零价铁对餐厨垃圾厌氧消化产甲烷的影响研究

针对餐厨垃圾厌氧消化酸抑制而造成的消化效率低和产气量低等问题,在中温((37±1)℃)条件下,通过向厌氧消化器中投加不同量的零价铁(Fe~0),考察其对餐厨垃圾厌氧消化过程中pH、挥发性脂肪酸(VFAs)、日产气量、COD及累计产气量的影响。结果表明,投加1 000mg/L Fe~0对餐厨垃圾厌氧消化酸抑制的缓冲作用最好,可保证厌氧系统的稳定及最佳运行,第10天的VFAs转化率比对照组(CK组)提高了36.21%;COD去除率比CK组高13.10百分点;日产气量峰值为1 728mL;25d的累积产气量为10 108mL,比CK组高35.01%。     

餐厨垃圾高温厌氧消化

在中试规模下,研究餐厨垃圾高温厌氧消化试验,通过监测餐厨垃圾厌氧消化过程中产气量、气体组成等产气情况和消化液中pH值、SCOD、NH4+-N、VFAs等化学指标含量变化,确定餐厨垃圾厌氧消化的最大有机负荷,并分析餐厨垃圾高温厌氧消化技术的可行性,结果表明,在工程上餐厨垃圾单独进行高温厌氧消化产甲烷具有技术可行性,但难以保证系统长时间安全稳定运行;餐厨垃圾厌氧消化正常运行时最大有机负荷可达2.551 kg VS/(m3.d);当系统有机负荷为2.551 kg VS/(m3.d)时,每天每千克VS最高可产生甲烷量0.622 m3;氨氮对餐厨垃圾厌氧消化产甲烷影响明显;餐厨垃圾中固有Na+含量对厌氧消化产甲烷影响不明显。     

青岛市餐厨垃圾与菜市场垃圾混合高温厌氧消化研究

在中试规模下,研究青岛市餐厨垃圾与菜市场垃圾混合(质量比1∶1)高温厌氧消化实验,通过监测厌氧消化过程中产气量、气体组成等产气情况和消化液中pH值、SCOD、NH3-H、VFAs含量和组分等化学指标变化,确定混合厌氧消化的最大有机负荷,并分析混合高温厌氧消化技术的可行性,结果表明,(1)青岛市餐厨垃圾与菜市场垃圾混合高温厌氧消化产甲烷具有技术可行性;(2)混合厌氧消化的最大有机负荷可达4.069 kg VS/(m3.d);(3)当系统最大有机负荷时,每天每千克VS最高可产生甲烷量0.346 m3;(4)混合厌氧消化可削减氨氮对餐厨垃圾单独厌氧消化产沼气的影响。     

氧化铁对不同有机负荷下餐厨垃圾厌氧消化产气的影响

进行了餐厨垃圾(FW)和接种污泥(Ⅰ)基于不同VS比(分别为FW/I=1,FW/I=3,FW/I=5)下的中温厌氧消化实验,对比了不同有机负荷下未添加氧化铁和添加氧化铁对餐厨垃圾厌氧消化产气的影响。结果表明,在FW/I=1时,餐厨垃圾厌氧消化体系的产气情况主要由接种污泥决定,添加氧化铁仅能在较小的程度上促进体系产甲烷能力提升;而在FW/I=3时,添加氧化铁可以帮助餐厨垃圾厌氧消化体系从低速产甲烷过程快速进入高速产甲烷,快速降解有机质实现稳定化;而对于FW/I=5时添加氧化铁可以解除由于有机负荷过高造成的酸抑制并恢复体系的产甲烷能力。因此,在实际应用厌氧消化技术处理餐厨垃圾中可以通过添加氧化铁来提高其有机负荷(OLR),提高处理效率,保证餐厨垃圾厌氧消化的正常运行和促进甲烷的产生。     

不同园林废弃物对污泥和餐厨垃圾厌氧消化的影响

将甘蔗叶、小心叶薯和合欢按不同的物料配比加入到污泥和餐厨垃圾中,考察了3种园林废弃物对污泥和餐厨垃圾厌氧消化处理的影响.实验结果表明,添加小心叶薯、甘蔗叶和合欢可显著提高污泥厌氧消化的沼气总产量以及甲烷总产量.当污泥与甘蔗叶以5:3的湿质量比混合时厌氧消化效果最佳,此时沼气总产量、甲烷总产量分别为污泥对照组的22.4、37.7倍.然而,甘蔗叶对提高餐厨垃圾厌氧消化效果的作用有限,合欢对餐厨垃圾厌氧消化具有明显抑制作用,添加合欢后沼气总产量比餐厨对照组低48％.     

