基于活性污泥的厨余垃圾厌氧发酵产酸研究

以厨余垃圾和活性污泥为原料,考察了不同接种比例对厌氧发酵产物的挥发性脂肪酸产量、pH值和COD去除率的影响.结果表明,当厨余垃圾和活性污泥接种比例为4∶1时,挥发性脂肪酸产量在第3天达到最大值为42.7 g/L,产率提高了40%,COD去除率达到了35.6%,pH值没有发生较大的差异,其变化幅度在4～6之间.     

餐厨垃圾与剩余污泥混合消化产沼气协同效应

在(35±0.2)℃温度下,以餐厨垃圾和剩余污泥为原料,设置餐厨垃圾和剩余污泥混合比例(VS)分别为1∶0、2∶1、1∶1、1∶2和0∶1,研究其单独消化与混合消化的系统性能、产甲烷潜力及脱氢酶活性和F420浓度变化。结果表明,混合消化提高了系统稳定性,与餐厨垃圾单独消化相比,添加剩余污泥能调节pH、氨氮浓度和VFA浓度,缩短产气周期;与剩余污泥单独消化相比,添加餐厨垃圾能显著提高沼气产量。混合比例为1∶1组混合消化产甲烷潜力最佳,消化作用的协同效应最为明显,沼气和甲烷产量分别达358.2 mL/g VS和224.1 mL/g VS,较餐厨垃圾和污泥单独消化估计值分别提高了23.09%和36.80%。1∶1混合消化组脱氢酶活性最高达437.33 TFμg/(mL·h),比餐厨垃圾和剩余污泥单独消化分别提高93.60%和40.69%,辅酶F420浓度最高为1.718μmol/L,分别提高17.3%和100.7%。     

低强度超声波强化剩余活性污泥好氧消化的研究

污泥是城市污水处理厂的副产物,若处理不当,将会带来一系列严重的环境问题.实验采用低强度超声波对剩余活性污泥(WAS)的好氧消化过程进行强化,选取超声强度、超声时间、超声间隔3个因素设计正交实验.结果表明,经超声辐照的WAS,其好氧消化时间最短仅约为13 d,比未经超声辐照的缩短了18.00 d.对实验结果的极差分析和方差分析表明,低强度超声波强化WAS好氧消化的最佳参数为:超声强度1.0 W/cm2、超声时间10 min、超声间隔8 h.实验还研究了WAS达标前后溶解性化学需氧量(SCOD)和总化学需氧量(TCOD)的变化情况,发现在相对较短的处理时间内,经低强度超声波强化处理的WAS的TCOD降解率仍然能与对照相近甚至高于对照,主要原因是低强度超声波强化了微生物的新陈代谢,促进了其对有机物的吸收分解.     

低强度超声波预处理对厨余垃圾厌氧消化的影响

以厨余垃圾为研究对象,实验研究产气效率、pH、SCOD、甲烷浓度及生物降解率5个参数的变化趋势,比较低强度超声波处理对厨余垃圾厌氧消化产气特性的影响,结果表明:(1)低强度超声波处理对厨余垃圾厌氧消化产生明显效果,在不同的超声波强度(100、175和250 W)或处理时间(20和40 min)下,产气效率、累计产气量、pH下降幅度、SCOD增加幅度随处理时间和超声功率增加而增加;在超声波强度250 W和处理时间60 min下出现抑制作用;(2)在超声波强度250 W和处理时间40 min条件下,超声波对厨余垃圾厌氧消化增强效果最明显,累计产气量由未处理的3 513 mL提高至5 007 mL,提高42.6%,甲烷气体浓度由51.25%提高至58.8%,生物降解率由58.11%提高至73.5%.     

两段式热解厨余垃圾实验研究

通过厨余垃圾的工业分析,发现其挥发分比例较高,适合热解利用;采用热重分析方法分析了不同条件下厨余垃圾的热解特性,提出了厨余垃圾两段式热解转化利用的思路,得出了厨余垃圾热解的合适工艺条件。在自行设计建造的一段回转炉、二段焦化罐中对厨余垃圾热解,并分析了产物的组成和性质。     

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。     

餐厨垃圾与活性污泥混合厌氧发酵研究

为实现固体废弃物的能源化利用,对餐厨垃圾与污水处理厂活性污泥进行混合厌氧发酵,通过单因素实验考察了餐厨垃圾与活性污泥的物料配比、TS质量分数、接种量及温度等因素对产气性能的影响,在此基础上利用正交实验探索多因素共同作用对混合厌氧发酵产气特性及产甲烷量的影响。结果表明,多因素对累积产甲烷量的影响顺序为接种量TS质量分数温度物料配比,混合厌氧发酵的最佳条件为物料配比4∶6(质量比)、TS质量分数6%、接种量55%(质量分数)、温度40℃。三次函数可以用于模拟最佳条件下混合厌氧发酵过程中日产甲烷量与发酵时间的关系,模型拟合效果较好(P0.001),达到极显著水平,R~2为0.832,拟合结果可靠性高。     

