鸡粪等几种农业废弃物厌氧消化性能研究

以鸡粪、农村餐厨垃圾、奶酪乳清、玉米秸秆和牧草5种农业废弃物为底物,采用批式方式研究其厌氧消化产气潜力和动力学特性。结果表明,不同VS含量(w分别为2%、3%、4%和5%)条件下,各底物(以VS计)最大产甲烷潜力由高到低依次为奶酪乳清、农村餐厨垃圾、玉米秸秆、牧草和鸡粪,最大累积甲烷产量分别为1 270. 9(5%)、1 113. 6(5%)、646. 7(2%)、645. 0(2%)和364. 7 mL·g~(-1)(4%)。修正的Gompertz模型与各底物单独厌氧消化结果拟合度高(R2=0. 961～0. 990),其预测结果可用于评价鸡粪与其他底物厌氧共消化的可行性。基于修正的Gompertz模型预测结果,以鸡粪为主要发酵底物,通过与奶酪乳清、玉米秸秆和牧草进行多底物混合优化C/N,可有效降低鸡粪厌氧消化产甲烷延滞期并提高产甲烷潜力,甲烷产量可提高52. 2%～112. 9%。鸡粪与奶酪乳清混合比例为50∶50(C/N为28. 02)时,系统产甲烷潜力最高。     

碳基材料对餐厨垃圾厌氧消化效率和微生物群落的影响研究进展

餐厨垃圾厌氧消化是一种可回收再生能源的生物处理技术,目前运行中主要存在系统稳定性差和效率低等问题,添加碳基材料能够提高餐厨垃圾厌氧消化效率并对系统运行产生积极影响.从甲烷产生和微生物群落变化两方面,综述碳基材料(生物炭、活性炭、碳布等)作为添加剂对餐厨垃圾厌氧消化系统的影响.其主要影响机理为(1)厌氧消化系统稳定性;(2)种间直接电子传递(DIET);(3)微生物群落.已有研究表明,碳基材料可促进餐厨垃圾厌氧消化产甲烷效率,提升甲烷产量1.1%-1 685%,缩短产甲烷迟滞期27.5%-95.7%.此外,碳基材料添加会引起厌氧消化系统中细菌和古菌群落结构变化,碳基材料通过选择性地富集功能微生物,促进微生物间互营代谢,进而影响系统稳定性和产甲烷效率.提出未来在餐厨垃圾厌氧消化的研究中,应着重关注碳基材料在连续运行系统中的分离与回收方法,优化不同厌氧消化条件下碳基材料的添加策略,通过代谢组学分析探究碳基材料对厌氧消化体系中微生物的作用机制.(图2表2参92)     

油脂去除对餐厨垃圾压滤液厌氧消化的影响

采用常温（25℃）厌氧消化工艺,通过设计两种不同的进料浓度和4个处理方式,研究了油脂的去除对餐厨垃圾压滤液厌氧消化产沼气的影响,并考察了消化过程中典型工艺参数pH值、挥发性脂肪酸（VFA）、CODCr、总磷等的变化规律.试验结果表明油脂对餐厨垃圾压滤液厌氧消化的产气前期有一定的抑制作用,但是整体抑制不明显.处理T1（未隔油餐厨垃圾滤液800 mL）、T2（隔油餐厨垃圾滤液800 mL）、T3（未隔油餐厨垃圾滤液500 mL）、T4（隔油餐厨垃圾滤液500 mL）的产气总量分别为：84357、55539、45031和31033 mL,其中T1的产气总量是T2的1.52倍;T3的产气总量是T4的1.45倍,结果表明餐厨垃圾滤液不需要经过隔油处理而直接可以用于厌氧消化产沼气.同时,当压滤液低浓度（T3、T4）时,产气差异小;高浓度（T1、T2）时,产气差异大.此外,在整个厌氧消化过程中,处理T1、T2、T3和T4的CODCr总去除率分别为80.44%、78.53%、79.67%和80.7%.     

