市政污泥与玉米秸秆混合高温厌氧发酵产甲烷研究

以实验室自主驯化的二沉池污水为接种物,对我国天津、昭通、太原3个城市的市政污泥和玉米秸秆混合物进行了高温(55℃)厌氧发酵,考察了不同发酵体系下发酵液pH、单日产气量、累积产气量、甲烷产率等指标随发酵时间的变化情况。结果表明:污泥单独发酵几乎不存在酸化现象,稳定后的发酵液pH值高于混合发酵试验组;污泥单独发酵系统的最大单日产气量出现在第1,2天,发酵系统加入玉米秸秆后最大单日产气量出现的时间有所延迟;天津污泥单独发酵(20 g-TS)的累积产气量达到2004 mL,高于其他2组;所有发酵系统的VS去除率均达到40%以上;随着发酵过程稳定,甲烷含量维持在70~85 vol.%,天津污泥单独发酵的甲烷产率达到141.01 mL/g-VS;Modified Gompertz拟合表明污泥单独发酵不符合"S"曲线,该系统下发酵停滞期较短,污泥与玉米秸秆质量比为3:1或2:1时甲烷产率、产甲烷速率和发酵停滞期具有一定优势。     

碱处理玉米秸秆与超声预处理污泥混合厌氧消化效果研究

以碱处理玉米秸秆和超声预处理污泥为发酵原料,在恒温35±1℃及底物浓度为15 gVS/L的条件下,采用正常运行的大型沼气池沼液作为接种物,研究不同配比(VS污泥:VS秸秆分别为1:0、2:1、1:1、1:2、1:4)对混合厌氧消化效果的影响.研究表明,VS污泥:VS秸秆的比例为1:2时累积产气量最高,VS产气率达到了472.33 mL·g-1,甲烷产量在发酵稳定后达到了60.52%.进一步研究得出,将超声预处理污泥与碱处理玉米秸秆按一定比例混合发酵可以将产气高峰提前.     

采用不同微生物来源培养真菌的实验研究

试验分别接种普通活性污泥、酵母浸粉和土壤三种不同的方法用SBR反应器培养真菌,使其成为活性污泥中的优势菌群,为纤维素乙醇发酵提供新的糖化途径。试验观察发现接种土壤上清液培养真菌是效果最好的一种方式,污泥中的酵母菌菌落数达到4.83×105个/mg污泥,分别是普通活性污泥和酵母浸粉的69倍和3.47倍;而丝状菌菌落数可达到4.6×104个/mg污泥,分别是上述两种方法的16倍和7.7倍。采用土壤培养的污泥絮体较大、不规则、松散,菌丝很长,呈单体手状分布,对有机物和氨氮的去除率较高,分别达到80%和30%。实验还从微生物动力学参数耗氧速率间接指示真菌数量的百分比在三种情况下逐渐增多。     

不同退化湿地中嗜冷甲烷古菌的变化规律研究

该试验通过厌氧分离、滚管纯化技术对同一时期不同退化程度湿地中的嗜冷甲烷古菌进行分离,采用血球计数法对嗜冷甲烷古菌计数,应用荧光显微镜观察其形态特征,并使用气相色谱法对其产甲烷量进行测定分析,依据试验结果分析嗜冷甲烷古菌与高寒湿地退化的联系。结果表明:随着湿地退化程度增加,嗜冷甲烷古菌的种类和数量都有增加,其产甲烷气体量亦有明显增加,对嗜冷甲烷古菌的特性研究可以在一定水平上指示湿地的退化程度。     

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.     

不同预处理方法对污泥厌氧发酵产酸效果的影响

预处理污泥厌氧发酵不仅可有效处理污泥,而且可产生挥发性脂肪酸（VFAs）,实现污泥资源化利用。通过批式试验,探究酸（pH为3、4）、碱（pH为10、11）和低温（70,90 ℃）预处理条件下污泥厌氧发酵产酸效能。研究发现,在不同预处理污泥厌氧发酵过程中,VFAs的积累主要发生在发酵前24h,产酸效果表现为pH=11 > 90 ℃ > pH=10 > 70 ℃ > pH=3 > pH=4 > 控制组,碱处理产酸有较明显优势,酸处理效果最差。乙酸为VFAs的主要成分,pH=11组的乙酸浓度最高达到1232.31 mg/L,为控制组的5.2倍。甲烷产量在厌氧发酵后期逐步上升。考虑到嗜酸产甲烷菌对VFAs的消耗以及经济性,选取24 h为最佳发酵时间。     

