含固率和接种比对叶菜类蔬菜垃圾厌氧消化的影响

通过叶菜类蔬菜垃圾中温批式厌氧消化实验,比较了含固率(3%、5%、7%)和接种比(1.5、2.5、3.5)对产甲烷效果的联合影响.结果表明,在研究实验参数范围内,含固率越低、接种比越高,越有利于缩短产甲烷反应迟滞期,平均日产甲烷速率越快.经过52d的培养,在含固率为3%、接种比为3.5的工况中,平均日产甲烷速率最快,达到9.5mL/(gVS·d),日最大产甲烷速率最快,达到49.8mL/(gVS·d),最早进入快速产甲烷期.当接种比为3.5时,随着含固率的升高,产甲烷速率下降,迟滞期延长,但单位底物累计产甲烷量增大,含固率7%时单位底物累计净产甲烷量为481mL/gVS.而当接种比为1.5时,含固率为5%和7%的工况均无法启动甲烷化反应,含固率为3%的工况的产气迟滞期达15d.挥发性有机酸的累积抑制甲烷化反应的启动,迟滞期随着液相中有机酸浓度的增加而延长,当有机酸浓度低于1260mg/L,甲烷化反应没有明显的迟滞期.     

含固率和接种比对林可霉素菌渣厌氧消化的影响

通过林可霉素菌渣的中温厌氧消化摇瓶实验,比较不同的含固率(3%、5%、8%、10%)和接种比(0.5、1、2、3)对菌渣产甲烷能力的影响,以确定菌渣厌氧消化的最优工艺条件.结果表明,在研究参数范围内,含固率越低,接种比越高,越有利于甲烷的产生;经过10d的培养,在含固率为3%、接种比为3时的工况中,菌渣的挥发性固体(VS)累计净产甲烷量最高,为106 mL/g;而含固率>5%、接种比2的液态发酵工艺,此条件既能保证厌氧消化不受消化产物(胺和挥发性有机酸)积累的抑制,也可以缓冲菌渣中残留林可霉素对消化微生物可能产生的抑制效应.     

含固率和接种比对菜籽饼中温厌氧消化特性的影响

为充分利用菜籽饼资源,采用全自动甲烷潜力测试系统,开展了不同含固率(2%、4%、6%、8%)和接种比(RIS=1.5、2.0、3.0)的中温批式菜籽饼厌氧发酵试验,分析了不同含固率和接种比对菜籽饼厌氧消化产甲烷特性的联合影响.结果表明:不同含固率和接种比均对发酵启动时间和累积甲烷产量产生影响,且接种比对厌氧消化产气特性的影响大于含固率.在试验研究参数范围内,接种比越大,发酵启动越快;接种比一定时,累积甲烷产量随含固率的增加呈先升高后降低的趋势;在高含固率条件下,累积甲烷产量随接种比的增加而增加.在接种比为3.0、含固率为6%时,获得最大累积甲烷产量,为507.31 mL/g (以VS计).动力学模型分析显示,各处理组均能较好地反映菜籽饼厌氧发酵的产甲烷规律;含固率一定时,接种比越大,产气滞留时间(λ)越短.同时,相比于其他发酵原料,菜籽饼作为厌氧消化原料的潜力较为明显.研究显示,不同含固率和接种比条件下菜籽饼的产甲烷性能差异较大,可为菜籽饼厌氧消化工艺的优化提供理论依据,从而提高菜籽饼资源的综合利用率.     

