猪粪和羊粪与麦秆不同配比中温厌氧发酵研究

研究了猪粪和羊粪分别与麦秆不同配比中温(35℃)厌氧发酵对产气量、消化时间和最优C/N值的影响。结果表明,猪粪与麦秆在中温厌氧发酵时,所需的最优C/N值为21,且经141 d就可充分发酵,最大干物质累积产气量可达369.53 mL/g。羊粪与麦秆中温厌氧发酵时,所需的最优C/N值为24,且经96 d就可充分发酵,最大干物质累积产气量可达209 mL/g。猪粪秸秆中温厌氧发酵时易发生酸化,发酵前应通过预处理来减少酸化可能;而羊粪麦秆不易发生酸化。     

响应面法优化香蕉秸秆与猪粪混合厌氧发酵工艺研究

将香蕉秸秆与猪粪混合后厌氧发酵,考察粪秸比(猪粪干物质占发酵原料干物质的质量分数)、厌氧污泥接种量(厌氧污泥占发酵料液的质量分数)和发酵温度对总产气量的影响。在此基础上,通过响应面法对厌氧发酵工艺进行优化,并建立总产气量与粪秸比、厌氧污泥接种量、发酵温度的二次回归模型。研究结果表明,建立的二次多项式数学模型具有高度显著性,模型拟合度、精确度高,数据合理。最佳工艺条件为:粪秸比为35.34%,厌氧污泥接种量为61.40%,发酵温度为40.27℃。在此条件下,总产气量的预测值为15 779.2mL,试验值为15 620.5mL,二者相对偏差为1.01%。可见,所得模型能够较好地优化发酵条件并预测总产气量,可为提高香蕉秸秆与猪粪混合厌氧发酵产气量及提高发酵效率提供一定参考。     

猪粪与玉米秸秆混合中温发酵产气效果

以猪粪及碱液预处理后的玉米秸秆为原料,在恒温35℃和料液总固体质量分数为5%的条件下,以实验室内培养的不产气厌氧活性污泥为接种物,研究猪粪与玉米秸秆不同配比(干物质比分别为1:3、1:2、1:1、2:1、3:1和0:1(单一猪粪))混合发酵对产气效果的影响.研究结果表明,在35℃条件下,猪粪与玉米秸秆以2:1配比的累积产气量最大,为15 157 mL;其次是1:1样品,累积产气量为15 088 mL.但甲烷产量最高为1:1样品,56 d共产甲烷9 137 mL,甲烷气占总产气量的60.6%.通过对发酵过程中pH及COD的测定,证明经碱液预处理后的玉米秸秆能与猪粪混合稳定发酵,发酵前后厌氧消化液中COD的降解率可达50%以上.进一步研究分析得出,将玉米秸秆和猪粪按一定比例混合发酵不仅可以缩短发酵周期、提高产气速率,而且可以大幅提升原料的产气潜力.     

海藻-接种液配比对海藻厌氧发酵产甲烷的影响

海藻可以作为厌氧发酵产甲烷的原料进行开发,但目前对海藻产甲烷潜力的研究仍不足。将瑞典哈尔姆斯塔德郊外海滩上的墨角藻(Fucus vesiculosus)、齿缘墨角藻(Fucus serratus)和多管藻(Polysiphonia sp.)与当地甲烷厂的接种液混合,进行厌氧发酵,生产甲烷并优化海藻-接种液配比(A/I,以质量比计),利用改进的Gompertz模型对实验数据进行拟合分析。结果表明,实验中所用海藻均有较好的产甲烷潜力,改进的Gompertz模型对实验数据的拟合显示出较高的准确性。最优A/I接近1∶5,相应的接种液-底物配比(ISR,以质量比计)为0.63,最大累积甲烷产量为114.35mL/g。研究结果能为海藻在沼气生产中的应用提供参考。     

