产甲烷抑制剂氯仿对污泥厌氧消化中同型产乙酸作用的影响

厌氧消化是城市污泥常用的资源化处理方式,添加产甲烷抑制剂得到的发酵产物乙酸相比于甲烷被认为更具附加值.同型产乙酸途径是污泥厌氧发酵产乙酸途径之一,然而产甲烷抑制剂的存在对其影响尚不明确,这对污泥厌氧发酵产酸工艺的优化和应用至关重要.本文研究了不同氯仿浓度抑制产甲烷条件下挥发性脂肪酸、气体浓度及同型产乙酸菌和总细菌数量的变化,基于乙酸的稳定性碳同位素分馏效应分析了不同温度条件下氯仿对同型产乙酸作用的影响.结果显示,0.1%和0.5%(V/V)氯仿浓度条件下最高乙酸浓度分别为24.5和22.4 mmol·L~(-1),远低于对照组的52.6 mmol·L~(-1).氯仿抑制产甲烷条件下乙酸的稳定碳同位素丰度δ~(13)C值均高于污泥有机质的δ~(13)C值,50℃时乙酸的δ~(13)C值最高,且同型产乙酸菌相对丰度也低于15和30℃条件下.可见,产甲烷抑制剂氯仿同时能够抑制同型产乙酸作用,0.5%浓度下的抑制效果高于0.1%浓度下,且50℃条件下其抑制作用强于15和30℃条件下.     

外加铁对城市污泥厌氧消化产甲烷的作用

为提高城市污泥厌氧消化产甲烷效率,除适量添加餐厨垃圾以提高有机质外,还在污泥中加入了机械加工企业产生的废铁屑,中温(39±1)℃下厌氧消化30 d,同时与加入等量纯铁粉对比,考察废铁屑和纯铁粉的产甲烷效率.结果 表明:废铁屑组和纯铁粉组的累积产甲烷量分别达到340.33,336.52 mL/g,分别比不外加任何铁元素的...     

食物垃圾和废纸联合厌氧消化产甲烷

以食物垃圾和废纸为原料,通过批式中温(35℃)联合厌氧消化产甲烷实验,考察了原料比例(以VS计为:100:0、83:17和62:38)和酸化阶段pH(未调节和调节pH=7.2)对消化稳定性及消化性能的影响.实验结果表明,与单独利用食物垃圾以及未调节酸化阶段pH的厌氧消化相比,调节酸化阶段pH=7.2的食物垃圾与废纸联合厌氧消化能够避免挥发性脂肪酸抑制、保证消化稳定性并提高消化性能.在调节酸化阶段pH为7.2,且食物垃圾和废纸的原料比例为83:17和62:38的2组厌氧消化实验中,产甲烷稳定时液相pH稳定在7.4～8.0,液相产物中总VFA浓度稳定在500～900 mg·L-1,其中丙酸浓度为100～550 mg·L-1,未检测出乙醇;累积产甲烷量(以VS计算)分别为347和247 mL·g-1,生物气中的甲烷含量稳定在70%～80%.最高可达81.6%;以1gVS相当于1.1g COD进行计算,COD去除率分别为93.2%和80.5%,用于产甲烷的COD分别占总进料COD的90.0%和64.0%.食物垃圾和废纸的最佳中温厌氧消化产甲烷条件为:原料比例83:17,酸化阶段调节pH=7.2.     

氨三乙酸促进厌氧消化产甲烷的动力学研究

以乙酸钠为碳源,考察了金属离子螯合剂氨三乙酸(NTA)对厌氧发酵产甲烷过程的影响.结果表明,NTA对厌氧消化具有明显的促进作用,在乙酸钠浓度为6,7,10,12g/L,消化温度为35 ℃的条件下,10μmol/L NTA的添加,分别使甲烷产量提高了30.0%,45.2%,64.3%和95.9%.此时, NTA促进厌氧消化反应的动力学常数V max和半饱和常数Ks分别由84.8mLCH4/(gSS×d)和2.95gNaAc/L提高到147. 1mLCH4/(gSS×d)和7.57g NaAc/L.螯合剂NTA的添加,使微量元素的生物可利用性得到增强,产甲烷菌对乙酸盐的利用率相应提高.     

