pH对厨余废物两相厌氧消化中水解和酸化过程的影响

通过间歇实验探讨了pH对厨余废物两相厌氧消化中水解和产酸过程的影响,详细考查了厨余废物在4个pH(pH =5 ,7,9,11)条件下的水解率、挥发酸(VFA)产量和速率、有机酸的组分和水解酸化产物的分配.实验结果表明,控制pH为7时,厨余废物具有更高的水解和酸化率,以水解酸化液体中TOC、COD与固液混合液中总COD、TOC比值表示的厨余废物水解率在实验第9d分别达到86%和82 % ,VFA浓度在实验第4d达到3 6g·L- 1 ,VFA产量是未调节pH时的2倍.在pH为7时,水解酸化产物中乳酸浓度相对较低,VFA中主要以丁酸和乙酸为主,丙酸很少.控制pH为7不但可以提高水解酸化效率,而且为后续产甲烷过程提供了更有利的基质,从而优化了厨余废物处理的两相厌氧消化工艺     

温度对厨余垃圾两相厌氧消化中水解和酸化过程的影响

实验考查了厨余垃圾在4个温度(25℃、37℃、40℃、50℃)条件下的水解率、挥发酸(VFA)产量和速率、乳酸产量和有机酸的组成.结果表明:温度对水解和酸化过程均有较大影响,在小于37℃范围内水解率和酸化率均随温度升高而增加,最大的VFA浓度在37℃下获得,达34.4g/L.超过37℃,酸化率下降而水解率继续增加,最大水解率在50℃下获得达82%.VFA中以甲酸和乙酸为主,并有少量丙酸和丁酸产生,同时乳酸浓度一直较高.通过实验确定了厨余垃圾水解酸化过程的最优温度条件为37℃.     

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.     

pH和发酵时间对厨余垃圾发酵产乳酸及光学特性的影响

通过间歇实验探讨了在中温、非灭菌条件下,pH和发酵时间对厨余垃圾发酵产乳酸及其光学特性的影响.结果表明,采用非灭菌的厨余垃圾发酵产乳酸,发酵液中还原糖浓度低,pH调节到近中性和偏碱性（pH为6～8）的各组还原糖浓度高于偏酸性组（pH=5和pH=4的对照组）;在控制pH为7时,总乳酸产生速率达到0.59 g·(L·h)^-1,单位挥发性固体的乳酸产量达到0.62 g·g^-1;控制pH为7和8时,以有机碳表示的乳酸分别占发酵液总有机碳的78%和89%;控制pH为8时,L-乳酸是主要的异构体形式,单位挥发性固体L-乳酸产量达到0.48 g·g^-1;响应面分析结果表明,发酵时间在120 h前,随着pH升高和发酵时间的延长,发酵液中L-乳酸浓度增大,120 h后则下降;pH和发酵时间对L-乳酸占总乳酸的比例有明显影响：偏酸性条件(未调pH及pH=5),发酵前120 h,该比例随发酵时间逐渐增大,L-乳酸在总乳酸中的比例达到0.9,其后,则逐渐下降;偏碱性条件下(pH=8),L-乳酸在总乳酸中的比例在整个发酵时间段内都保持在0.86以上,在发酵时间48 h时达到0.93,而在pH中性条件下,该比例在发酵后期显著下降;控制pH为8时,可以同时获得高的乳酸产量和光学纯度.     

餐厨垃圾固态发酵挥发性脂肪酸全过程变化分析

在中温(37.0±0.2)℃条件下,通过连续实验将餐厨垃圾在完全混合厌氧消化反应器(CSTR)中运行100 d,研究餐厨垃圾固态发酵过程的中间产物挥发性脂肪酸全过程变化,重点研究在不同时期各组分挥发性脂肪酸含量及变化趋势.结果表明:(1)餐厨垃圾固态发酵实验过程可划分为4个时期:适应期、启动期、抑制期、恢复及稳定期;(2)实验初期,总挥发性脂肪酸浓度不断上升,在第19 d浓度达到最大值27.22 g·L-1,其中乙酸浓度最高为6.49 g·L-1,正丁酸浓度为6.10 g·L-1,戊酸浓度最低,仅为3.26 g·L-1;抑制期总挥发性脂肪酸浓度波动异常,各组分挥发性脂肪酸呈无规律性变化,系统产酸产气平衡遭到破坏;恢复及稳定期,调节当日回流渗滤液的pH使其接近7.0,在第75 d时TS含量20%,达到固态发酵,系统产酸产气基本恢复稳定,总挥发性脂肪酸浓度呈稳定性变化,最终稳定在20~23 g·L-1,其中正丁酸浓度最高,其浓度为5.43 g·L-1,丙酸浓度最低,其浓度为2.01 g·L-1.     