餐厨垃圾生物处理过程中VOCs的产生与控制研究进展

餐厨垃圾生物处理包括好氧堆肥、厌氧消化及卫生填埋等方式,在处理过程中产生的大量挥发性有机物(VOCs)造成二次污染,对环境和人体健康均造成危害.为促进对餐厨垃圾生物处理过程中VOCs的控制,对其产生机理、排放特征及控制方法方面进行综述.已有研究表明:餐厨垃圾生物处理过程产生VOCs可达100种以上.好氧堆肥、厌氧消化、卫生填埋可产生总VOC量分别为57.40-12 736.72 mg/kg、25.98-29.19 mg/m~3和106.20-1 103.70 mg/m~3,且VOCs组成成分复杂,种类与气体量受处理季节、处理时间、处理技术等因素影响较大.当前的VOCs控制技术包括吸附净化、生物净化、热力燃烧等.吸附净化装置简单、成本低但热稳定性差、吸附容量较小;热力燃烧适用于厌氧消化产生的小气体量VOCs,但存在着能耗高、局限性大等缺点.相较于其他控制方法,生物净化具有适用范围广、能耗低、二次污染小、去除效率高等优点,可作为餐厨垃圾生物处理过程中VOCs的主要控制方法.提出未来将餐厨垃圾生物处理过程VOCs产生的微生物机理研究,优化控制技术参数,提高总体去除效率作为重点研究与技术突破方向.(图2表2参76)     

pH对餐厨垃圾厌氧发酵产氢过程的影响

餐厨垃圾具有含水率高、有机物含量高、易腐败等特点,若处理不当,必然造成资源浪费和环境污染。餐厨垃圾减量化、无害化、资源化处理是环境科学领域近年来关注的热点与难点。为解决餐厨垃圾的减量化问题,同时产生清洁能源——氢气,利用自制小型序批式厌氧发酵产氢反应装置,以蒸煮餐厨垃圾为发酵底物,接种污水处理厂剩余污泥进行厌氧发酵产氢,在底物与接种物质量比为4:1,温度为37℃的条件下,研究p H对蒸煮餐厨垃圾厌氧发酵产氢的影响。结果表明,厌氧发酵底物中乙酸和丁酸是挥发性酸(VFA)中主要的组成部分,占总挥发性酸的80%以上,同时含有少量的丙酸,属于典型的丁酸型发酵。初始p H为9.0时,厌氧发酵效果最佳,累积产气量和产氢量最大,分别为748 m L和371 m L;在整个厌氧发酵过程中氢气的体积分数最高可达80.5%,平均产氢速率为10.31 m L·h~(-1),单位产氢量(以VS计)为72.9 m L·g~(-1),总固体(TS)和挥发性固体(VS)的去除率分别高达26.6%和34.4%;脱氢酶的活性呈现出先增强后减弱的趋势,产氢速率与脱氢酶的活性呈正相关;发酵反应进行到16 h时,脱氢酶的活性最好,此时产氢速率最大,为19.2 m L·h~(-1)。因此,调节初始p H为9.0,可以提高餐厨垃圾产氢效率,实现餐厨垃圾减量化和产生清洁能源的双重目标。     

牛粪和厨余垃圾联合厌氧消化试验

在37℃条件下对不同比例的牛粪和厨余垃圾进行为期50d的联合厌氧消化试验.结果表明:(1)牛粪与厨余垃圾质量比2/1和1/2联合厌氧消化的实际产气潜能为0.66和0.71L·g-1(以挥发性固体VS质量计),比加权计算值分别提高50%和29%;(2)4种比例物料的甲烷平均浓度约为50%～55%,其生物能范围为18.92～20.81MJ·m-3;(3)在联合厌氧消化过程中,牛粪和厨余垃圾质量比1/2物料的产气效率最高,反应前10d的产气量占总产气量的55.4%,前20d产气量占总产气量的92.2%;(4)纯牛粪、牛粪和厨余垃圾质量比2/1、牛粪和厨余垃圾质量比1/2及纯厨余垃圾4种比例物料厌氧消化的最终生物降解率分别为46.99%、53.31%、70.12%和66.25%.     

