蓝藻与污泥混合厌氧发酵产沼气的初步研究

为了实现太湖蓝藻打捞后的快速处置,对厌氧颗粒污泥、消化污泥、剩余污泥与蓝藻混合厌氧发酵产沼气进行了研究。结果表明,蓝藻与污泥混合可以有效促进沼气发酵。在蓝藻与厌氧颗粒污泥物料比为6∶1时,产气效果最佳,沼气产率为73 mL/g VS,平均甲烷含量为69%,最大产气速率为138 mL/d,累计产甲烷量为50 mL CH₄/g干物质,分别是蓝藻与消化污泥、剩余污泥混合发酵时的1.5倍和2.3倍。厌氧颗粒污泥、消化污泥、剩余污泥与蓝藻混合,其VS降解率为11.40%～13.73 %,COD减少了27.97%～46.38%。厌氧发酵对蓝藻藻毒素的含量有较大影响,分别从356、366和244 μg/L降低到检测限5 μg/L 以下。     

NaOH预处理对秸秆与蓝藻混合厌氧发酵产沼气的影响

以稻秸和蓝藻为原料,在实验室自制小型发酵装置内进行混合物料厌氧发酵实验,研究不同质量分数NaOH预处理对秸秆与蓝藻混合厌氧发酵产沼气的影响。结果表明,经过NaOH预处理后,稻秸组分被破坏,产气量较对照组有明显增加,发酵时间缩短。扫描电镜观察显示,经碱性预处理过的稻草秸秆孔隙度增大,机械组织暴露,酶解的有效比表面积增大,酶解速率加快。NaOH质量分数为6%的处理组产气效果最好,总产气量比对照组高出248%,且甲烷平均含量达到58.89%,预处理效果最为理想。     

碱性条件促进太湖蓝藻厌氧发酵产挥发性脂肪酸

采用批式研究实验,考察了酸性(pH 5)、中性(pH 7)和碱性(pH 9)条件下,太湖蓝藻厌氧发酵产挥发性脂肪酸(volatile fatty acids,VFAs)过程中的产酸指标,酸分布及蓝藻有机成分降解的效果。结果表明,pH为9时VFAs产率最高,为0.274 g VFAs/g VS,VS降解率达到51.91%。蓝藻有机成分中蛋白质、碳水化合物、脂类降解率也在pH为9时达到最高,分别为53.2%、30%和40.6%。实验对蓝藻产酸效果与其他固废产酸效果进行了比较,比较结果说明,太湖蓝藻作为厌氧发酵原料生产挥发性脂肪酸具有可行性。     

污泥与香蕉秸秆混合厌氧发酵特性

为提高污泥、香蕉秸秆厌氧发酵的甲烷产率,采用批式实验,研究污泥与香蕉秸秆厌氧发酵及其协同特性。实验结果表明：污泥和香蕉秸秆实验组分别会出现氨抑制、酸抑制现象,影响厌氧发酵的进行,一段时间后都可以自行解除抑制恢复产气。热碱污泥、碱浴秸秆实验组均可以解除抑制作用,甲烷产率较预处理前分别提高43%、176%。混合物质发酵实验组的甲烷产率较热碱污泥、碱浴秸秆实验组分别提高了110%、30%,较污泥和香蕉秸秆实验组分别提高了200%、259%。说明污泥和香蕉秸秆混合厌氧发酵,可以提高甲烷产率。     

高含固率菜籽饼与牛粪-羊粪混合厌氧发酵产沼气特性

为充分利用菜籽饼和牛羊粪等固体废物资源并提高其产沼气性能,以农用沼气池为发酵装置,研究了高含固率菜籽饼和牛粪-羊粪10个不同配比(以干物质计)混合厌氧发酵40 d的产沼气特性。结果表明,各混合处理的整个发酵过程运行良好,厌氧消化运行情况稳定。其中,菜籽饼与羊粪干物质配比为2∶1时具有较高的产气潜力,累积产气量最大,达到122.92 m³·t⁻¹。同时,菜籽饼与羊粪混合发酵的产气效果要优于与牛粪混合的效果。修正的Gompertz模型显示,各处理能较好地拟合产沼气过程。其中,最大产沼气量(P_m)和最大产气速率(R_m)随菜籽饼添加量的增加而增大,产气滞留时间(λ)则随菜籽饼添加量的增加而降低。本研究结果可为菜籽饼和畜禽粪便的资源化利用提供参考。     

水葫芦厌氧发酵工程化应用研究

在实验室进行了接种率、破碎程度和温度等对水葫芦厌氧发酵产气率的影响研究.结果表明:水葫芦在中温35℃下,水葫芦和接种污泥的最佳接种率为1:1(总固体物质比),经简单切分后产气率最高,原料产气率为0.540 m3/d(以每千克固体含量计,下同);高温消化与中温消化相比,产气率无明显优势.在实验室研究基础上,对中国农村地区原有的沼气发酵工艺进行适当的改进,设计构建了5 m3 15 m3(酸化池 产气池)两级反应池,该反应池在夏季常温条件下运行良好,80 d的平均原料产气率达0.305 m3/d.     