pH对厨余垃圾厌氧发酵产酸的影响

在接种比例为4∶1,温度为37℃的条件下,采用污泥加热灭菌的方法,研究初始pH对厨余垃圾厌氧发酵产酸的影响.结果表明,发酵产物的组成与pH有关,乙酸在不同的pH条件下总为主要产物;当pH=7时,乙酸和VFA产量在第5天达到最大值11.91 g/L和17.44 g/L,气体组分中CO2是主要成分COD去除率达到35.3%...     

以餐厨垃圾水解酸化液为碳源合成PHA研究

研究了餐厨垃圾厌氧发酵产挥发性脂肪酸(VFA)的特性,考察了含固率对餐厨垃圾厌氧发酵产VFA的影响。并分析了以餐厨垃圾水解酸化液为碳源,接种量为3%的情况下,4种不同耐盐菌合成PHA过程对VFA不同成分的利用规律。结果表明:不同含固率的发酵液中VFA总量随发酵时间的进行呈上升趋势,第8天达到最大值,且添加120 g餐厨垃圾的发酵液产出的VFA浓度最高,为7 839.76 mg/L。4种耐盐菌中,Cupriavidus necator合成PHA的能力最强,发酵1 d时PHA含量即可达到110.7 mg/L。所用碳源VFA中具有偶数碳原子的酸含量高于奇数碳原子的酸含量,因此在所得PHA中PHB的含量明显高于PHV。     

餐厨垃圾水解酸化液作碳源的脱氮效果研究

针对餐厨垃圾水解酸化液作外加碳源的反硝化脱氮效果进行研究,考察了人工配水条件下水解酸化液反硝化处理的适宜COD/NO3--N比范围,在适宜COD/NO3--N比条件下与甲醇、乙酸钠的反硝化效果进行对比,并验证了水解酸化液对于生活污水的反硝化效果.结果表明,人工配水条件下利用水解酸化液作碳源的适宜COD/NO3--N比为4.9~6.0,反硝化速率最高可达25.0mg NO3--N/(gVSS·h).反应过程存在2个不同的硝态氮去除速率阶段,并出现了亚硝氮积累.餐厨垃圾水解酸化液为含多种VFA成分的混合物,其反应过程中硝态氮的去除速率比甲醇、乙酸钠等纯物质做碳源时的硝态氮去除速率快.将餐厨垃圾水解酸化液用于生活污水脱氮处理,当COD/NO3--N比为6时,水中的硝态氮以及亚硝氮均能够得到较为彻底的去除.     

基于响应面分析法的微波-过氧化氢-碱预处理污泥水解酸化优化研究

为进一步优化微波-过氧化氢-碱(MW-H2O2-OH)预处理污泥的水解酸化操作参数,在前期单因素试验研究的基础上,采用3因素3水平的响应面分析法,建立了水解温度、水解酸化时间和蛋白酶投加量分别对总VFA浓度和SCOD浓度影响的回归模型,并进行了碳源组成及其可利用性的评估.结果表明,模型极显著,拟合度、可信度和精确度高,数据合理,试验误差小.通过对回归模型的求解及综合考虑,得到优化的工艺条件为水解温度53.13℃、水解酸化时间4 d、蛋白酶投加量30.14 mg·g-1(蛋白酶/总固体浓度(TS),下同).验证结果表明,总VFA浓度和SCOD浓度的相对误差均在3%以内,说明该模型能很好地优化微波-过氧化氢-碱预处理后污泥的水解酸化操作条件和预测总VFA浓度和SCOD浓度.在碳源组成方面,优化工艺条件下SCOD占TCOD(混合液总COD)的44.56%,总VFA、溶解性蛋白质、溶解性糖类分别占SCOD的66.42%、19.34%和6.89%,碳源以总VFA为主,其中,VFA以乙酸(35.11%)、异戊酸(20.14%)、正丁酸(19.94%)、丙酸(16.90%)为主.三维荧光光谱的分析结果表明,污泥上清液中以溶解性微生物产物类酪氨酸和类色氨酸为主.优化组的污泥上清液作为碳源时的反硝化速率(0.184g·g-1·d-1,以每g VSS每天反硝化的NO-3-N量(g)计,下同)远远高于未优化组(0.065 g·g-1·d-1),碳源可利用性介于甲醇和乙酸钠之间,碳源可利用性较好.     