含固率和接种比对菜籽饼中温厌氧消化特性的影响

为充分利用菜籽饼资源,采用全自动甲烷潜力测试系统,开展了不同含固率(2%、4%、6%、8%)和接种比(RIS=1.5、2.0、3.0)的中温批式菜籽饼厌氧发酵试验,分析了不同含固率和接种比对菜籽饼厌氧消化产甲烷特性的联合影响.结果表明:不同含固率和接种比均对发酵启动时间和累积甲烷产量产生影响,且接种比对厌氧消化产气特性的影响大于含固率.在试验研究参数范围内,接种比越大,发酵启动越快;接种比一定时,累积甲烷产量随含固率的增加呈先升高后降低的趋势;在高含固率条件下,累积甲烷产量随接种比的增加而增加.在接种比为3.0、含固率为6%时,获得最大累积甲烷产量,为507.31 mL/g (以VS计).动力学模型分析显示,各处理组均能较好地反映菜籽饼厌氧发酵的产甲烷规律;含固率一定时,接种比越大,产气滞留时间(λ)越短.同时,相比于其他发酵原料,菜籽饼作为厌氧消化原料的潜力较为明显.研究显示,不同含固率和接种比条件下菜籽饼的产甲烷性能差异较大,可为菜籽饼厌氧消化工艺的优化提供理论依据,从而提高菜籽饼资源的综合利用率.     

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.      

含固率对超声联合热碱预处理及厌氧消化的影响

含固率是影响污泥预处理效果的重要因素。对含固率为1.5%、5%、10%的污泥进行超声联合热碱预处理及厌氧消化,以探究含固率对污泥破解效果及产气量的影响,发现VSS的减少率和氨氮的增长率随污泥含固率的提高而减小。厌氧消化27d后,经预处理作用后污泥的含固率为1.5%、5%、10%,VSS浓度较原泥依次减少了64.5%、54.6%、20.1%,氨氮浓度较原泥依次增加了97.3%、47.5%、25.6%,厌氧消化产气量较原泥分别增加了32.0%、40.1%、18.9%,且产气量均在第20天之前便达到了原泥30 d的总产气量。综合考虑污泥体积、总减量效果以及产气量,采用含固率5%的污泥进行预处理以及后续的厌氧消化过程更合适。     

不同含固率下零价铁提升厨余垃圾高温厌氧消化产沼体系运行稳定性研究

相比中温（35 ℃）厌氧消化,高温（55 ℃）厌氧消化中微生物代谢活性强,处理效率高,且无害化水平高,适合厨余垃圾的资源化处理及 利用.但由于厨余垃圾易降解,有机质含量高,水解速率快,极易在厌氧消化前期出现酸积累现象,这种现象在高温厌氧消化中更为显著,从而严重制约着高温厌氧消化的应用.本研究探究了零价铁（ZVI）对高温厌氧消化过程酸化现象的消除和控制,并对投加ZVI后不同含固率下 厌氧反应器严重酸化现象缓和效果进行评价.结果表明,高温条件下含固率为4%、6%的反应器在ZVI的促进作用下很快恢复产沼,甲烷产率相较低负荷反应器分别提高了52.05%、10.51%.含固率为8%的投加ZVI反应器在经历一个月的延滞期后也消除了“过酸化”,甲烷含量稳定在60%以上, 甲烷产率达到270.40 mL·g^-1.以加ZVI反应器沼液作为接种物的H-ICS反应器能够降低氢分压,但未能消除“过酸化”.含固率为10%的反应器在反应结束后仍处于酸化状态.高通量测序结果表明,所有外加ZVI的反应器中嗜氢产甲烷菌是绝对的优势菌.在恢复产沼的H-ZVI反应器以细菌Defluviitoga产生的乙酸盐、CO₂、H₂和丁酸转化来的乙酸为底物,嗜氢产甲烷菌Methanothermobacter作为唯一优势产甲烷古菌,与互营乙酸氧化菌Syntrophaceticus相互作用,实现互营乙酸氧化产甲烷（SAO-HM）途径,恢复产甲烷代谢.     