超声联合热碱预处理促进剩余污泥中温厌氧消化研究

基于超声联合热碱破解污泥最佳工艺参数,对预处理污泥进行半连续式中温厌氧消化研究。结果表明,预处理污泥日产甲烷量是原泥的1. 94倍,达234 mL·d~(-1)。运用修正的冈珀兹模型进行累计甲烷产量动力学分析,发现预处理污泥和原泥累计产甲烷曲线与修正的冈珀兹模型拟合系数R2分别达0. 998和0. 993。预处理污泥的动力学参数如下:最大累计产气量达5 376. 4 mL,最大产甲烷速率达394. 8 mL·d~(-1),细菌产甲烷的延迟时间为2. 8 d。预处理污泥的甲烷转化率为82. 17%。从有机物浓度变化来看,厌氧消化期间预处理污泥溶解性化学需氧量、溶解性蛋白质和多糖浓度均远高于原泥,最大值分别是原泥的2. 09、3. 94和3. 95倍。预处理污泥在预处理阶段和厌氧消化阶段的总悬浮物和挥发性悬浮物去除率分别达54. 9%和61. 8%。超声联合热碱预处理不仅能促进污泥有机质破解,还能提高破解有机质的生物可利用性,极大改善污泥厌氧消化效率。     

蝇蛆生物转化餐厨垃圾的效能评估

餐厨垃圾具有资源性和危害性.利用家蝇幼虫(蝇蛆)的食腐性以及生命周期短特性研究餐厨垃圾处理,探究最佳蝇蛆接种量,而后分析此接种量下处理前后堆体的理化指标,并对蝇蛆进行营养评价.结果表明,蝇蛆处理餐厨垃圾的最佳接种量约为13 300只/kg,此接种量下餐厨垃圾的减量可达55%,减量指标为13.8;处理后堆体的含水量、有机质、全氮、全磷、全钾总量分别下降71.1%、63.9%、75.4%、8.13%、5.3%,碳氮比和p H分别为31.2、8.43,均满足好氧堆肥所需的初始条件;蝇蛆生物转化餐厨垃圾的平均产率为26.4%,转化效率达79.7%;所得干蛆的蛋白质含量接近50%,综合营养价值高于国产鱼粉及豆饼;多烯脂肪酸含量(亚油酸、亚麻酸等)超过智利鱼粉,深加工潜力大.上述结果表明蝇蛆生物转化餐厨垃圾效能显著,具有较好发展前景.     

不同形态水葫芦和污泥联合厌氧消化产沼气性能

为探求不同形态水葫芦和污泥联合厌氧消化产沼气性能,在中温35±1℃条件下,设置了2个不同的TS浓度(TS=6%和8%),采用不同形态的水葫芦(水葫芦段、水葫芦浆、水葫芦渣、水葫芦粉和水葫芦汁)与污泥进行联合厌氧消化实验.结果表明,水葫芦和污泥联合厌氧消化的累积产甲烷量均高于对照组;添加水葫芦处理的累积产甲烷量从大到小依次为水葫芦渣水葫芦浆水葫芦段水葫芦粉水葫芦汁,水葫芦渣处理的累积产甲烷量比水葫芦汁提高62.5%(TS=6%)和84.5%(TS=8%);系统TS浓度为8%时,各处理的TS甲烷产率均高于TS浓度为6%的结果,且水葫芦渣和污泥联合厌氧消化的产甲烷性能最好,表明水葫芦的压滤和粉碎有助于提高厌氧消化的产甲烷潜力.     

