VFAs产量及组成、pH、氨氮和溶解性糖原的变化。结果表明:通过与花生粕空白组和淘米水空白组对比,C/N=15∶1和25∶1协同效应均显著,VFAs最高浓度分别为11 939.95 mg·L~(-1)和17 228.06 mg·L~(-1);利用响应曲面法分析预测在C/N=26.24,发酵时间为10.54 d时,产VFAs效果最优;C/N=69∶1协同效应均显著、C/N=156∶1协同效应均不存在。C/N=15∶1和25∶1的VFAs产量与pH均呈显著正相关、与氨氮均呈极显著正相关、与溶解性糖原均呈极显著负相关。由此可知,C/N=15∶1和25∶1产VFAs效果较好。     

不同pH值条件下Fe3+、Cu2+和Zn2+对厨余垃圾两相厌氧消化水解酸化过程的影响

通过间歇实验研究了在pH=7和不调节pH两种情况下添加不同浓度的Fe3 、Cu2 和Zn2 对厌氧消化水解酸化阶段有机酸组分和含量的影响.结果表明,pH=7时,添加50 mg/L Fe3 和30 mg/L Cu2 ,有利于厨余垃圾水解酸化过程的进行,反应生成的VFA(挥发性脂肪酸)含量增加.不调节pH时,添加100 mg/L以下的Fe3 和Cu2 对VFA含量也有所促进,但乳酸含量也增加.在2种pH条件下添加Zn2 对反应的促进或抑制作用均不明显.     

污泥性质对污泥水解酸化效果的影响

采用3组构造一致的完全混合流态水解酸化反应器,分别以同等浓度的絮凝污泥、初沉污泥和剩余污泥作为底物污泥,在温度35℃,初始p H=10的反应条件下,研究污泥性质的差异对污泥水解酸化产物及产率的影响。实验结果表明:与初沉污泥、剩余污泥相比,絮凝污泥更易水解产酸发酵,至第9天水解产SCOD达到最大值2 713.2 mg/L,第7天酸化产VFAs达到峰值1 392.7 mg/L。3种污泥酸化产VFAs的主要组分均为乙酸和丙酸,但絮凝污泥VFAs组分中乙酸、丙酸这种优势更加明显,其所占比例分别高达48.9%和27.2%。此外,3种污泥水解酸化产碳源的同时均伴随着氮、磷元素的释放,整体而言,絮凝污泥产酸发酵中氮、磷元素的释放量及释放率均较低。     

超声处理与碱性调节的组合强化低挥发分城市污泥水解酸化

为提高低挥发分城市污泥水解酸化的效率,采用超声处理与碱性调节组合的手段强化水解酸化过程,探讨组合的方式、条件及其作用效果。通过先进行碱性调节再超声处理与先超声处理再进行碱性调节2种组合方式下的6种组合条件,分析水解酸化过程SCOD、VFAs、氮、磷的变化情况。实验结果表明,2种组合方式的各条件均可促进污泥水解酸化;超声处理后即调pH为9.5的组合条件较其他组合条件更有利于有机质的转化和VFAs的产生,SCOD的转化率达到20.46%,VSS可降低约40%,在5 d水解酸化过程中污泥水解酸化液HAc/VFAs均高于50%,VFAs最高达1 072.51 mg/L;而各组合条件对水解酸化过程中氮磷的释放影响不大。研究指出,超声处理后即进行碱性调节的组合条件能显著强化低挥发分城市污泥的水解酸化效果。     

不同类型污泥中非溶解性有机物水解产酸特性研究

分别以化学生物絮凝污泥(以下简称絮凝污泥)、初沉污泥和剩余污泥3种污泥为基质,对比研究了不同类型污泥中的非溶解性有机物的水解产酸特性,并进一步考察了水解酸化产物挥发性脂肪酸(VFAs)的产量和组成。结果表明,与初沉污泥和剩余污泥相比,絮凝污泥的水解酸化性能最优,稳定运行期间,絮凝污泥单位质量挥发性悬浮固体(VSS)的VFAs产量为(410.3±26.8)mg/g,分别为初沉污泥和剩余污泥的1.2、1.9倍。此外,絮凝污泥水解酸化产生的VFAs结构最优,乙酸占VFAs的比例高达64.3%(质量分数),絮凝污泥水解产酸发酵液中C/N、C/P均远高于典型城镇污水处理厂生化处理系统进水需求,可以作为后续生物脱氮除磷过程的优质补充碳源。     