不同氮源对猪粪废水厌氧发酵中氨抑制效果的影响

为明确不同氮源在猪粪废水厌氧发酵过程中的氨氮释放规律及其对厌氧发酵的抑制作用,以尿素和氯化铵为外加氮源,以固液分离后的猪粪废水为底物,在中温35℃条件下通过批式厌氧发酵,研究了不同总氨氮(total ammonia nitrogen, TAN)浓度的外加氮源对猪粪废水厌氧发酵的影响。结果表明:在猪粪废水厌氧发酵过程中,以尿素为氮源产生的游离氨(free ammonia nitrogen, FAN)、挥发性脂肪酸(volatile fatty acids, VFAs)和pH均明显高于以氯化铵为氮源的处理组,但二者对应的总氨氮(total ammonia nitrogen, TAN)没有明显的区别;以尿素为氮源(TAN≤500 mg·L~(-1))和以氯化铵为氮源(TAN≤1 500 mg·L~(-1))均能促进猪粪废水厌氧发酵产甲烷,但超过这一浓度后,均对产甲烷有抑制作用,尿素对猪粪废水厌氧发酵产生抑制的浓度(TAN500 mg·L~(-1))远低于氯化铵(TAN1 500 mg·L~(-1));相较氯化铵,以尿素为氮源对猪粪废水的厌氧发酵具有更强的氨抑制。以上结果可为高氨氮抑制厌氧发酵氮源的选择提供参考。     

纤维素乙醇糟液对稻秸猪粪厌氧发酵的促进机制

纤维乙醇生产会伴随产出大量酸性糟液。利用厌氧技术处理糟液存在C/N低、pH值低等难题,采用糟液与秸秆、猪粪混合后厌氧发酵是一种有效的糟液处理途径。秸秆添加糟液后,TS比例为3%,6%和9%时各组产气量分别为627.8、585.6和443.9 mL·g-1 TS,大幅度高于不添加糟液的秸秆对照组产气量292.5 mL·g-1 TS,且嗜氢产甲烷途径增强,甲烷体积分数从低于60%增至70%以上。猪粪添加糟液在较低TS浓度3%时产气量最高676.7 mL·g-1 TS,秸秆和猪粪按TS 1：1的比例混合时添加糟液的产气效果最佳。秸秆添加糟液的最大VFAs比秸秆对照高2.8~4.7倍,产气延迟增加,从混合型发酵变为典型的丁酸型发酵;猪粪添加糟液后VFAs浓度相对较低,产气启动快,从混合型发酵转变为典型的丙酸型发酵,说明糟液在不同碳源条件下,有着不同的代谢促进途径。糟液与农业废弃物混合厌氧发酵,是一种高效的共发酵体系。糟液在刺激促进秸秆、猪粪产气提升和解除抑制风险的同时,自身也得到高效降解利用。     

初始pH对原污泥厌氧发酵产氢的影响

市政污泥（简称污泥）厌氧发酵产氢既可解决污泥的出路问题,又能产生清洁能源--氢气,是一种较为理想的处理处置方式。调节污泥适合的初始pH值能够提高污泥的产氢效率。为了考察不同初始pH值对污泥厌氧发酵产氢的影响,将未经任何预处理污泥（原污泥）的初始pH分别调到2.0~12.0,用于批式实验。研究表明：调节原污泥初始pH,适当条件下能促进氢气的生成。初始pH为强酸性条件时,污泥基本不产氢;初始pH在4.0~11.0,污泥总体产氢量也很低;初始pH=12.0条件下,污泥总体产氢量最高,比产氢率达到3.39 mL·（g VS）-1。不同初始pH下污泥的降解均以蛋白质降解为主。酸性条件下,蛋白质及糖类物质有一定降解;中性条件下,蛋白质及糖类物质都得到较好的降解,浓度均较低;碱性条件下,糖类物质的酸化较微弱,但蛋白质却得到较好的降解,降解蛋白质生成的TVFA由于甲烷菌受到抑制而产生积累。     

酸化冲击对低pH厌氧发酵系统性能的影响

为了研究酸化冲击对厌氧发酵有机废水能源回收系统的影响,利用自制的厌氧内循环反应器（anaerobic internal circulation reactor,AICR）,以模拟糖蜜废水为底物,逐步提高进水容积负荷以模拟高容积负荷下出现的酸化冲击。研究了反应器酸化前后运行参数,并利用高通量测序检测了酸化后系统微生物群落结构。结果表明：酸化会导致颗粒污泥解体,产气速率和COD去除率下降,产甲烷活性严重抑制,同时发酵类型也发生转变。反应器酸化以后,发酵类型从丁酸型发酵类型转变为混合酸发酵类型,在进水负荷不变的情况下,总产气速率下降约50%,从2 100 mmol·（L·d）-1下降至1 056 mmol·（L·d）-1。酸化后的系统中,非产氢发酵细菌为优势细菌（54.7%）,而产氢细菌所占比例较少（37.3%）,未检测到产甲烷细菌。     