低浓度溶解氧下猪粪固体有机物水解产酸研究

本文以猪粪为发酵原料,通过批式实验研究不同溶解氧(DO)浓度(0—0.26 mg.L-1)、发酵时间(3—12 d)和挥发性固体(VS)浓度(11.14—111.35 g.L-1)对猪粪固体水解酸化过程的影响,确定了低DO浓度下固体有机物优化水解产酸工艺条件:中温35℃,初始VS浓度37.11 g.L-1,初期的DO浓度0.1—0.26 mg.L-1.在此条件下,发酵时间3 d,DO浓度下降到0.10 mg.L-1以下.猪粪发酵液pH值由7.45±0.10降低到5.86±0.17,VS降解率(25.67±1.20)%,挥发性脂肪酸(VFA)中乙酸(3895±91)mg.L-1、丙酸(2313±82)mg.L-1、正丁酸(1361±17)mg.L-1、正戊酸(540±11)mg.L-1.优化条件下的猪粪水解酸化液进行厌氧产甲烷发酵,发酵10 d内产气停止,低溶解氧水解酸化和厌氧产甲烷发酵累计时间仅为13 d,甲烷体积分数(69.5±0.2)%,VS产气率为(0.282±0.011)L CH.4g-1VS.研究结果表明,适当延长发酵时间能够增加VFA中乙酸的含量,初始VS浓度差异对发酵液VFA浓度和VS降解率的影响较显著,低溶解氧能够促进猪粪固体有机物水解过程.     

稻草与猪粪不同比例混合的厌氧消化特性

在中温(35℃)条件下,应用批式单相厌氧消化技术对稻草与猪粪不同比例混合厌氧消化特性进行了研究.结果表明;稻草与猪粪的VS比为3:1时,日产气量比较稳定,累积产气量达12080 ml,较稻草与猪粪VS比为1:1和1:3的处理分别高11.80%和16.08%;混合物中猪粪比重愈高所得沼气中甲烷含量愈高,最高达68.75%,消化液中乙酸和丁酸的含量也愈高,混合物中稻草比重愈高消化液中丙酸的含量也愈高,愈有利于发酵物的水解酸化.     

互花米草不同部位厌氧发酵特性

在中温条件下(35±1)℃,对互花米草茎、叶和整株分别进行批式中温厌氧消化实验,分析发酵过程中日产气量、累积产气量、甲烷含量、pH值、VFA、TS、VS及固形物的元素变化.结果表明:在TS负荷为6%的条件下,互花米草茎、叶、整株厌氧发酵均具有很好的产气特性.产气率为:叶(399ml.g-1TS)整珠(374m.lg-1TS)茎(366ml.g-1TS),甲烷含量为:茎(69.11%)整珠(68.87%)叶(66.21%).pH值、VFA、TS、VS及固形物的元素的变化特征差异不大.叶中可能含有更多被微生物利用的物质,成分的差异是造成这种结果的重要原因.     

利用餐厨和绿化垃圾提高蚯蚓堆肥效率处理剩余污泥的研究

为了显著提高蚯蚓堆肥处理剩余污泥的效率,在实验室条件下进行了掺入不同比例餐厨和绿化垃圾的剩余污泥蚯蚓堆肥试验。在保持剩余污泥占主体的情况下,试验按照剩余污泥：餐厨垃圾：绿化垃圾的质量比（干质量）顺序,共设6个不同配比处理组,分别为100/0/0、90/5/5、80/10/10、70/15/15、70/20/10和70/10/20,各组接种蚯蚓后恒温（25±1）℃暗室培养,中途适时补充基质和水分,试验为期7周。试验结束后,去除未被降解基质,分离并量测蚯蚓质量和数量以及蚓粪质量及其养分含量,并据此量化比较各组蚯蚓堆肥效率。试验结果表明,与纯污泥相比,增加餐厨和绿化垃圾的总比例可以显著加快蚯蚓的生长、成熟和繁殖速度,显著提高对应基质的降解速率和蚓粪生产速率,而且相应蚓粪的养分（总有机碳、全钾）含量也会显著增加（全氮和全磷含量无显著影响）。在保持剩余污泥占70%比例下,掺入15%餐厨垃圾和15%绿化垃圾的组别蚯蚓堆肥处理剩余污泥的效率达到最高（蚓粪的养分含量除外）,并与其他组别相比具有统计显著性。总之,餐厨和绿化垃圾的掺入能够显著提高蚯蚓堆肥处理剩余污泥的效率。     