餐厨垃圾生化产甲烷潜力的数学模拟

为资源化回收利用餐厨垃圾,采用BMP实验对其产甲烷潜力进行了研究,测定了不同厌氧消化时间内的沼气产量及COD、VFA浓度,并在此基础上对餐厨垃圾产甲烷潜力进行了数学模拟。结果表明,混合液COD浓度变化曲线呈逐渐下降的趋势,VFA出现短暂积累,应调控厌氧消化系统的碱度。餐厨垃圾经40 d厌氧消化后,实际生物化学产沼气及产甲烷潜力分别可达559.1、349.7 mL·g-1 VS,第20天后累积产气量增加不显著。数学模拟结果表明,餐厨垃圾最初7 d的平均水解常数为0.244 d-1,模拟产沼气及甲烷潜力分别可达578.36和363.72 mL·g-1 VS,实际产沼气及甲烷潜力分别占模拟产沼气及甲烷潜力的96.7%、96.1%,采用固体停留时间为25~30 d进行厌氧消化较为合理。     

餐厨垃圾厌氧共消化研究进展

餐厨垃圾厌氧发酵系统长期运行时极易失衡,且失衡机制错综复杂;而且,目前缺乏对餐厨垃圾厌氧发酵消化性能的有效调控策略,这限制了餐厨垃圾厌氧消化技术的发展和应用。餐厨垃圾与其它基质进行厌氧共消化不仅能解决餐厨垃圾单一消化的性能限制问题,还可以实现废物的互相利用和资源回收。梳理了餐厨垃圾厌氧消化面临的问题及挑战,深入探讨了餐厨垃圾与其它生物质联合厌氧共消化的协同效应及影响因素,总结了提升餐厨垃圾厌氧共消化性能的强化策略,以期为餐厨垃圾厌氧共消化技术研究提供参考。     

餐厨垃圾的高温厌氧消化处理研究

在55℃条件下,研究了餐厨垃圾高温厌氧消化过程中pH、VFA、总磷、产气量以及COD、TS和VS的变化,结果表明：在消化过程中pH先下降后上升,总VFA浓度增大,而其中游离态VFA浓度先增大后减少。消化过程总产气量为43 211 mL,整个过程消耗TS的平均产气率为158.98 mL/g TS,COD去除率为38.76％,总磷去除率达到98.87％,底物TS和VS去除率分别31.71％和50.24％。经过厌氧消化处理,沼渣中不含对人体和许多动物有害的沙门氏菌、痢疾杆菌、大肠杆菌及粪大肠杆菌,而富含有机质、氮、磷和钾等的营养物质和芽孢杆菌、防线菌等有益菌种。     

茅草添加与温度变化对餐厨垃圾厌氧水解产酸的影响简

比较了茅草添加在温度变化条件下对餐厨垃圾厌氧水解过程小分子有机酸产量的影响,提出一种新型餐厨垃圾的资源化方式。研究结果显示,餐厨垃圾在55℃条件下厌氧水解主要产物为乳酸,达到25.7 g/L,其干物质转化率可以达到32.1% （g TS）,而餐厨+茅草处理在同样条件下的乳酸产量为20.1 g/L,干物质转化率为25.1%。温度下降为37℃后继续进行的的厌氧水解,得到的主要产物是乙酸、丙酸和丁酸,餐厨处理和餐厨+茅草处理这两者的峰值分别为6.5、2.8、8.0和6.1 g/L、2.7 g/L和5.9 g/L。结果显示茅草添加可以在一定程度上调节水解产物的比例,而温度变化可以调控小分子有机酸的产量。本研究结果表明,厌氧水解是一种有潜力的小分子有机酸生产与餐厨垃圾资源化处理途径。     

餐厨垃圾干式厌氧消化过程流变特性变化及其对反应器流场的影响

餐厨垃圾的有机组成是影响其干式厌氧消化性能的重要因素.以实际餐厨垃圾为研究对象,通过向其中投加馒头改变其有机组成,进而研究不同有机组成下物料厌氧消化过程中的流变特性变化及产甲烷特性.结果表明,不同有机组成物料的甲烷产气量与其粘度具有一定的负相关关系,表明物料流动性的提高有助于其产甲烷效率的提高.而物料流变特性的差异则主...     