污泥加热预处理对中温厌氧消化的影响

对污泥加热预处理给中温厌氧混合消化和污泥单独消化带来的影响进行了研究.研究结果表明,污泥加热预处理有利于提高混合消化对 COD 的去除率,尤其是 SCOD 的去除率由 77%增长到 93%,但不利于 TS 和 VS 的去除;而对污泥单独消化,预处理则不利于有机物的去除.采用加热预处理后的污泥进样,混合消化和污泥单独消化的甲烷产气量均有所提高.     

湿热法处理实现厨余垃圾饲料化的研究

探索了湿热法工艺处理厨余垃圾并将其饲料化的可行性。实验表明,湿热法处理可以在满足消毒杀菌的同时,降低厨余原料中的高油脂含量和高含盐量,调节营养成分,实现物化性状的均一。经湿热法处理后的厨余垃圾的饲用价值得到明显改善,可作为良好的饲料原料,同时可回收利用油脂。总之,湿热法工艺可实现厨余垃圾的无害化、减量化和资源化处理,对于消除环境污染、缓解我国饲料原料紧张及资源回收利用等方面有着显著的环境效益、社会效益和经济效益,具有重要的现实意义。     

水葫芦与厨余垃圾混合好氧堆肥中氮素变化及对腐熟度的影响

通过采用间歇式好氧动态堆肥工艺,对厨余垃圾与添加水葫芦的厨余垃圾进行堆肥实验,探讨堆肥进程中全氮、氨基酸态氮、蛋白质的变化及对腐熟度的影响。结果表明,全氮含量在堆肥后期有所提高,分别由1.76%和2.23%提高到3.64%和2.67%;氨基酸态氮含量与微生物活性显著负相关;添加水葫芦使堆体温度提高,促进了蛋白质的快速降解;堆肥中N素是影响种子发芽的主要因素;添加水葫芦能够促进堆肥的腐熟。     

超声与次氯酸钠耦合预处理剩余污泥的中温厌氧消化效果

以某城市污水处理厂剩余污泥为对象,通过实验研究了超声与次氯酸钠预处理对污泥的溶胞效果,以及对后续厌氧消化的影响。结果表明,超声与次氯酸钠耦合作用最优操作条件为超声声能密度1.0 W/mL,作用时间50 min。在此条件下,次氯酸钠投加量为4.023 mg/g SS时,对污泥厌氧消化改善效果最明显,剩余污泥产气率及甲烷含量较对照组分别提高了69.73%和10%。同时污泥VSS去除率由11.11%提高到21.24%,在一定程度上实现了污泥减量。     

厨余垃圾好氧堆肥与污泥厌氧消化一体化处理

利用自行研制的城镇生活垃圾与污水厂污泥一体化处理反应器对厨余垃圾好氧堆肥和污水处理厂污泥厌氧消化进行了实验研究,结果表明,在环境温度8~17.2℃的条件下,垃圾仓温度范围为17.2~50℃,堆肥垃圾含水率由(91.0±1.8)%降为(85.1±5.2)%,pH维持在5.92~7.40之间,VS/TS由0.78±0.06降为0.60±0.12,垃圾蛋白酶活性在第15天后维持在153.5~347.5 U/g DW。污泥仓温度主要范围为25~35℃,排泥含水率由(99.2±0.3)%降为(96.0±1.5)%,pH维持在6.77~6.97之间,VS/TS由0.66±0.07下降为0.44±0.11。污泥仓日均产气量为(44.7±8.6)L,其中甲烷平均体积分数为(61.32±4.68)%,污泥蛋白酶活性在第4天后稳定在0.98~1.78 U/mL之间。一体化反应器实现了厨余垃圾与污水厂污泥在同一反应器中集中处理,并利用垃圾堆肥时产生的热量为污泥浓缩消化提供温度条件。     