进料浓度对鸡粪连续中温厌氧消化的影响

针对高固体鸡粪厌氧消化运行困难问题,利用完全混合式厌氧反应器(CSTR),通过逐级提高进料总固体浓度(TS)的方法,研究不同进料TS((5.20±0.56)%、(7.24±0.36)%、(9.30±0.26)%和(6.22±0.26)%)的鸡粪连续中温厌氧消化效果。实验结果表明,进料TS由(5.20±0.56)%提高为(9.30±0.26)%,挥发性固体(VS)产气率由(0.64±0.05) L·g~(-1)下降为0.07 L·g~(-1),有机物去除率明显减少,挥发性脂肪酸(VFAs)由(0.53±0.02) g·L~(-1)累积至(1.62±0.02) g·L~(-1),总氨氮浓度(TAN)和游离氨浓度(FA)分别由(1.06±0.11) g·L~(-1)和(0.07±0.02) g·L~(-1)累积至3.40 g·L~(-1)和0.68 g·L~(-1),消化过程受到氨抑制。采用Boltzmann模型对不同氨氮浓度下VS产甲烷率和VS去除率进行模拟,拟合结果表明,TAN升高所引发的FA持续累积导致高固体鸡粪厌氧消化氨抑制逐步形成,与VS产甲烷率相比,VS去除率对氨氮的抑制响应具有滞后性。降低进料TS至(6.22±0.26)%,氨抑制得到有效缓解,但反应器处于"抑制稳定状态"。因此,为保证反应器长期高效平稳运行,建议鸡粪连续中温厌氧消化的进料浓度不超过7.24%。研究为高固体鸡粪厌氧消化的工程化应用提供参考。     

草本植物添加对脂肽强化污泥厌氧发酵生产短链挥发性脂肪酸的影响

脂肽可以强化污泥厌氧发酵生产短链挥发性脂肪酸(SCFA),但污泥本身固有C/N过低限制了SCFA的产生量。向污泥厌氧发酵体系中添加草本植物以提高发酵基质的C/N,结果表明草本植物的添加有助于强化污泥厌氧发酵的水解和酸化过程,发酵基质最佳C/N为20∶1(质量比),此时厌氧发酵体系溶解性化学需氧量(SCOD)最大值为6 564 mg/L,SCFA的最大积累量为423mg/g(以单位干质量挥发性悬浮颗粒物中的COD质量计,下同),显著高于污泥单独厌氧发酵体系(SCOD最大值为1 352 mg/L,SCFA的最大积累量为248 mg/g)。机制分析表明,适宜的C/N可以为厌氧微生物提供良好的生长环境进而促进蛋白质和多糖的溶出,强化酸化过程中关键酶的活性,但对甲烷累积产量却没有明显影响,因此有助于SCFA的积累。     

氨氮浓度对猪粪厌氧消化及产甲烷菌群结构的影响

氨氮抑制是影响高含固厌氧消化推广应用的主要因素之一。通过批式实验,采用外源氨氮投加方式,考察了厌氧消化过程中不同氨氮浓度对鲜猪粪产甲烷效果和产甲烷菌群结构的影响。结果表明:氨氮添加量为2 000 mg·L~(-1)(TAN≈3 596.7 mg·L~(-1))时,日产甲烷速率及累积产甲烷量均明显下降;添加量大于4 000 mg·L~(-1)(TAN≈5 618.7 mg·L~(-1))时,氨氮抑制加剧,出现VFAs累积、产甲烷高峰期后移、丙酸降解失败。不同氨氮投加量下猪粪中挥发性固体(VS)产甲烷率分别为(369.0±17.3)、(318.5±7.6)、(234.7±2.5)、(165.4±19.4)mL·g~(-1),产甲烷效率较对照组分别下降14%、36%和55%。超过4 000 mg·L~(-1)的外源氨氮投加促使产甲烷菌群结构发生显著变化,乙酸利用型产甲烷优势菌Methanosaeta逐渐被Methanosarcina代替,而氢利用型产甲烷菌属中Methanospirillum的优势性逐渐被Methanoculleus和Methanomassiliicoccus取代,说明后者均有较强的氨氮耐受性。主成分分析和冗余分析表明,高浓度氨氮会促使产甲烷途径由乙酸利用型为主向氢利用型为主转变。     