猪场废水厌氧消化过程中的除磷效果

采用序批式半连续厌氧消化试验方法,研究猪场废水厌氧消化过程中磷的去除情况。结果表明,水力停留时间（HRT）为1、3、6和9 d的厌氧反应器平均除磷率分别为65.0%、81.1%、82.7%和83.0%,而COD平均去除率分别为54.5%、82.3%、87.0%和85.9%。厌氧反应器除磷能力随沼气产量的增加而增加,说明厌氧反应器中磷的去除与产甲烷过程密切相关。对厌氧消化前后的污泥进行浸提后发现,厌氧消化过程中,化学反应生成磷酸盐沉淀的除磷作用十分显著,污泥中正磷酸盐,与铁结合的磷化合物（Fe-RP）,还原可溶性磷,与钙、镁离子结合的磷化合物（Ca-RP、Mg-RP）以及无机或有机聚合磷增加量分别为0.027 8～0.101 5、0.013 5～0.081 0、0.2165～0.430 5、23.4～54.8和7.2～21.5 mg.g-1;且总体而言,HRT越长,污泥中与不同金属结合的磷增加量就越大。从HRT、磷和有机物的去除效果以及沼气产气速率3个方面综合考虑,猪场废水厌氧消化反应器的HRT控制在3 d为宜。     

餐厨垃圾厌氧处置的恶臭污染物分析

为研究餐厨垃圾在厌氧消化过程中的恶臭污染物排放特征,采用冷阱富集-GC/MS技术对宁波市某典型餐厨垃圾处置企业的恶臭污染物成分、含量及成分谱进行研究,共检出烷烃、烯烃、芳香烃、卤代烃、含氧有机物、硫化物及氨等7类物质,其中含氧有机物是主要成分。检测结果表明,恶臭污染物总浓度水平为高温灭菌装置油水分离装置厌氧发酵装置分选装置卸料区,高温灭菌装置、分选装置、油水分离装置、厌氧发酵装置的臭气浓度值较高。结合数据分析初步筛选各单元的特征污染物:卸料区、分选装置:乙醇、硫化氢、二甲二硫醚、氨、柠檬烯;高温灭菌和油水分离装置:乙醇、甲硫醇、硫化氢、二甲二硫醚、柠檬烯;厌氧发酵装置:乙醇、硫化氢、二甲二硫醚、对-二乙苯、柠檬烯。     

味精浓废水生物处理优化工艺

本文阐述两相厌氧消化法与缺氧—厌氧消化法处理味精浓废水的比较试验.进水为6×10~4mg/L～8×10~4mg/L时,两相厌氧消化法COD去除率为78%,产气率为0.15m~3/kgCOD,CH_4含量为50%.缺氧—厌氧消化法COD去除率为82.2%,产气率为0.23m~3/kgCOD,CH.含量达65%.两种方法均可使出水pH值由3.2上升至7.0以上.氯离子和氨氮的去除不明显.综合上述结果与运行管理的稳定程度均是缺氧——厌氧消化法优于两相厌氧消化法.     

四环素类抗生素和铜复合污染对猪粪厌氧消化的影响

兽用抗生素和矿物元素添加剂可起到预防动物疾病、促进动物生长、提高饲料转化率等作用,因此被广泛应用于畜禽养殖业。本研究以猪粪中温厌氧消化为研究目标,采用全自动甲烷潜势测试系统,考察了一定浓度的四环素(TC:30 mg·kg~(-1)dry weight,DW)、土霉素(OTC:50 mg·kg~(-1)DW)和金霉素(CTC:15 mg·kg~(-1)DW)对厌氧累积产甲烷量和日产甲烷速率的影响。结果表明,TC、OTC和CTC对猪粪中温厌氧消化累积产甲烷量和日产甲烷速率均有促进作用(累积产甲烷总量提高比例分别为7.9%、0.4%和5.4%)。另外,采用超高效液相色谱-四极杆串联质谱对猪粪厌氧消化前后样品中四环素类抗生素及其代谢产物进行了分析。结果表明,液相中的四环素类抗生素在猪粪厌氧消化过程中得到了明显的去除,去除率达到90%~100%;而固相中只有金霉素和差向异构金霉素有明显的去除效果,去除率分别为41.69%和41.58%。采用Tessier连续提取法对猪粪厌氧消化前后样品中5种形态的铜包括可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化结合态、有机物结合态、残渣态进行了分析,结果表明,猪粪厌氧消化后,可交换态、碳酸盐结合态和铁锰结合态的铜浓度比厌氧消化前分别降低了1%~9%、0.1%~3%、12%~19%,而有机态和残渣态的铜浓度却在厌氧消化后分别增加了15%~35%、1%~2%。厌氧消化后,70%~80%的铜都是以有机铜的形态存在。铜逐渐从不稳定态转化为相对稳定的有机态和残渣态铜,因此,厌氧消化过程使铜从可生物利用态转变为不可生物利用态,趋于稳定化。     