NN—二乙基苯胺对厌氧消化的影响

作者采用间歇式厌氧消化装置,研究了有机毒物NN——二乙基苯胺不同浓度对厌氧消化的影响,及对不同污泥浓度的消化系统的影响。以相对产气活性表示毒物对厌氧消化毒性影响的大小,获得了相对产气活性与毒物浓度以及污泥浓度的关系曲线。试验结果表明,增大毒物浓度则使毒性增大,增大污泥浓度则使毒性减小;在毒物浓度不变时,相对产气活性与污泥的毒物负荷成线性相关,文中给出了相关关系式。     

蔬菜废物厌氧消化的适宜性及产气性能分析

中温35℃条件下,对蔬菜废物进行单相半连续式厌氧消化试验。通过测定产气率、甲烷含量及出料消化液的pH、ORP、碱度、VFA,研究不同有机负荷率(OLR=1.0,1.5,1.75gVS/L.d)下的蔬菜废物厌氧消化性能。研究表明,随着负荷率的增加,产气率分别提高了8.2%和1.7%,甲烷含量为51%~55%,pH稳定在7.1~7.3,碱度在5300~6200mg CaCO3之间,发酵类型为乙醇型发酵。     

混合折流板厌氧反应器(HABR)处理高浓度糖浆废水

本文对混合折流板厌氧反应器(HABR)处理高浓度糖浆废水进行了研究。反应器在有机负荷率为20kg/m~3·d时,能有效地去除总的和溶解性COD70％以上。试验过程中观察到生物体的颗粒化及颗粒的增大,并观察到颗粒污泥中有类似于甲烷丝菌属(Methanthrix)和甲烷八叠球菌属(MethanosaiCina)的优势甲烷菌。实验过程中根据需要添加氮和磷,反应器内的污泥截留性能很佳,产气量为每天产5倍于反应器容积的气体。     

低温甲烷发酵中厌氧菌的培养与驯化技术

甲烷发酵法是一种将有机物内的潜能经厌氧生物分解为甲烷气的处理方法。甲烷发酵与温度有关。温度高,发酵速度快,但用于加温的能耗也大,温度低,发酵速度慢,处理效率低。尤其在冬季,用于加温的能耗大,而产气量又小,因此很不合算。目前多采用中温发酵(30～34℃)。本试验系研究在低温状态下(低于30℃)从寒冷地区采集低温厌氧细菌,在低温状态下驯化培养,并以丙酸盐、猪粪     

厌氧消化器启动条件的试验研究

本试验分种泥选择、启用条件研究和验证试验三步骤。把试验中的产气量作为有机物降解程度的参数指标。结果表明,消化器启动时的优化工艺条件为:消化污泥与浓缩污泥按1∶1混合;废水稀释0.8倍;启动起始负荷为0.25kgCOD/kgVSS.d;相应体积负荷为3kgCOD_(cr)/m~3·d;废水厌氧发酵的最佳pH6.8—7.4。     

机械化学预处理干污泥快速热解产气特性研究

针对干化污泥热解致密结构破解及催化剂注入难、活性低的问题,采用温和条件下机械化学预处理方法实现CaO催化剂的活化和掺入。为优化机械化学预处理条件,使污泥在热解过程中产生更多高品质热解气,该试验研究不同磨球直径、球磨时间、剂料比(催化剂与污泥质量比)对污泥快速热解气组分分布和产气率的影响。结果表明:剂料比为1∶1的情况下,单独采用小球(直径6mm)球磨3 h的污泥产气率最高,达30.35%,其中CH_4、H_2、CO所占比例之和高达88.42%,产气热值为152.3 kJ/m~3。     

污泥厌氧发酵产氢的影响因素

污水生物处理过程中产生大量剩余污泥, 通常采用厌氧发酵处理并获取甲烷气体. 产氢产酸是污泥厌氧消化过程中的一个中间阶段. 本研究考察了原污泥和经碱处理的污泥在不同初始pH(3.0～12.5)条件下的产氢效果, 以及污泥性质和污泥浓度等对产氢效果的影响. 结果表明, 当初始pH为11.0时污泥发酵的产氢率达到最大值.采用原污泥发酵产氢时, 在初始pH为11.0的条件下发酵产氢获得的最大产氢率为8.1 mL/g, 而经碱处理的污泥在同样初始pH的条件下发酵产氢可将其产氢率提高一倍左右, 达到16.9 mL/g. 污泥经碱处理后厌氧发酵4d无甲烷产生, 且可有效地降低氢气消耗的速率. 另外, 污泥的VSS/SS值过低时会大大降低污泥的产氢率, 而污泥浓度对产氢率无明显影响.     