餐厨垃圾厌氧消化工艺的影响与优化

从厌氧消化工艺选择、产甲烷性能优化和联合消化等3个方面,概述了近年来国内外餐厨垃圾厌氧消化产甲烷工艺的研究进展,比较了国内外的研究差异,提出我国餐厨垃圾厌氧消化处理产甲烷性能优化及工业化应用的研究方向。     

接种对厌氧消化产气的影响研究进展

厌氧消化是一种高效的废物处理方法,接种是影响厌氧消化能否成功启动的重要因素。文章从接种物的种类、接种量两方面讨论了接种对厌氧消化产气的影响,包括对厌氧产气量、产气速率和产甲烷速率的影响,指出以猪粪为底物时,一定接种量范围内,厌氧消化的产气率和甲烷产率随接种量的增加而增大,而当接种量过大时,产气率和甲烷产率反而随着接种量的增大而减小。最后,对接种对厌氧消化影响的研究作了展望。     

厨余垃圾厌氧消化产甲烷速率经验模型的修正研究

分别通过单相和两相厌氧消化实验,对厨余垃圾产甲烷累积产量曲线进行了拟合.结果表明,单相厌氧消化产甲烷累积产量曲线符合二次函数关系,相关系数(R2)为0.9982;两相厌氧消化产甲烷累积产量曲线符合线性函数关系,相关系数(R2)为0.9972.以拟合函数为基础,在考虑系统负荷的前提下,建立了基准状态下的产甲烷速率经验模型,通过引入pH抑制系数和氨氮抑制系数对建立的产甲烷速率经验模型进行了修正.对经验修正模型预测结果进行了实验验证及误差分析.结果表明, 在检验水平a=0.01条件下,单相厌氧第1组和第2组试验数据试验数据与模型预测值的显著性检验统计量F分别为486.22和268.63,均远大于临界值(F0.99(1,58)=7.12);两相厌氧第1组试验数据和第2组试验数据与模型预测值的显著性检验统计量F分别为421.69和372.56,也远高于其临界值(F0.99(1,58)=7.12).说明该模型能很好地预测单相和两相厌氧消化产甲烷累积产量,且计算过程简单.     

梧州市生活垃圾高固体厌氧发酵产甲烷

以梧州市的生活垃圾为原料,针对其难降解部分含量相对较高的特点,进行高浓度中温[(35±2)℃]批式厌氧消化实验,主要研究TS的3个设置浓度对厌氧消化稳定性及性能的影响.结果表明,分别为20%、25%和30%的3种TS均能实现稳定的产甲烷过程,在整个过程中没有明显产生挥发性脂肪酸的抑制,pH能实现自稳态调控;TS为20%、25%和30%的厌氧消化的累积产甲烷量为93.06、105.92和117.23L/kgVS;较低的总固体浓度有助于缩短厌氧发酵周期,而较高浓度可提高产甲烷效率.     

Influence of temperature on performance of anaerobic digestion of municipal solid waste

The influence of temperature on the performance of anaerobic reactors for treating the organic fraction of municipal sohd waste （OFMSW） was studied. Batch digestion of OFMSW was carded out for 32 d at different temperature （25℃, 35℃, 45℃ and 55℃） conditions for total solid concentrations （TS） 17% with the ratio of total organic carbon to nitrogen （C/N） being, 25：1 respectively, while keeping other parameters constant such as inoculum, start-up pH, reactor volume （2 L） and so on. Temperature can influence the methanogenic bacteria activity, accordingly inhibiting the OFMSW biodegradation and stabilization efficiency. Anaerobic reactors excelled at TS reduction, total volatile solid reduction, chemical oxygen demand reduction, increasing cumulative biogas production, whose rate was at temperature （35℃ and 55℃） conditions. Methane concentration in the biogas was above 65% in four reactors. In addition, the fluctuation of temperatures resulted in the biogas production variation. The data obtained indicated that temperature had a significant influence on anaerobic process.     

碱浸泡预处理对固体有机物厌氧消化的影响研究

为提高稻草的产气量并确定最理想的NaOH用量,采用不同浓度的NaOH溶液对稻草进行了浸泡预处理,并在完全混合厌氧消化工艺条件下,分析消化过程的pH值、VFA、COD和产气量等随时间的变化情况.结果表明,在经过NaOH溶液的浸泡处理以后,稻草厌氧消化的气体产量提高了38%～119%,其中甲烷含量从46%提高到59%,VS的去除率从38%提高到51%.实验证明,NaOH溶液对稻草的厌氧消化能力具有显著的促进作用,但Na 的存在也对消化造成了一定的阻抑作用.综合考虑实验结果后认为,浓度为6%的NaOH溶液的处理效果最为理想.     