利用逐级提高进料浓度的方法启动完全混合反应器处理鸡粪

为了改进完全混合反应器(continuous stirring tank reactor,CSTR)厌氧消化处理鸡粪的启动效果,通过逐级提高进料鸡粪浓度的方法在CSTR中进行中温(36?C)厌氧消化的启动实验,实验分为2个步骤:污泥适应性驯化和消化能力提升,即通过间歇添加2%浓度鸡粪的方法驯化活性污泥;利用逐级提高进料鸡粪浓度(2.1%、3.2%和5.2%)的方法提高污泥消化能力。结果表明:通过逐级提升进料鸡粪浓度的方法能够驯化出处理一定浓度鸡粪的活性污泥,当进料鸡粪浓度达到5.2%时,CSTR进料有机负荷(organic loading rate,OLR)、总固体含量(total solid,TS)去除率和产沼气量分别达到1.5 g·(L·d)~(-1)、60%和1 L·(L·d)~(-1),甲烷体积分数稳定在(65±3)%左右,总氨氮浓度最高达到1 200 mg·L~(-1),没有出现氨抑制的现象,污泥活性随进料鸡粪浓度提升而逐步得到驯化,从而成功启动反应器正常运行。为CSTR厌氧消化处理高氮基质启动提供了新的方法,具有重要的理论和实践意义。     

稻秆负荷与pH对稻秆厌氧发酵产酸系统启动过程的影响

为探讨稻秆负荷（即稻秆VS/污泥VSS）与发酵pH对稻秆厌氧发酵产酸系统启动过程产挥发性脂肪酸（VFAs）效果的影响,利用厌氧搅拌罐反应系统考察在不同的稻秆负荷（0.556、0.945、1.334和1.724 g/g）和不同的发酵pH（8.0、9.0和10.0）启动运行条件下的产酸性能,并分析了系统启动过程产酸与稻秆主要成分降解之间的关系。实验结果表明,VFAs浓度随稻秆负荷提高而增大,随发酵pH的升高而降低;发酵18 d时,发酵pH为9.0时,稻秆负荷1.334 g/g的产酸效果最好,VFAs浓度与稻秆产酸量分别为4 385.10 mg/L和2.19 gVFAs/g稻秆,此时半纤维素、纤维素和酸性洗涤木质素降解率分别为32.69%、22.53%和6.40%;稻秆负荷为0.945 g/g条件下,VFAs浓度在pH为8.0时达到最高值4 409.51 mg/L,此时稻秆降解量也最多,半纤维素、纤维素和酸性洗涤木质素降解率分别为28.60%、47.32%和22.69%。研究表明,稻秆负荷与发酵pH通过影响稻秆半纤维素、纤维素和木质素的降解影响稻秆厌氧发酵产酸的进程和效果。     

酸碱调控及底物浓度对木糖发酵产酸特性的影响

以木糖为碳源采用间歇培养方式,对木糖厌氧发酵产酸进行研究。考察木糖浓度和初始pH值对木糖厌氧产酸的影响。结果表明,随着木糖浓度的增加,总产酸量得到提高,但木糖利用率却呈现下降的趋势。当木糖浓度为5 g/L时,其利用率为100%,15 g/L时利用率为73.9%,此时挥发性脂肪酸(VFAs)为9.22 g/L。木糖的分批投加可有效促进产酸,尤其是促进乙酸浓度的提高。pH为5.0和6.0左右时,VFAs主要成分为乙酸和丁酸;而pH为7.0～9.0时,乙酸含量明显增高,在pH值为8.0的条件下乙酸含量占总VFAs的80.1%。在pH=8.0时经过8 d左右的发酵,VFAs浓度可达9.34 g/L。     