添加剂对污泥厌氧消化性能的影响

在间歇培养条件下,研究了还原型辅酶Ⅱ（NADPH）、乙酰辅酶A（Acetyl Co A）和对氨基苯甲酸（PABA）3种添加剂对污泥厌氧消化性能的影响.结果表明,3种微生物活性促进剂均能促进污泥厌氧消化产气.其中,NADPH的促进效果最为显著,消化第35 d,产甲烷量比对照组高15.90%.在污泥含固率为3%、未调初始pH（pH=6.7）和温度35℃的厌氧消化条件下,NADPH的最佳添加量为50 mg.L-1,消化第36 d,污泥累积产甲烷量127.13 mL.g-1VSS.在含固率3%、初始pH=8.5、温度55℃和NADPH添加量为50 mg.L-1的工艺条件下,污泥厌氧产气效果最佳,消化第30 d时累积产甲烷量达158.02 mL.g-1VSS.     

堆沤处理对稻草厌氧消化产气的影响

采用厌氧消化后的消化液对稻草进行堆沤预处理,设计正交试验L9(34),考察温度、含水率、混合液悬浮固体(MLSS)及时间对厌氧消化产气量的影响,并对堆沤处理前后的稻草进行了不同有机负荷率下的产气试验.结果表明,堆沤处理后稻草总产气量比未处理提高了3%～49.5%,最优条件组合为温度30 ℃、含水率900 g·kg-1、时间10 d、MLSS 1 500 mg·L-1.在此最优条件下,处理后稻草消化的单位挥发性固体产气量为804.8 mL·g-1,与未处理稻草相比提高51.2%,产气高峰提前10 d左右.     

微量元素对蔬菜废弃物连续厌氧消化系统微生物群落结构的影响

以蔬菜废弃物为原料的厌氧消化过程产甲烷能力下降时,通过添加微量元素可使其恢复稳定状态,因此研究微量元素对厌氧消化系统微生物结构的影响对优化系统性能具有重要意义.采用70 L厌氧发酵罐,有效体积59.5 L,在中温35℃条件下进行蔬菜废弃物厌氧消化的连续冲击负荷试验,根据CH_4含量变化规律,及时添加微量元素(Fe、Co、Ni)促进厌氧消化过程.样品采用16SrRNA基因扩增和MiSeq测序技术分析微生物群落的结构.结果表明,微量元素对细菌群落的影响主要作用于拟杆菌门、厚壁菌门及螺旋菌门.在属水平上,第一次微量元素的添加诱导了拟杆菌门中的VadinBC27 wastewater-sludge的增加,相对丰度从54.1%升至68%,降低了厚壁菌门中Erysipelotrichaceae UGG-004以及螺旋菌门中Sphaerochaeta.第二次微量元素的添加,主要降低了螺旋菌门中的Sphaerochaeta,相对丰度从11.4%到4.4%,以及诱导拟杆菌门中Bacteroides的产生,提高了原料利用率,降低了酸化的抑制作用.微量元素对蔬菜废弃物厌氧消化过程中产甲烷菌群落的影响主要在甲基营养型Candidatus Methanoplasma、甲烷鬃菌属为主导的乙酸营养型.当挥发性脂肪酸含量较高时,Candidatus Methanoplasma占主导地位,微量元素添加后则会诱导甲烷鬃菌为主导的乙酸营养型甲烷菌的产生,相对丰度从2.3%增至80%促进挥发性脂肪酸的消耗转化.本研究表明,微量元素的添加对于微生物群落结构的改变显著,促进厌氧消化过程水解酸化与甲烷化的平衡,从而稳定运行.