甲烷八叠球菌扩大培养及固定化方法

以首都师范大学生物系实验室富集的甲烷八叠球菌浓缩物作为接种物,用10L反应器对其进行扩大培养,得到了含甲烷八叠球菌为2.31010个/mL扩大培养浓缩物.设计正交试验,以固定化甲烷八叠球菌菌球的成球性、菌球在产气高峰时的沉降性、产甲烷活性、寿命为指标,选择出聚乙烯醇(P)、海藻酸钠(A)和充填物(F)混合包埋载体的最佳配比P8A1F40,P8A1F40法制备的固定化甲烷八叠球菌成球容易、具有高的产甲烷活性、良好的脱气性和沉降性,较高的机械强度(发酵过程中不胀、不黏)和较长的寿命.     

超声破解促进污泥两相厌氧消化产气性能研究

以超声波对城市污水处理厂剩余污泥进行超声破解。试验结果表明,超声破解能提高污泥的溶解性化学需氧量(SCOD)、总挥发性固体(VS)去除率、生物产气量、产气率和甲烷含量,促进两相厌氧消化产气性能。声能密度和破解时间是影响污泥破解效应的主要因素,超声频率是影响污泥破解效应的次要因素。     

餐厨垃圾与污泥、秸秆不同配比联合厌氧发酵对产气性能的影响

为分析不同配比的餐厨垃圾与污泥、秸秆联合发酵对产气性能的影响,采用产甲烷潜力试验（BMP）研究了餐厨垃圾与污泥、秸秆不同配比联合发酵的产气性能,并采用修正的Gompertz模型对产甲烷潜力进行模拟.结果表明:物料配比与物料种类对联合发酵的产气性能有显著影响,餐厨垃圾+污泥配比为1:2时,产气性能优于1:1、2:1两组,产气量为286 mL/g[以VS（挥发性固体）计,下同];餐厨垃圾+秸秆配比为1:1时,产气性能优于1:2、2:1两组,产气量为347 mL/g;餐厨垃圾+污泥+秸秆配比为1:1:1时,产气性能优于1:2:1、2:1:1两组,产气量为373 mL/g.两种物料配比中,餐厨垃圾+秸秆的产气性能优于餐厨垃圾+污泥;餐厨垃圾+污泥+秸秆3种物料混合后物料种类变丰富,元素配比更均衡,联合发酵的产气性能优于两种物料联合发酵,其最优配比为1:1:1,C/N值为13,接近最优C/N值（15~20）.研究显示,不同配比物料产气性能差异性较大,可为大中型沼气工程在获得不同物料的情况下选择最优的进料配比提供理论指导,以解决其在设计与投资收益评估方面所面临的物料选择问题.      

造纸污泥和餐厨垃圾混合发酵联产氢气和甲烷试验

采用联产氢气和甲烷复合工艺,对造纸污泥和餐厨垃圾进行中温-高温混合厌氧消化,通过设计两种物料的不同配比(质量比,以VS计),研究了不同比例混合的物料联产氢气和甲烷的性能.试验结果表明,造纸污泥和餐厨垃圾混合比例为2:2的反应器总气体产率最高,达496.78mL·g-1(其中,氢气64.48mL·g-1,甲烷432.3mL·g-1,均以VSfed计,下同),其VS去除率也最高,达41.33%,在反应30h后和产甲烷18d后分别完成了80%的氢气产量和甲烷产量,而单纯造纸污泥总气体产率为144.99mL·g-1,单纯餐厨垃圾总气体产率为80.4mL·g-1.综合氢气和甲烷产率、产气速率、VS去除率等指标发现,造纸污泥和餐厨垃圾混合发酵联产氢气和甲烷的最佳配比为2:2.     