厌氧发酵产挥发性脂肪酸实现太湖蓝藻泥的减量与资源化

采用热碱预处理及厌氧发酵技术实现了太湖蓝藻生产挥发性脂肪酸(VFAs)。结果表明,热碱预处理(T=90 ℃,pH=12)可以促进蓝藻中的固相有机质溶于液相中,溶解性的化学需氧量(SCOD)、碳水化合物和蛋白质相比未预处理分别提高了10.3、12.3和4.8倍。三维荧光光谱(3D-EEM)分析表明,热碱预处理能提高蓝藻可生物利用性,同时降低腐殖酸的含量,有利于后续生物转化。在序批式厌氧发酵产酸运行模式下,平均总挥发性脂肪酸(TVFAs)浓度达到18.64 g·L⁻¹,产酸效率(1 g VSS中VFAs的占比)为46%。半连续运行模式下,平均TVFAs可以达到15.56 g·L⁻¹,产酸效率为26%。蓝藻中溶解性碳水化合物和蛋白质降解率分别为50.43%和47.04%。同时,蓝藻中总悬浮固体(TSS)和挥发性悬浮固体(VSS)的降解率分别为24.5%和43.4%,达到了很好的减量化效果,但残留物中还存在大量有机物未生物转化。     

水稻与棉花秸秆不同预处理厌氧发酵产沼气

以猪粪为接种物,以棉花秸秆和水稻秸秆为发酵原料,分别对秸秆进行稀碱法预处理和稀碱法与超声波联合预处理,在发酵温度为(37±1)℃的条件下进行厌氧发酵产沼气的研究。结果表明,以联合预处理的秸秆为发酵原料,厌氧发酵的各项指标均比以稀碱预处理秸秆发酵的效果好,其中累积产气量和沼气中甲烷含量分别提高35.23%和2.4%,发酵后TS、VS含量相对减少2.6%～10.94%,发酵液代谢产物中的有机酸丙酮酸、乙酸和柠檬酸含量相对减少23.9%～25.9%、20.24%～24.53%和41.08%～45.91%。     

中药浸膏药渣厌氧发酵产沼气研究

针对中药药渣难处理的特点,以污水处理厂厌氧污泥为接种物,以中药浸膏药渣为发酵原料,以发酵过程中日产气量、pH值、VFA和氨态氮等为参数,对其厌氧发酵产沼气可行性、接种物与中药药渣间配比、发酵温度以及添加微量金属元素等影响因素进行了研究。实验结果表明,中药药渣厌氧发酵产沼气方案可行;在厌氧污泥接种物与中药药渣最佳质量配比为1∶2、最佳反应温度35℃,分别添加适量的Fe、Co、Ni微量金属元素时,厌氧发酵起动时间均较对比样早,产气量较对比样大大增加,且总产气时间缩短。     

基于不同破解方法的市政污泥厌氧消化产气量优化

污泥溶胞破解是提高污泥厌氧消化产气量的重要手段。实验比较了热预处理、碱预处理、热碱预处理以及电化学热处理4种破解方法对市政污泥厌氧消化产气量的优化效果,通过分析比较沼气累积产量、日产气量、日产气速率和CH4在沼气中的含量占比等指标得出实验结果和结论。结果表明,不同的破解方法对市政污泥厌氧消化产气量的优化程度是不同的,其中,电化学预处理破解方式的沼气累积产量最多,为648 L·kg-1（以VS计）,同时其CH4在沼气中的含量也最多,从5 d后的56.2%一直持续上升到40 d后的64.8%,表明该种方式对于市政污泥厌氧消化产气量的优化是较为理想的。     

不同存放时间太湖蓝藻产沼气潜力

对不同存放时间蓝藻(新鲜蓝藻、存放3个月、6个月和9个月)进行厌氧消化处置,分析反应过程中沼气量、代谢产物和酶活等变化,获得各自的产沼气潜力。研究结果表明,存放6个月蓝藻组的产沼气率最大,为120.5 mL/g TS,是新鲜蓝藻组的1.29倍。Gompertz模型拟合表明,随着存放时间的延长,最大产沼气量(Pmax)先增大后减小,最大比产气率一直增加。存放3个月蓝藻组的VFA在第6天达到最大,为1 575.4 mg/L,而存放9个月蓝藻组的VFA在第2天达到最大,为1 116.5 mg/L。存放3个月蓝藻组的最大中性蛋白酶酶活为1 203.4μg/(g TS.h),比新鲜蓝藻组提高212.8μg/(gTS.h)。脱氢酶酶活随着蓝藻存放时间的增加呈现先增加后减小的趋势。     