渗滤液添加量对餐饮垃圾厌氧消化的影响机制

系统地研究了渗滤液添加量对于餐饮垃圾厌氧消化产气过程的影响,结果分析表明,餐饮垃圾与渗滤液联合厌氧消化,可以有效地缓解酸抑制现象,增强厌氧消化系统的稳定性,提高沼气产率。当餐饮垃圾负荷为40 g·L-1,渗滤液与水的比例为1.227:1,将厌氧消化原液的氨氮调节至2 000 mg·L-1时,厌氧消化效果最好。沼气产率可达到840 mL·g-1 (以TS计),甲烷产率可达到375 mL·g-1,累积沼气产量达到理论值的94.32%,累积甲烷产量达到理论值的74.77%。     

接种量对餐厨垃圾中温厌氧产甲烷潜能的影响

以接种量作为餐厨垃圾厌氧消化进料负荷的衡量参数,研究不同接种量对餐厨垃圾中温产甲烷潜能的影响,确定餐厨垃圾中温厌氧消化最适接种量。实验设置10%、15%、20%、25%、30%和35%等6种不同的接种量,分析不同接种量之间产气量、甲烷含量、发酵前后总固体（TS）和挥发性固体（VS）、发酵过程中总挥发酸（VFAs）的变化情况。实验结果表明,发酵6 d后,所有发酵瓶罐均无气体产生,35%接种量导致系统酸化;30%和25%接种量时,发酵液维持较高的VFA浓度,在发酵结束后仍有较高浓度的VFA残留,这说明虽然该接种量下系统可以运行,但酸化产生的VFA并未充分转化为甲烷;10%、15%和20%接种量的发酵罐则能够将产生的VFAs利用掉,相比之下,接种量为20%时产气量最大,甲烷含量达到52.88%,TS和VS的去除率也能达到32.11%和38.24%,因此,20%接种量可作为后续实验的最适接种量。     

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。     

进料频率对餐厨垃圾与剩余污泥中温共发酵系统稳定性的影响

考察系统负荷(以COD计)为11.36 g·(L·d)-1时,6种不同进料频率下,餐厨垃圾和剩余污泥中温厌氧共发酵过程中产气量、气体组分、SCOD、pH和挥发性脂肪酸(VFAs)的变化,旨在明确进料频率对系统稳定性的影响,同时结合单一VFA的产甲烷动力学特性,探明系统不稳定的原因。结果表明,进料频率较高时,进料周期内系统的气体组分、SCOD和pH无明显变化,产气量呈线性增长,且基本无VFA积累。随着进料频率降低,进料初期过快的水解酸化导致SCOD和VFAs浓度呈现明显的先升高后逐渐降低的趋势,从而导致pH和甲烷含量波动明显。当进料频率为1 次·d-1时,系统中pH降至7.5,甲烷含量降至45.4%,丙酸占总有机酸的比例最高可达87.9%。相比乙酸而言,丙酸在甲烷化过程中存在的延滞期(1.21 h)及较低的甲烷化速率(5.01 mL·h-1)可能是导致存在丙酸积累的低频进料系统中稳定性较差的原因之一。     

Effects of sludge recirculation rate and mixing time on performance of a prototype single-stage anaerobic digester for conversion of food wastes to biogas and energy recovery

Food wastes have been recognized as the largest waste stream and accounts for 39.25 % of total municipal solid waste in Thailand. Chulalongkorn University has participated in the program of in situ energy recovery from food wastes under the Ministry of Energy (MOE), Thailand. This research aims to develop a prototype single-stage anaerobic digestion system for biogas production and energy recovery from food wastes inside Chulalongkorn University. Here, the effects of sludge recirculation rate and mixing time were investigated as the main key parameters for the system design and operation. From the results obtained in this study, it was found that the sludge recirculation rate of 100 % and the mixing time of 60 min per day were the most suitable design parameters to achieve high efficiencies in terms of chemical oxygen demand (COD), total solids (TS), and total volatile solid (TVS) removal and also biogas production by this prototype anaerobic digester. The obtained biogas production was found to be 0.71 m³/kg COD and the composition of methane was 61.6 %. Moreover, the efficiencies of COD removal were as high as 82.9 % and TVS removal could reach 83.9 % at the optimal condition. Therefore, the developed prototype single-stage anaerobic digester can be highly promising for university canteen application to recover energy from food wastes via biogas production.     