微生物来源对餐厨垃圾厌氧消化产氢的影响

微生物来源对餐厨垃圾厌氧消化产氢的影响很大。在添加剂抑制耗氢菌的前提下,单独一种接种的条件下,剩余污泥的产氢效果是最好的,氢气的浓度和产量都最大,分别为47.1%和100.0 mLH2/g VS,其次是矿化污泥和矿化垃圾,颗粒污泥体系氢气的产量最少,分别为88.6 mLH2/g VS,57.8 mLH2/g VS和36.8 mLH2/g VS,其中颗粒污泥体系产生了甲烷气体而另外3中反应体系中并未检测到甲烷。污泥和矿化污泥混合后,在实验时间内,能够提高氢气的产量到106.4 mLH2/g VS,其余的混合体系的氢气的浓度和产量都较单独的剩余污泥体系的差。     

厌氧消化体系的酸碱性及其缓冲能力

厌氧消化体系的酸碱性及其缓冲能力是影响系统运行状况的重要因素。为研究体系的pH值和缓冲能力的大小及其变化规律,依据溶液电中性理论,在充分分析厌氧消化体系内影响酸碱性的诸多因素和过程的基础上,建立了消化液的电荷平衡方程,以此表明体系内的多相化学平衡。通过对方程确定的pH值随有机酸浓度变化曲线的讨论,指出有机酸浓度对消化液pH值的影响受体系中氨、磷酸、钙、其它离子含量及气相二氧化碳分压的制约,曲线拐点处的有机酸含量反映体系的最大缓冲能力,该值可由近似公式求得,并提出对消化液的pH值及体系的缓冲能力实施控制的途径。     

互花米草厌氧消化产沼气的实验研究

为探索入侵物种互花米草厌氧生物处理的可行性,研究了互花米草中温批式厌氧发酵的产气特性和物质转化过程.结果表明,互花米草的产气率随VS负荷的增加呈现先增加后降低的趋势,当VS浓度为6.0%时,产气效果最好,产气量为294.84mL/g VS.发酵过程中,有机酸先增加后降低,pH值与有机酸呈极显著的负相关(R=-0.97508),该发酵过程为丁酸型发酵.互花米草中的维管束、薄壁细胞以及纹孔,有利于其进行厌氧生物处理, 发酵后的互花米草外观变得毛糙,出现了很多丝状物,维管束结构破坏严重,皮层和薄壁细胞不易被厌氧微生物破坏.FTIR和XRD结果显示,厌氧微生物不但利用互花米草中的易分解有机物,对纤维素的结晶区也有一定的破坏,发酵后的互花米草木质素相对含量增加.     

氧化钙强化消落带植被厌氧消化产甲烷的探究及作用机制

为了探究CaO预处理对消落带植被(VE)厌氧消化产甲烷的影响,采用4种不同质量分数的CaO对VE进行中温厌氧预处理,并考察了CaO预处理后VE的厌氧消化性能。结果表明:CaO预处理能提高VE中溶解性COD的含量,降低纤维素及木质素的含量,为后续消化过程提供物质基础。当CaO投加量为3%时,甲烷最大积累量为(229.8±6.3) mL/g,显著高于其他组别。此外,CaO预处理VE组别中甲烷的体积分数随消化时间呈现上升趋势。CaO能促进挥发性脂肪酸(VFA)的积累,当CaO投加量为3%时,VFA的最大积累量为(964±45) mg/L。CaO预处理可加速VE中总悬浮固体及挥发性悬浮固体的减量率。     

温度和pH对厌氧微生物转化合成气定向产乙酸的影响

通过间歇实验研究不同恒定pH(9和10)和温度(室温20℃和中温37℃)对微生物转化CO/H_2/CO_2定向制乙酸的转化率、产物组分、选择性、长期稳定性的影响。结果表明:pH为9相比于pH为10更有利于微生物转化合成气定向产乙酸,中温和室温条件均适于微生物转化合成气定向制取乙酸。实验优化条件下得到的乙酸浓度分别为7326. 7mg/L(pH 9,中温)和7149. 6 mg/L(pH 9,室温),占总挥发性有机酸(TVFA)的比例分别为77. 2%和83. 8%。根据间歇实验结果,采用连续实验来考察合成气产酸的稳定运行与合成气通入负荷对合成气定向转化乙酸的影响。结果表明:随着合成气通入量的增加,CO和H_2的转化率均在90%以上;但中温反应器在运行过程中会有甲烷的生成,并且随着通气量的增长,甲烷含量不断增加。因此,室温pH恒定为9的发酵条件更适宜微生物利用合成气定向制取乙酸,在此条件下微生物转化合成气高效定向制取乙酸具有长期稳定运行的可行性。     