不同污泥含固率的高温微好氧-中温厌氧消化工艺研究

为探讨城市污泥高温微好氧-厌氧两级消化耦合工艺(TAD-MAD)中CH_4产气情况,考察了不同污泥含固率条件下TADMAD工艺中的p H、总碱度、VSS去除率、挥发性脂肪酸(VFA)和沼气产量以及沼气中CH_4含量,并与中温厌氧消化工艺(MAD)进行对比。试验结果表明,在未调节污泥初始p H的条件下,在消化过程中污泥p H能维持在6.5~7.8之间,适宜甲烷菌生长。TAD-MAD工艺中高温微好氧消化2 d,VFA含量大幅度增加,最高为8 524.70 mg/L,有利于后续中温厌氧消化产甲烷。TAD-MAD工艺系统中累积单位VSS甲烷产气量和CH_4含量均高于MAD工艺。TAD-MAD工艺最佳进泥TSS为7.12%,污泥经过24 d的消化,VSS去除率能达到40%,而MAD的VSS去除率仅为35.12%。TAD-MAD工艺累积单位VSS甲烷产气量为116.56 m L/g VSS,超过MAD的85.72 m L/g VSS。且TAD-MAD工艺产甲烷持续时间较MAD工艺长,CH_4含量总体高于MAD工艺,表明TAD-MAD工艺在VSS去除、甲烷产气量和甲烷含量方面均优于MAD工艺。     

固定化甲烷八叠球菌研究—─甲烷八叠球菌富集分离和固定化

用亨盖特（Hungate）厌氧技术,以甲醇为唯一碳源获得了甲烷八叠球菌的富集培养物,以甲醇或乙酸钠（或两者各50％）为碳源滚管培养,获得了以甲烷八叠球菌的分离培养物。用聚乙烯醇（PVA）为包埋剂对甲烷八叠球菌sp固定化,并对其特性进行了研究。结果表明：固定化甲烷八叠球菌与非固定化甲烷八叠球菌的总产气量相似,但两者的产气特性有明显不同。固定化甲烷八叠球菌产气迟于非固定化甲烷八叠球菌,固定化甲烷八叠球菌的产气集中,在产气的6天中,平均日产气量30.88mL甲烷,最高产气量可达2.80mL甲烷/h,在产气高峰两天中的产气量占总产气量的66.0％。非固定化甲烷八叠球菌产气平稳,平均日产气量为8.91mL甲烷。固定化甲烷八叠球菌的电子显微镜观察结果表明,细胞在固定介质中多呈较大包囊存在,包囊直径30～50μm。     

鸡粪中高温厌氧甲烷发酵产气潜能与动力学特性

采用富含氮素的鸡粪为原料,包括原料鸡粪、鸡粪固相部分和鸡粪液相部分,选取以鸡粪为原料连续稳定运行超过90d的中高温厌氧反应器新鲜出料为接种污泥,在中温（35℃）和高温（55℃）条件下开展动力学和产甲烷潜能试验.采用Gompertz模型、一级动力学模型和两阶段模型对鸡粪中高温累积产甲烷量进行拟合.结果表明,鸡粪中高温甲烷发酵均呈现明显的快速产气期和慢速产气期两阶段特征,快速产气期的动力学常数K₁分别为0.4174和0.2104d^-1,快速产气分别在4.5和6.5d结束,快速产气量占到总产气量的69%和58%.原料鸡粪和液相部分的中温发酵动力学常数（K₁）分别为0.4177和0.2330d^-1,均高于高温的0.1721,0.2214d^-1,发酵产气速率较快.鸡粪固相部分中温发酵的动力学常数为0.1960d^-1,低于液相中温发酵的0.2330d^-1和固相高温的0.2310d^-1,中温条件下,水解过程是限制鸡粪甲烷发酵速率的主要因素之一.鸡粪固体和鸡粪液体高温发酵的动力学常数K分别为0.2310,0.22214d^-1,鸡粪固体发酵产甲烷的速率快于液相部分,水解过程不是限制鸡粪高温发酵产甲烷速率的最主要因素.产甲烷潜能试验表明鸡粪在中温和高温下产甲烷潜能分别为212,177mL/gTS.因此,仅从发酵效率的角度考虑,鸡粪中温发酵比高温发酵的产甲烷潜能更高,产甲烷速率更快.