沼液回流对秸秆与污泥混合中温厌氧消化的影响

为了提高秸秆与市政污泥混合厌氧消化的消化产率,以秸秆污泥混合物作为底物,在批次实验中研究不同沼液回流对中温（35 ℃）混合厌氧消化过程的影响。实验采用0% 、20%、30%、40%、50%和60%等6种不同的沼液回流量,分析不同沼液回流量下产气量、甲烷含量、发酵过程氨氮含量、sCOD、总挥发酸（VFAs）的变化情况。结果表明：50%的沼液回流产气量和甲烷产量均最大,分别是1 645 mL和797.5 mL,TS和VS去除率达到17.5%和47.8%,单位VS甲烷产量为613.45 mL·g-1,较未加沼液的发酵瓶提高了37.7%,且无VFAs积累。过高的沼液回流量提升了厌氧反应的氨氮浓度,对厌氧产气过程产生了抑制。50%沼液回流量可以作为秸秆污泥混合厌氧消化最佳回流量。     

焚烧发电厂垃圾渗滤液与秸秆的中温厌氧消化

为探索秸秆与焚烧厂垃圾渗滤液混合厌氧消化的可行性,进行探索性实验。1 L焚烧发电厂的垃圾渗滤液与37.56 g(有机负荷为30 g VS/L)破碎至1~2 cm的秸秆,在中温(35℃左右)厌氧条件下发酵。发现pH为5.0的渗滤液与未经生物、化学处理的秸秆可以进行混合厌氧消化。实验累积产气141 d,累积产气量达43 749 mL,最高产气量2 590 mL/d。生物气中CH4含量在50%以上,最高时可达70.89%。渗滤液消化前COD为70 472 mg/L;产气开始时,秸秆与渗滤液两相消化液COD为83 896 mg/L;产气基本停止时,消化液COD降至14 245 mg/L,COD去除率达到83.02%。本实验将秸秆纤维的转化利用以及渗滤液的厌氧发酵结合起来,提供了一种以废治废的治理思路,对寻找新的绿色能源具有一定的启发作用。     

Biogas production from anaerobic digestion of food waste and relevant air quality implications

Biopower can diversify energy supply and improve energy resiliency. Increases in biopower production from sustainable biomass can provide many economic and environmental benefits. For example, increasing biogas production through anaerobic digestion of food waste would increase the use of renewable fuels throughout California and add to its renewables portfolio. Although a biopower project will produce renewable energy, the process of producing bioenergy should harmonize with the goal of protecting public health. Meeting air emission requirements is paramount to the successful implementation of any biopower project. A case study was conducted by collecting field data from a wastewater treatment plant that employs anaerobic codigestion of fats, oils, and grease (FOG), food waste, and wastewater sludge, and also uses an internal combustion (IC) engine to generate biopower using the biogas. This research project generated scientific information on (a) quality and quantity of biogas from anaerobic codigestion of food waste and municipal wastewater sludge, (b) levels of contaminants in raw biogas that may affect beneficial uses of the biogas, (c) removal of the contaminants by the biogas conditioning systems, (d) emissions of NO_x, SO₂, CO, CO₂, and methane, and (e) types and levels of air toxics present in the exhausts of the IC engine fueled by the biogas. The information is valuable to those who consider similar operations (i.e., co-digestion of food waste with municipal wastewater sludge and power generation using the produced biogas) and to support rulemaking decisions with regards to air quality issues for such applications.

Implications: Full-scale operation of anaerobic codigestion of food waste with municipal sludge is viable, but it is still new. There is a lack of readily available scientific information on the quality of raw biogas, as well as on potential emissions from power generation using this biogas. This research developed scientific information with regard to quality and quantity of biogas from anaerobic co-digestion of food waste and municipal wastewater sludge, as well as impacts on air quality from biopower generation using this biogas. The need and performance of conditioning/pretreatment systems for biopower generation were also assessed.