不同pH条件下剩余污泥厌氧发酵过程中溶出物的释放

对剩余污泥进行厌氧发酵处理可实现污泥中有机质和磷的释放并最终回收利用,而pH是影响厌氧发酵过程的重要因子。为研究pH对厌氧发酵中磷与有机物释放的影响,采用批次实验研究了pH分别为3、5、7、9、10、11时剩余污泥厌氧发酵过程中磷和有机物的释放与转化规律。结果表明,在不同pH下,剩余污泥厌氧发酵过程中发生着有机物与不同形态磷的迁移与转化,酸性和碱性环境下的厌氧发酵液成分的三维荧光结构不同。剩余污泥厌氧发酵过程中,泥相钙结合态磷(AP)在酸性条件下转化为液相磷,有机磷(OP)和大部分铁/铝结合态磷(NAIP)在碱性条件下转化为液相磷;其中, pH为11时,污泥发酵液中磷含量最高。污泥发酵类型为丁酸型发酵,发酵产物以异丁酸为主,其次是正戊酸和乙酸。pH为10时,发酵液中的蛋白质与多糖的总量、挥发性有机酸(VFAs)浓度最高,两者呈现正相关关系;类蛋白和类腐殖酸降解,利于VFAs的积累。     

蛭石在非缓冲与缓冲体系中的Zn~(2+)、Cd~(2+)吸附行为研究

探讨了蛭石分别在非缓冲体系与缓冲体系中的Zn2+、Cd2+吸附行为,比较了2个体系中Zn2+、Cd2+的平衡吸附量(qe),qe与平衡液相离子浓度(ce)、qe与ce和吸附剂浓度(W0)之比(ce/W0)的对应关系。结果表明,在非缓冲体系与缓冲体系中,在3个W0水平上,Zn2+、Cd2+都具有其独立的qe—ce等温吸附曲线,而qe与ce/W0具有良好的相关性,在3个W0水平上的qe—ce/W0等温吸附曲线基本拟合在一起,即在qe—ce/W0等温吸附曲线中均基本消除了吸附剂浓度效应;加入缓冲溶液的传统方法并不能消除W0对离子吸附效果的影响;缓冲体系中,大量的其他阳离子参与Zn2+、Cd2+的竞争吸附,从而使得Zn2+、Cd2+的qe相对降低;缓冲体系的qe—ce、qe—ce/W0等温吸附曲线与非缓冲体系相比,线性形式更为明显,缓冲体系的qe—ce/W0等温吸附曲线中,qe与ce/W0的对应关系没有非缓冲体系中的好。     

pH对混合污泥水解酸化的影响

pH对剩余污泥和初沉污泥水解酸化的影响已有报道,但pH对混合污泥水解酸化的影响尚鲜见报道。为此对厌氧环境,(20±1)℃,pH=4～11以及不控制pH条件下混合污泥的水解酸化特征进行了研究。研究发现:对pH调控有利于污泥SCOD的溶出,在较强的碱性条件下污泥溶出的SCOD要大于其他条件下的,特别是pH=10和11条件下污泥溶出的SCOD要远高于其他条件下。碱性环境和酸性环境以及中性环境相比更有利于混合污泥产酸,最佳产酸pH条件为pH=10。在酸性和极端碱性条件下均有利于混合污泥中氨氮和磷的释放。碱性环境利于挥发性悬浮固体(VSS)的去除,但不利于总悬浮固体(TSS)的去除。在不同pH条件下将混合污泥的发酵特征和剩余污泥和初沉污泥发酵特征比较,发现3种污泥水解和产酸均在碱性条件下最好,且在20～22℃的条件下,产酸量均在pH=10的条件下达到最大。     

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。     

初始pH值对氨三乙酸促进产甲烷效果的影响

金属离子螯合剂氨三乙酸(nitrilotriacetic acid, NTA)可提高微量金属离子的生物可用性,促进厌氧消化产甲烷。借助气相色谱分析,在探讨系统酸性pH值对厌氧消化甲烷产量影响的基础上,重点研究了初始pH值对NTA促进产甲烷效果的影响。结果表明,系统初始pH值对厌氧消化产甲烷有一定的影响,其影响程度与溶液中游离乙酸的浓度密切相关。NTA对产甲烷的促进作用在pH值为6.5和7.0时较为明显,而在更低pH条件下,几乎没有促进作用。当pH为7.0、添加10 μmol/L NTA时,与对照样相比,累积甲烷产量增加了38.5%,而pH 6.0时,作用却不明显。     