中温厌氧消化与高温厌氧消化对污泥重金属风险及稳定性的影响

通过分析中温厌氧消化+机械脱水以及热水解预处理+高温厌氧消化工艺过程中重金属含量与形态的变化,研究了中温厌氧消化与高温厌氧消化工艺对污泥重金属风险、形态及稳定性的影响.结果表明,中温厌氧消化工艺增加了污泥中Cd、Cr、Cu、Ni和Zn的含量,重金属污染等级和潜在生态风险增强.高温厌氧消化工艺降低了污泥Cd和Cr的含量,重金属污染等级和潜在生态风险降低.其中,N厂污泥主要致污染金属为Cd和Zn,S厂污泥主要致污染金属为Cd;Cd是6种重金属风险系数最高的,是污泥潜在生态危害的最大贡献者.中温厌氧消化后,污泥中Cd、Ni、Pb和Zn的可还原态和可氧化态所占质量分数之和降低;Cd、Cr、Cu和Ni的残渣态所占质量分数降低.可见,中温厌氧消化后,污泥重金属的潜在毒性和稳定态向直接毒性转化.高温厌氧消化后,污泥Cd、Cr、Cu、Pb和Zn的可交换态所占质量分数降低;Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的残渣态所占质量分数亦降低,可见,高温厌氧消化后,重金属的直接毒性和稳定态向潜在毒性转化.     

2-CSTRs两相厌氧消化系统在不同乙醇回收率下的联合产能

以2-CSTRs(连续流搅拌釜式反应器)两相厌氧消化系统的能量转化率为主要研究对象,以氢气、乙醇及甲烷为目标产物,在不同有机负荷下,通过控制反应参数使产氢相反应器内部环境呈现乙醇型发酵状态,并将产氢相出水经回收乙醇后作为产甲烷相反应基质,研究在不同乙醇回收率下2-CSTRs两相厌氧消化系统产能效率.结果表明:当乙醇回收率在0~50%范围内时,系统产能率、能量转化率及基质降解率随乙醇回收率的增加而增加.当乙醇回收率控制在50%时系统可获得最佳运行结果,与未回收乙醇时相比,系统的日产能率平均高约32.63%,能量转化率平均高约17.53%,基质降解率平均高约12.85%.     

pH对污泥厌氧消化过程中抗生素降解迁移的影响

抗生素作为一种新型污染物,可随着城市污水厂中污泥的处理处置单元最终进入环境中,对人类健康造成潜在威胁.以城市污水厂的剩余污泥为研究对象,考察在不同初始p H(p H=5.5、6.5、7.5、8.5、9.5、10.5)条件下,12种抗生素在污泥厌氧消化过程中降解迁移的规律.结果显示,p H为7.5时,总抗生素去除率最高,为55.7%;p H为5.5时,总抗生素去除率最低,仅为21.7%.厌氧消化后,抗生素明显由固相向液相迁移,且总抗生素去除率与其固相迁移至液相的抗生素含量显著相关.     

NaOH溶液间歇式处理对互花米草厌氧发酵特性的影响

在中温(35±1)℃条件下,用不同质量分数的NaOH溶液处理一次发酵后的互花米草,并进行批式中温厌氧二次发酵实验.分析了发酵过程中日产气量、累积产气量、甲烷含量、pH值、挥发性脂肪酸(VFA)的变化.结果表明,在总固体含量(TS)为6%的条件下,一次发酵产气率为317mL.g-1(以TS计),甲烷含量为71%,发酵过程中出现酸抑制现象.发酵后原料用4%、6%、8%的NaOH溶液处理后,在TS含量为6%的条件下进行二次发酵,仍均具有很好的产气特性,未出现酸化现象,产气率分别为262、276、282mL.g-1(以TS计),甲烷含量分别为72%、72%、69%.在一次发酵的基础上单位质量TS产气量分别增加了83%、87%、89%.这表明通过NaOH溶液的间歇式处理,能有效地提高互花米草厌氧消化的沼气产率.     