VFA generation from waste activated sludge: effect of temperature and mixing

The success of enhanced biological phosphorus removal (EBPR) depends on the constant availability of volatile fatty acids (VFAs). To reduce costs, waste streams would be a preferred source. Since VFAs were shown to vary in the incoming sewage and fermentate from primary sludge the next available source is waste activated sludge (WAS). The opportunity is particularly good in plants where WAS is stored before shipment. Little information is however available on the rate of VFA release from such sludge, especially at the lower temperatures and under the storage conditions typically found in colder climates. Bench-scale batch tests were performed to investigate the effect of temperature and requirement for mixing on VFA generation from WAS generated in full scale non-EBPR wastewater treatment plant. WAS fermentation was found highly temperature-dependent. Hydrolysis rate constant (k_h) values of 0.17, 0.08 and 0.04 d⁻¹ at 24.6, 14 and 4 °C were obtained, respectively. Arrhenius temperature coefficient was calculated to be 1.07. It took 5 d to complete hydrolysis at 24.6 °C, 7 d at 14 °C, and 9 d at 4 °C. The fermentation lasted for 20 d. At 24.6 °C the mixed reactor reached 84% of the overall VFA production only in 5 d. When temperature dropped to 14 and 4 °C, the ratio of VFA production at day 10 to overall VFA production in the mixed reactor were 62% and 48%, respectively. The overall VFA-COD concentration in the non-mixed reactors was much lower than the mixed reactors. The information is important for the designer as there was uncertainty with the effect of temperature and mixing on sludge fermentation.     

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。     

连续流动态膜餐厨垃圾和剩余污泥厌氧混合发酵系统的运行效能

为探究厌氧动态膜生物反应器(DMBR)在典型城市有机废弃物厌氧发酵领域应用的可行性,以餐厨垃圾(FW)和剩余污泥(WAS)为处理对象,在连续流条件下探究动态膜FW和WAS厌氧混合发酵系统的运行效能,并优化基质混合比(FW/WAS)和食微比(F/M)。结果表明,以水力停留时间(HRT)和有机负荷(OLR)分别为62.5 d和(1.84±0.45) g·L⁻¹·d⁻¹为初始条件,在连续流下启动FW和WAS厌氧混合发酵系统,经过72 d的运行,系统pH稳定在7.6~8.0,平均甲烷产量达到(0.41±0.08) L·L⁻¹·d⁻¹,无短链挥发性脂肪酸(VFA)累积且TVFA/碱度最大比值仅为0.024,表明系统启动成功且运行稳定。通过对动态膜的特性分析可知,动态膜形成快速,可在较短时间内实现低浊度(<50 NTU)出料,动态膜截留效果显著。通过FW/WAS和F/M的批次优化实验可知,厌氧混合发酵系统最优FW/WAS为4.4∶1 (基于VS),定期调整优化FW/WAS有望取得更高的系统甲烷产率;相应的系统能够耐受的最大F/M为0.944,为后续充分发挥连续流动态膜FW和WAS混合发酵系统的最大效能提供依据。本研究结果可为典型城市有机废物厌氧发酵产甲烷系统的低碳高效稳定运行提供参考。     

基质组分对厨余与污泥共发酵动力学特性的影响

通过厌氧发酵4阶段动力学实验、产甲烷抑制实验及单一VFA的产甲烷动力学实验,探明了厨余和污泥共发酵过程中,典型组分对其潜在的酸积累类型以及甲烷化过程的影响。结果表明,不同基质组分在厌氧发酵过程中的VFA组成比例以及单一VFA的产甲烷化动力学特性,对其产甲烷潜能及速率有着决定性影响。乙酸的甲烷化速率高达44.80 mL·d-1,丁酸略慢于乙酸,而丙酸和戊酸的甲烷化速率不足乙酸的1/2,其中丙酸的延滞期长达1.76 d。因此,产酸类型以乙酸为主的污泥、菜类在产甲烷阶段不存在延滞期;而蛋肉类及油的产甲烷速率受到丙酸、戊酸动力学特性的影响相对较慢。通过调整共发酵基质配比不仅能够提高发酵潜能,还能够优化VFA组成比例,实现较高的甲烷产率及甲烷化速率。     

不同条件下厨余与污泥共发酵效率及能耗分析

从甲烷产率、系统稳定性,以及产、耗能的角度系统分析了温度及有机负荷率（OLR）对厨余垃圾和剩余污泥共发酵过程的影响。结果表明,甲烷产率随负荷增加呈现先增加后减小的趋势,且高温系统甲烷产率显著高于中温系统,最大甲烷产率分别为407.92 mL·（g VS）-1及357.86 mL·（g VS）-1。在负荷提升过程中,中、高温系统均出现了以丁酸为主的有机酸积累,但当OLR增至15.93（g VS）·（L·d）-1后,高温系统仍能实现稳定运行。通过能耗分析可知,当负荷高于5.05（g VS）·（L·d）-1后,共发酵系统逐渐由耗能状态转变为产能状态,在高负荷运行条件下,高温发酵系统净产能显著高于中温系统,且具有甲烷产率高、稳定强的优势,所以在厨余垃圾和剩余污泥共发酵过程中更加具有应用前景。