厨余有机垃圾水解酸化动力学分析

水解酸化是厨余有机垃圾厌氧消化产甲烷的限速阶段,如何高效促进水解酸化已经成为生物质厌氧发酵亟待解决的问题。从反应动力学角度出发,利用两相厌氧消化工艺模型,通过计算分析,阐述了提高有机垃圾水解酸化速率的方法和手段。     

pH值对餐厨垃圾厌氧发酵产挥发性脂肪酸的影响

通过间歇实验研究了中温条件下pH值对餐厨垃圾厌氧发酵产挥发性脂肪酸(VFA)的影响.考察了pH值为5.0、6.0、7.0及不控制pH值下的有机酸浓度及组成情况.结果表明,当控制反应器中pH值为6.0时,餐厨垃圾水解酸化效果最好,比其他pH值条件下产生更多的有机酸.pH值为6.0时,VFA浓度与单位VS产酸量在第68h达到最大值,分别为40.89g/L和0.328gVFA/gVS,是不控制pH值时的8倍.pH值对发酵产物组成影响显著.不控制pH值时,反应器内的pH值在24h内由6.6迅速下降到3.8,乙醇为主要的发酵产物,占59.8%,表现为典型的乙醇型发酵.当控制pH值为5.0、6.0、7.0时,均为丁酸型发酵.但pH值为5.0时,乙酸为主要产物;pH值为6.0时,丁酸为主要产物;pH值为7.0时,乙酸与丁酸比例相当.试验表明,餐厨垃圾厌氧发酵产酸的最佳pH值为6.0.     

NaCl对餐厨垃圾厌氧发酵产VFA浓度及组分的影响

通过间歇实验研究了最适反应条件(pH值为6.0、温度为35℃)下NaCl含量对餐厨垃圾厌氧发酵产挥发性脂肪酸(VFA)的影响.考察了NaCl含量为0.0,3.0,6.0,9.0,12.0g/L下的有机酸浓度及组成情况.结果表明,NaCl对厌氧发酵液中VFA浓度影响显著,随NaCl含量提高VFA浓度呈下降趋势,当NaCl含量达到12.0g/L时,VFA浓度在第114h达到最大值4.14g/L,仅为未添加NaCl条件下的10.1%.发酵液中各组分变化经历丁酸积累、乙酸积累与乙酸消耗3个阶段,NaCl对厌氧发酵类型影响不显著,各批次发酵均为丁酸型发酵,仅当NaCl含量超过6.0g/L时丁酸积累阶段时间延长.     

pH对果蔬、园林垃圾混合厌氧水解产酸的影响

采用厌氧水解技术处理果蔬、园林混合垃圾,探究pH值对产酸效果的影响。在45℃、pH=6的条件下,第11天时反应器内消化液的挥发性脂肪酸(VFA)浓度达到最大值12.94 g/L,是未调控pH条件下VFA浓度的3.37倍,同时使达到最大值的时间减少了20%,大大提高了产酸效率。同时,调控pH可以促进溶解性有机物(SCOD)转化为挥发性脂肪酸,VFA/SCOD在pH=6条件下第11天时达到最大值,为48.73%。进一步对比分析不同条件下的消化液VFA组分和氨氮浓度,调控pH=6可使发酵类型从乙醇型发酵转为丁酸型发酵,也有利于蛋白质的分解。     