矿物材料对餐厨垃圾厌氧消化的影响研究

在试验的基础上研究了3种矿物材料膨润土、斜发沸石、粉煤灰对富含钠离子的餐厨垃圾厌氧消化过程的影响.结果表明,在发酵温度为35℃、底物固含量(TS)为10%、添加物用量为1%(质量分数,以消化底物计)时,膨润土、沸石粉、粉煤灰对含盐餐厨垃圾的厌氧发酵消化液中的钠离子具有良好的吸附性能,吸附率分别为13.75%、10.11%、7.99%.在未使用无机矿物的情况下,当钠离子浓度为3000～4000mg·L-1时,含盐餐厨垃圾的的厌氧消化过程受到Na 离子的明显抑制.从产气量分析,3种矿物材料均能明显促进餐厨垃圾的厌氧消化过程,与空白对照试组相比,膨润土、斜发沸石、粉煤灰分别使产气量提高了131%、82%和45%.三者对甲烷气产量的促进影响强弱顺序是,膨润土＞斜发沸石＞粉煤灰.初步讨论了这3种矿物材料提高餐厨垃圾厌氧消化甲烷产量的作用机理.     

ADM1模型对生物强化厌氧产甲烷体系的模拟

利用厌氧消化1号模型(ADM1)对高氨氮条件下生物强化促进厌氧消化产甲烷体系进行模拟,对原始ADM1参数进行修正,进而对修正模型进行验证.基于生物强化对厌氧消化产甲烷过程影响的实验数据,结合敏感度分析及参数意义,提出3种假设,选择乙酸半饱和系数(ks_ac)、最大比乙酸降解速率系数(km_ac)和氨氮抑制参数(KI_NH3,Xac)对原始ADM1进行修正.模拟结果表明,3种修正模型均可对生物强化过程进行较准确的描述,其中,修正km_ac后的模型(ADM1_km_ac对甲烷产量和挥发性脂肪酸的拟合优度最高(R²>0.87),说明在此过程中对kmac的修正更有意义.模型验证表明,修正后的ADM1kmac模型可对生物强化技术强化厌氧消化产甲烷过程进行描述、分析及预测.</sub>     

应用高固体浓度厌氧消化工艺转化污泥产沼气研究

应用高固体浓度厌氧消化工艺在中温(35±1)℃条件下,考察了进料总固体(TS)含量为17%的污泥在5 L反应器中批式厌氧消化产沼气的发酵过程,并探讨了高固体浓度厌氧消化工艺转化污泥产沼气的可行性.结果表明,沼气和CH4的累积产量在整个厌氧消化期间(73 d)经历产气高峰、相对稳定和结束3个阶段,累积产气量分别达121....     

底物类型对厌氧消化过程中胞内外抗生素抗性基因归趋的影响研究

厌氧消化(anaerobic digestion,AD)是畜禽粪污和剩余污泥重要的处理处置方式,其在能源回收和消减抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)中具有重要的应用前景.底物类型及预处理是影响厌氧消化过程的重要因素,其对ARGs归趋特征的影响尚不明确.本研究针对猪粪、鸡粪...     

重金属对猪场废水厌氧消化蓄积抑制

为了探明重金属离子在猪场废水厌氧消化中的蓄积抑制作用,用急性抑制试验法和蓄积抑制试验法,研究了Cu2+、Zn2+、Cr3+对厌氧消化的半抑制浓度和蓄积特性.结果表明,Cu2+、Zn2+、Cr3+对厌氧消化的半抑制浓度分别为1.26、1.79和2.10 mg·g+1(以VSS计),当Cu2+、Zn2+、Cr3+的浓度分别累积到1.92 mg·g-1,0.96 mg·g-1和2.24 mg·g-1(以VSS计)时,甲烷产生速率被抑制50%,说明Zn2+属于高度蓄积,Cu2+和Cr3+为明显蓄积.     

有机负荷和进料频率对高含固厨余垃圾厌氧消化系统性能的影响

以系统降解效能和产甲烷量最大化为目标,分别考察不同有机负荷（8.93、10.71、13.39 kg·m^-3·d^-1）及进料频率（1、2、3次·d^-1）下厨余垃圾中温厌氧消化系统运行过程中甲烷产量、SCOD、氨氮、pH和挥发性脂肪酸（VFAs）的变化,旨在明确系统负荷边界及进料频率对系统稳定性的影响.结果表明,系统的有机负荷存在最优值,系统累计产甲烷量随负荷的增加而升高,随后降低,有机负荷为10.71 kg·m^-3·d^-1时获得最大累计产甲烷量37.17 L,VS降解率72.58%.负荷增加系统稳定性下降甚至失稳,各物质出现积累,不利于反应的进行.增加进料频率可优化系统运行参数,显著提高系统产气和产甲烷量,进料频率较高时,运行周期内系统的甲烷产量及产率最高,分别达到45.03 L和0.738 L·g^-1,呈线性增长,增加进料频率可提高系统对氨氮的耐受能力,显著提高系统稳定性,明显改善VFA和丙酸积累问题.