蔬菜类废物两相厌氧消化水解酸化相颗粒降解规律

研究蔬菜类废物两相厌氧消化过程中水解酸化液物化性质随水解时间的变化情况,结合总有机碳(TOC)、溶解性有机碳(DOC)、颗粒粒径和溶解性有机物(DOM)分子量的分析,探讨了蔬菜类废物水解酸化过程中TOC溶出和颗粒降解之间的关系,分析了水解酸化相颗粒物降解规律.实验结果表明,蔬菜类废物水解过程可以分成两个阶段:易水解的颗粒物在前5d迅速水解,TOC浓度迅速升高,在第5d达到最大值4920mg/L,水解产生颗粒态物质的二次平均直径从第1d的58.38μm降至第5d的4.64μm,有机物快速溶出,DOC/TOC比值在第4d达到最大值85%,该水解过程可用Contois模型模拟;第5d后,难水解颗粒物质的缓慢水解起主导作用,颗粒态物质的二次平均直径从4.64μm开始逐渐增大,并稳定在8.97~10.68μm范围内,TOC和DOC溶出率逐渐降低,且DOC溶出率小于TOC溶出率.大分子溶解性有机物的降解也主要集中在水解过程的前5d,水解第1d产生的大分子DOM(1.6×109~1.9×109Da)到第5d已经全部降解成分子量在5×104~4×106Da的DOM;第5d过后,DOM的分子量分布情况并未发生较大变化.表明蔬菜类废物两相厌氧消化工艺过程中水解时间可缩短为5d.     

作为厌氧发酵原料的水分选有机垃圾特性分析

对水分选有机垃圾（WSOFMSW）的固体有机部分（SOF）和气浮污泥部分（AFS）进行采样,分析它们的成分及生化特性,并在此基础上进行小试规模（30L）的厌氧发酵产甲烷实验.结果表明：SOF的惰性部分为18%,可降解部分（挥发性固体）为72%,其中,碳水化合物、蛋白质和脂肪分别为40.4%、21.8%和9.8%;AFS的惰性部分为2%,可降解部分为82.4%,其中,碳水化合物、蛋白质和脂肪分别为53.5%、19.2%和9.7%.SOF的金属含量比AFS高,主要金属元素为Ca、Fe、Al、K、Na和Mg.在重金属中,Zn、Mn、Ni、Hg和Cr的含量超过堆肥产品的限制值.WSOFMSW在标准温度和压力（0 ℃ 和1.013×105 Pa ,文中以STP表示）下的理论产甲烷能力为484 m3 ·t-1(以VS计),实验甲烷产率为273 m3 ·t-1,中试甲烷产率为245 m3 ·t-1,每吨湿WSOFMSW产甲烷32 m3.水分选有机垃圾在厌氧消化过程中不会发生重金属、挥发性脂肪酸和氨氮抑制,但是厌氧消化启动时间较长,需要20 d.     

Effects of mixture ratio on anaerobic co-digestion with fruit and vegetable waste and food waste of China

The biochemical methane potentials for typical fruit and vegetable waste (FVW) and food waste (FW) from a northern China city were investigated, which were 0.30, 0.56 m3 CH4/kgVS (volatile solids) with biodegradabilities of 59.3% and 83.6%, respectively. Individual anaerobic digestion testes of FVW and FW were conducted at the organic loading rate (OLR) of 3 kg VS/(m3 day) using a lab-scale continuous stirred-tank reactor at 35°C. FVW could be digested stably with the biogas production rate of 2.17 m3/(m3 day) and methane production yield of 0.42 m3 CH4/kg VS. However, anaerobic digestion process for FW was failed due to acids accumulation. The effects of FVW: FW ratio on co-digestion stability and performance were further investigated at the same OLR. At FVW and FW mixing ratios of 2:1 and 1:1, the performance and operation of the digester were maintained stable, with no accumulation of volatile fatty acids (VFA) and ammonia. Changing the feed to a higher FW content in a ratio of FVW to FW 1:2, resulted in an increase in VFAs concentration to 1100–1200 mg/L, and the methanogenesis was slightly inhibited. At the optimum mixture ratio 1:1 for co-digestion of FVW with FW, the methane production yield was 0.49 m3 CH4/kg VS, and the volatile solids and soluble chemical oxygen demand (sCOD) removal efficiencies were 74.9% and 96.1%, respectively.     