挥发性脂肪酸对厌氧干式发酵产甲烷的影响

为了提高中温干式厌氧间歇发酵效率,研究了发酵过程中间产物———挥发性脂肪酸对产甲烷的影响。实验分2批进行,第1批在牛粪发酵过程中分别添加乙酸、丙酸和丁酸,第2批发酵添加易产生挥发酸的厨余垃圾混合发酵。结果显示,添加单一挥发酸的发酵过程中,添加丙酸的产甲烷速度较慢,因为丙酸降解生成乙酸的速度较慢,减慢了甲烷的形成;混合发酵过程厨余垃圾产甲烷速度比牛粪快,发酵过程产生2个产气高峰;牛粪和厨余垃圾固体物质含量比在11∶1到5∶1范围内较好,比牛粪单独发酵产气多,产酸高但不酸败,产生的挥发酸主要是乙酸和丙酸,其中比例为7∶1混合发酵的产甲烷速率最大,为4.89 mL/(g VS·d)。实验表明,牛粪厌氧干式发酵过程添加一定量的厨余垃圾可加快挥发酸的产生并提高挥发酸产量,从而提高甲烷的产量,但是总挥发酸长时间超过10 000 mg/L,pH降到不适于产甲烷菌生长的范围时,将抑制甲烷的生成,挥发酸积累导致厌氧发酵酸败。     

低温条件下硝化污泥的驯化

为了在低温13～14％下取得较好的硝化效果,分3个温度阶段25℃,16～17℃,13—14℃对活性污泥进行了驯化培养,研究了进水氨氮浓度和混合液COD对硝化污泥的影响。实验结果表明,硝化污泥经过驯化培养后,氨氮去除率可达80％以上,且在DO浓度为2ing／L,pH为6．7～7．5,进水氨氮为300mg／L,混合液COD为80mg／L条件下,硝化污泥能取得较快的增长,氨氮平均去除率可达89％。     

吹脱法预处理皮革废水的实验研究

对某皮革厂综合废水进行吹脱预处理实验,综合考察了影响氨氮去除的各个因素(pH值、汽液比、吹脱温度、氨氮初始浓度),同时对该预处理工艺去除铬、SS(悬浮固体浓度)、COD和硫化物的条件进行了优化,并进行了能耗及运行成本估算。结果表明:该厂皮革废水的最佳吹脱工况为pH=11,气液比=1 800,温度25~35℃,在此条件下,当进水ρ(NH3-N)=304.7 mg/L、ρ(Cr)=65.0 mg/L、ρ(SS)=1 700 mg/L、ρ(COD)=2 700 mg/L、ρ(S2-)=112.3 mg/L时,相应的去除率可达78.1%~83.5%、96.4%、88.2%、45.6%和85.0%,且吹脱法对氨氮具有较高的抗冲击负荷能力,吨水处理成本约为3.61元,可作为皮革废水的预处理工艺。     

沼液中臭味物质的去除方法及其对营养物质的影响

采用臭氧曝气法、粉末活性炭吸附法、颗粒活性炭过滤法、臭氧曝气-粉末活性炭吸附联用法、空气曝气-粉末活性炭吸附联用法对沼液中的氨气、硫化氢、吲哚、挥发酚类等主要致嗅物质的去除情况进行了研究,同时分析了不同方法对沼液中营养物质TN、DN、TP、DP等的影响。结果表明,采用粉末活性炭吸附法处理沼液,臭味物质的去除情况以及营养物质的保留效果最好,当粉末活性炭投加量为15 000 mg/L时,沼液中的硫化氢、吲哚、挥发酚已经完全去除,氨氮、氨气的去除率分别为11.42%、13.98%;DN、DP含量分别减少了10.46%、19.53%,但是TN、TP含量分别增加了6.26%、9.63%。     

低强度空气搅拌对猪粪秸秆固体产酸发酵效果影响

以猪粪和秸秆为混合发酵原料,在沼液回流条件下考察空气搅拌对固体产酸发酵效果的影响.结果表明,实验周期内,空气搅拌与对照实验酸化产物中,乙酸分别占VFAs总产量的86.4%和84.3%,丙酸分别占7%和4%,而琥珀酸则分别占11.6%和6.6%;空气搅拌产酸发酵实验总VFAs产量低于对照实验,但挥发性固体含量(VS)去除...     