污泥厌氧消化的人工神经网络模型

基于污泥固体停留时间(SRT)为20 d的污泥中温厌氧消化实验,建立一个3层BP神经网络,以前1~20 d的进泥挥发性悬浮固体(VSS)、当天消化罐pH值和碱度共22个参数为输入,预测污泥消化系统日产气量,结果表明,网络具有良好的学习能力、泛化能力和辨识能力,能够较为准确地预测出系统日产气量。此外,根据进泥VSS不同,利用网络预测能力,调节pH值和碱度到合适的值,系统日产气量有明显提高,进一步证明了网络具有良好的预测能力和实用性。     

连续式两相厌氧消化的产气潜能

为了考察连续式两相厌氧消化过程及产酸相、产甲烷相最佳水力停留时间和产气潜能,并与序批式单相厌氧消化实验比较,采用生活垃圾、粪便、餐厨垃圾、污泥混合物料为消化原料,进行中温连续式两相厌氧消化和序批式单相厌氧消化实验。结果表明,单相厌氧消化产气潜能为242 m3·t-1 TS,两相厌氧消化产气潜能达到380 m3·t-1 TS以上,提高了57.6%。两相厌氧消化最佳水力停留时间为14 d,比单相厌氧消化的水力停留时间缩短了一半,并且连续式两相厌氧消化过程比单相厌氧消化具有更高的运行稳定性。     

添加三氯化铁对中温污泥厌氧消化优化调理

污水处理厂产生的大量污泥已成为迫在眉睫的难题,厌氧消化是目前污泥处理的一种常用方法。然而,传统污泥厌氧消化存在效率低、沼气中硫化氢含量高以及消化污泥脱水困难等问题。全面探究了添加FeCl3对污泥厌氧消化效率、消化污泥脱水性能、沼液处理和沼气利用的影响。结果表明,添加FeCl3使产气量和产甲烷量分别提升了29.7%和37.4%,有机物去除率从28.1%提升到29.6%。添加FeCl3能改善消化污泥脱水性能。此外,厌氧消化后,添加FeCl3使沼液中的氨氮浓度降低12 mg·L-1,磷酸盐浓度降低20.7%,沼气中硫化氢浓度降低了63.3%。     

金属铁铝对混凝强化初沉污泥中温厌氧消化的影响

选取FeCl3和AlCl2·6H2O作为混凝剂对城市污水进行一级强化混凝处理,降低二级生物处理的进水负荷,减少污水生物处理系统的能量消耗。主要研究混凝过程投加的金属盐对一级强化混凝产生的初沉污泥中温厌氧消化的影响。和剩余污泥相比,初沉污泥更适合厌氧消化处理,污泥降解性能和产气性能更高。当采用城市污水一级强化混凝处理时,污泥中的金属和金属盐水解引起的pH降低,使混凝强化初沉污泥的厌氧消化受到一定抑制。随着污泥中铝含量的降低和铁含量的增加,厌氧消化的COD降解率和挥发性固体（Vs）降解率逐渐升高,生物气产量逐渐增大,产气速率加快。当混凝强化初沉污泥只含有铁时（铁含量为10．16mg／L）,混凝强化初沉污泥厌氧消化效果最好,产气稳定,而且产气速率高,生物气产量为237mL,生物气甲烷含量为55．5％,降解单位Vs产气量为0．80L／g,均高于其他含铝的混凝强化初沉污泥。污泥中的铁对初沉污泥厌氧消化的抑制作用远远小于铝的作用,说明铁盐适合用于城市污水的一级强化混凝处理。     

金属铁铝对混凝强化初沉污泥中温厌氧消化的影响简

选取FeCl₃和AlCl₃·6H₂O作为混凝剂对城市污水进行一级强化混凝处理,降低二级生物处理的进水负荷,减少污水生物处理系统的能量消耗。主要研究混凝过程投加的金属盐对一级强化混凝产生的初沉污泥中温厌氧消化的影响。和剩余污泥相比,初沉污泥更适合厌氧消化处理,污泥降解性能和产气性能更高。当采用城市污水一级强化混凝处理时,污泥中的金属和金属盐水解引起的pH降低,使混凝强化初沉污泥的厌氧消化受到一定抑制。随着污泥中铝含量的降低和铁含量的增加,厌氧消化的COD降解率和挥发性固体（VS）降解率逐渐升高,生物气产量逐渐增大,产气速率加快。当混凝强化初沉污泥只含有铁时（铁含量为10.16 mg/L）,混凝强化初沉污泥厌氧消化效果最好,产气稳定,而且产气速率高,生物气产量为237 mL,生物气甲烷含量为55.5%,降解单位VS产气量为0.80 L/g,均高于其他含铝的混凝强化初沉污泥。污泥中的铁对初沉污泥厌氧消化的抑制作用远远小于铝的作用,说明铁盐适合用于城市污水的一级强化混凝处理。