油脂对餐厨废弃物单相厌氧定向制酸的影响

通过间歇实验研究了油脂对餐厨废弃物单相厌氧定向产酸(VFA)的影响.考察了油脂含量为0.0,5.0,15.0及25.0g/L条件下发酵液中有机酸浓度及组成的变化情况.结果表明,油脂对发酵液中VFA浓度影响显著,随油脂含量提高最大VFA浓度呈下降趋势,当油脂含量达到25.0g/L时,最大VFA浓度仅为23.22g/L,为未添加油脂条件下的55.3%,其次油脂可延后开始产酸的时间,油脂含量为5.0g/L时,达到最高VFA浓度50%所需的反应时间分别为49.4h相对未添加油脂组滞后27.1h.此外油脂会影响发酵液中VFA各组分比例,提高丙酸含量促使发酵类型由丁酸型发酵向丙酸型发酵转变,当油脂含量为5.0g/L时丙酸所占比例分别为32.2%,而未添加油脂组的丙酸含量仅占8.7%.     

Enhancement of anaerobic biodegradability of flower stem wastes with vegetable wastes by co-hydrolysis

The vegetable wastes and flower stems were co-digested to evaluate the anaerobic hydrolysis performance of difficultly biodegradable organic wastes by introducing readily biodegradable organic wastes. The experiments were carried out in batches. When the vegetable wastes were mixed with the flower stems at the dry weight ratio of 1 to 13, the overall hydrolysis rate increased by 8%, 12%, and 2% according to the carbon, nitrogen, and total solid （TS） conversion rate, respectively. While the dry weight ratio was designed as 1 to 3, there was a respective rise of 5%, 15%, and 4% in the conversion rate of carbon, nitrogen, and TS. The enhancement of anaerobic hydrolysis from the mixed vegetable wastes and flower stems can be attributed to the formation of volatile fatty acids （VFA） and nutrient supplement like nitrogen content. The maximum VFA concentration can achieve 1.7 g/L owing to the rapid acidification of vegetable wastes, loosing the structure of lignocellulose materials. The statistic bivariate analysis revealed that the hydrolysis performance was significantly related to the physical and biochemical compositions of the feeding substrate. Especially, the soluble carbon concentration in the liquid was significantly positively correlated to the concentration of nitrogen and hemicellulose, and negatively correlated to the concentration of carbon and lignocellulose in the feeding substrate, suggesting that the regulation and control of feedstock can have an important influence on the anaerobic hydrolysis of organic wastes.     

Influence of lactic acid on the two-phase anaerobic digestion of kitchen wastes

To evaluate the influence of lactic acid on the methanogenesis, anaerobic digestion of kitchen wastes was firstly conducted in a two-phase anaerobic digestion process, and performance of two digesters fed with lactic acid and glucose was subsequently compared. The results showed that the lactic acid was the main fermentation products of hydrolysis-acidification stage in the two-phase anaerobic digestion process for kitchen wastes. The lactic acid concentration constituted approximately 50% of the chemical oxygen demand （COD） concentration in the hydrolysis-acidification liquid. The maximum organic loading rate was lower in the digester fed with lactic acid than that fed with glucose. Volatile fatty acids （VFAs） and COD removal were deteriorated in the methanogenic reactor fed with lactic acid compared to that fed with glucose. The specific methanogenic activity （SMA） declined to 0.343 g COD/（gVSS-d） when the COD loading were designated as 18.8 g/（L-d） in the digester fed with lactic acid. The propionic acid accumulation occurred due to the high concentration of lactic acid fed. It could be concluded that avoiding the presence of the lactic acid is necessary in the hydrolysis-acidification process for the improvement of the two-phase anaerobic digestion process of kitchen wastes.     

餐厨垃圾厌氧消化运行试验研究

采用猪粪厌氧消化的消化污泥为接种物,在中温(37℃)条件下,以连续进料的方式对餐厨垃圾的湿式厌氧消化进行了启动以及运行试验,监测整个实验过程中产气量、pH、VFA、碱度等能够反映厌氧消化的系统指标。结果表明:本实验中系统最佳有机负荷为2.8 kg/(m~3·d)(以VS计),超过此负荷后,依靠系统自身恢复和人工调节,pH很难恢复正常运行状态。正常运行过程中,pH稳定在7.5~8.0,VFA稳定在2 000 mg/L左右,碱度在6 000~9 000 mg/L,氨氮在1 500~2 000 mg/L,底物含水率为96%~98%。系统超负荷运行后,产气量和pH下降,VFA浓度上升,碱度、氨氮、含水率基本保持稳定。