混合水解对打捆麦秸水解产酸的影响

为研究混合水解对麦秸水解产酸的影响,以猪粪、厨余和蔬菜废物为原料,研究其分别与麦秸混合水解产酸的特性,分析了水解过程中pH值、COD、SCOD和VFAs的变化。结果表明,除麦秸＋蔬菜废物最佳出料时间为3～9d外,麦秸、麦秸＋厨余垃圾、麦秸＋猪粪水解液最佳出料时间均为3～7d,7d后水解液COD浓度下降;将蔬菜废物与麦秸混合水解,水解液pH值降低幅度最大,水解液中总有机酸浓度最高,pH值最低为5．31,有机酸浓度最高达6．46g／L,且水解液中SCOD浓度、SCOD／COD比值最大;添加猪粪明显促进了麦秸有机物的水解溶出,麦秸单位干物质水解率和产酸率较对照分别提高了43％～134％和50．53％,但对提高水解液SCOD浓度、SCOD／COD比、TVFA浓度、降低水解液pH值的效果不如蔬菜废物;添加厨余垃圾的效果介于猪粪和蔬菜废物之间。从促进麦秸水解产酸的角度,以添加猪粪的效果最好。     

Solids separation coupled with batch-aeration treatment for odor control from liquid swine manure

Previous studies on solids/liquid (S-L) separation for odor control from swine manure indicated that the practice might not technically be feasible because of the complexity of removing the fine particles, which are usually the major source of the odor problems. This study coupled S-L separation by sedimentation with an aeration treatment to quickly break down the fine as well as dissolved solids. Results showed that S-L separation of manure prior to aeration, at the same level of aeration, took only 1.5 days compared to 3 days needed for the control, to bring down volatile fatty acids (VFAs) to the "threshold of unacceptable level". In addition, it took 2.3 and 5 aeration-days for VFAs to reach the "acceptable level" for the separated liquid manure and the control, respectively. Results also showed that within the three weeks of post-aeration storage, the VFAs in the separated liquid manure consistently stayed 13.5 folds below the acceptable level. In the unseparated manure, the VFAs gradually increased upwards from 2.2 folds below acceptable level achieved at the end of aeration treatment, to 1.38 folds below the acceptable level at the end of the third week of storage and looked poised to definitely rise above the acceptable level in a matter of days. A strong relationship (R=0.99) between pH and the VFAs in the manure suggested that; degradation of VFAs rendered manure more basic as shown by the increase in pH. After only three days of aeration, the oxidation reduction potential (ORP) in the separated liquid manure stabilized at a much higher level of -15 mV, while the ORP in unseparated manure stabilized at a much lower level of -200 mV. The S-L separation treatment thus significantly improves the oxygen transfer efficiency, which in turn significantly reduces the aeration power needed to maintain adequate ORP if prolonged aeration is desired.     

Urea removal coupled with enhanced electricity generation in single-chambered microbial fuel cells

High concentration of total ammonia nitrogen (TAN) in the form of urea is known to inhibit the performance of many biological wastewater treatment processes. Microbial fuel cells (MFCs) have great potential for TAN removal due to its unique oxic/anoxic environment. In this study, we demonstrated that increased urea (TAN) concentration up to 3940 mg/L did not inhibit power output of single-chambered MFCs, but enhanced power generation by 67% and improved coulombic efficiency by 78% compared to those obtained at 80 mg/L of TAN. Over 80% of nitrogen removal was achieved at TAN concentration of 2630 mg/L. The increased nitrogen removal coupled with significantly enhanced coulombic efficiency, which was observed for the first time, indicates the possibility of a new electricity generation mechanism in MFCs: direct oxidation of ammonia for power generation. This study also demonstrates the great potential of using one MFC reactor to achieve simultaneous electricity generation and urea removal from wastewater.