有机垃圾序批式厌氧消化水解动力学模型研究

在传统一级模型中引入水解有机颗粒表面积,推导并建立了片状颗粒、圆柱形颗粒和球形颗粒有机物水解修正一级模型.片状颗粒模型与传统一级模型的表达式相同.圆柱形颗粒模型和球形颗粒模型的水解速率与未水解颗粒有机物浓度并非服从一级反应动力学,而是分别与未水解颗粒有机物浓度的3/2和5/3次方成正比,且与颗粒有机物的初始浓度有关.通过试验求得有机垃圾的传统一级模型、圆柱形颗粒模型和球形颗粒模型的水解速率常数分别为0.2493、0.5378和0.6741d-1.模型预测结果与残差分析表明,有机垃圾的形状更接近于圆柱形或球形,修正一级模型比传统一级模型能更好地预测有机垃圾的水解过程.     

餐厨垃圾中温干法厌氧消化快速启动实验研究

为研究餐厨垃圾在进行干法厌氧消化时,利用高含固率消化液作为接种物进行快速启动的可行性,采用两组分别含有低含固率消化液和高含固率消化液的平行反应器,研究了在(35±1)℃完全混合反应器(CSTR)中进行的餐厨垃圾干法厌氧消化的启动性能.结果表明,在同样43d的启动过程中,使用高含固率消化液作为接种物的反应器的有机负荷可成功地增加到10.0kg·m-3·d-1(以VS计),而使用低含固率消化液作为接种物的反应器的有机负荷只能达到3.5kg·m-3·d-1(以VS计).与传统启动相比,快速启动没有停滞期,且拥有较短的恢复期;快速启动的启动速度是传统启动的2.5倍.恢复期之后,在相同的有机负荷下,快速启动的沼气和甲烷产率、甲烷产量及VS降解率都较传统启动呈现出较好的性能.     

A comparative study on the alternating mesophilic and thermophilic two-stage anaerobic digestion of food waste

An alternating mesophilic and thermophilic two stage anaerobic digestion(AD) process was conducted. The temperature of the acidogenic(A) and methanogenic(M) reactors was controlled as follows: System 1(S1) mesophilic A-mesophilic M;(S2) mesophilic A-thermophilic M; and(S3)thermophilic A-mesophilic M. Initially, the AD reactor was acclimatized and inoculated with digester sludge. Food waste was added with the soluble chemical oxygen demand(SCOD) concentrations of41.4–47.0 g/L and volatile fatty acids of 2.0–3.2 g/L. Based on the results, the highest total chemical oxygen demand removal(86.6%) was recorded in S2 while S3 exhibited the highest SCOD removal(96.6%). Comparing S1 with S2, total solids removal increased by 0.5%; S3 on the other hand decreased by 0.1 % as compared to S1. However, volatile solids(VS) removal in S1, S2, and S3was 78.5%, 81.7%, and 79.2%, respectively. S2 also exhibited the highest CH4 content, yield, and production rate of 70.7%, 0.44 L CH4/g VSadded, and 1.23 L CH4/(L·day), respectively. Bacterial community structure revealed that the richness, diversity, evenness, and dominance of S2 were high except for the archaeal community. The terminal restriction fragments dendrogram also revealed that the microbial community of the acidogenic and methanogenic reactors in S2 was distinct. Therefore,S2 was the best among the systems for the operation of two-stage AD of food waste in terms of CH4production, nutrient removal, and microbial community structure.