猪粪与污泥不同配比对其厌氧共消化与微生物多样性的影响

研究采用猪粪与城市污水厂脱水污泥以5种不同VS比例（1：0,2：1,1：1,1：2和0：1）进行中温厌氧消化实验,以研究反应器在不同配比下的产甲烷特性,同时结合16S rRNA扩增子测序技术分析了消化过程中微生物组成的多样性变化。实验结果表明,添加猪粪能明显提升消化效率,当猪粪与污泥以2：1混合消化时甲烷累计产量最高可达684 L·kg-1VS,比污泥单独消化提升了120%。2：1组的VS去除率可达63.1%,且运行稳定,没有出现明显的酸抑制现象。随着猪粪的添加,优势菌种演替为Bacteroides、Clostridium、Methanosaeta和Methanosarcina。冗余分析结果表明共消化组中甲烷产生主要以氢营养型途径为主。添加猪粪参与共消化能明显提高微生物群落多样性,促进菌种间的协同作用,从而提升有机质转化效率。     

混合碱和沸石联用对初沉污泥厌氧发酵性能的影响

在初沉污泥厌氧发酵过程中,以NaOH作为碱剂调节污泥pH,虽能有效提高发酵液中有机物浓度,但同时发酵液中的氮、磷等副产物的含量也增加,且发酵后污泥脱水性能较差。为解决上述问题,通过小试实验,考察了NaOH与Ca（OH）2混合碱和沸石联用的强化方式对发酵液性质及污泥脱水性能的影响。实验结果表明：采用NaOH与Ca（OH）2比值为1 : 3的混合碱液调节初沉污泥pH至10,且同步投加80 g·L-1沸石时,具有较好的强化发酵及控制氮、磷副产物的产生的特性,同时发酵后污泥具有较好脱水性能。在此条件下,发酵液的TVFA、SCOD、NH4+-N和PO43--P分别为2 898.1、4 960、106.1和3.1 mg·L-1,具有作为反硝化碳源的潜力,同时发酵后污泥CST值为273.9 s,具有较好脱水性能,有利于污泥的后续处理。     

褐铁矿与固体含量对牛粪秸秆混合厌氧干式发酵的影响

干式厌氧发酵是处理农业废弃物的有效途径之一,其中总固体（TS）含量和外源添加剂是影响有机质产甲烷过程的重要影响因素。以牛粪与水稻秸秆为例,研究了不同的褐铁矿添加量以及TS含量对牛粪秸秆混合厌氧干式发酵产甲烷过程的影响,并对沼渣特性进行表征。结果表明：固定TS含量25%时,添加1%褐铁矿（基于底物TS含量）显著促进产甲烷过程,产气量比对照组增加了21 mL·g-1（以VS计）;对照组（无褐铁矿）和添加1%褐铁矿时,纤维素降解均随TS含量升高而降低;TS含量40%时,添加1%褐铁矿对产甲烷过程具有抑制作用,甲烷产率相比于对照组（TS含量25%）降低了71%。可见只有当TS含量25%时,添加适量褐铁矿才能有效促进牛粪秸秆混合厌氧发酵产甲烷过程。研究可为优化农业废弃物甲烷化提供参考。     

稻秆负荷与pH对稻秆厌氧发酵产酸系统启动过程的影响

为探讨稻秆负荷（即稻秆VS/污泥VSS）与发酵pH对稻秆厌氧发酵产酸系统启动过程产挥发性脂肪酸（VFAs）效果的影响,利用厌氧搅拌罐反应系统考察在不同的稻秆负荷（0.556、0.945、1.334和1.724 g/g）和不同的发酵pH（8.0、9.0和10.0）启动运行条件下的产酸性能,并分析了系统启动过程产酸与稻秆主要成分降解之间的关系。实验结果表明,VFAs浓度随稻秆负荷提高而增大,随发酵pH的升高而降低;发酵18 d时,发酵pH为9.0时,稻秆负荷1.334 g/g的产酸效果最好,VFAs浓度与稻秆产酸量分别为4 385.10 mg/L和2.19 gVFAs/g稻秆,此时半纤维素、纤维素和酸性洗涤木质素降解率分别为32.69%、22.53%和6.40%;稻秆负荷为0.945 g/g条件下,VFAs浓度在pH为8.0时达到最高值4 409.51 mg/L,此时稻秆降解量也最多,半纤维素、纤维素和酸性洗涤木质素降解率分别为28.60%、47.32%和22.69%。研究表明,稻秆负荷与发酵pH通过影响稻秆半纤维素、纤维素和木质素的降解影响稻秆厌氧发酵产酸的进程和效果。     

外源MnO2和儿茶酚对猪粪好氧堆肥氨挥发与氮素形态转化的影响

为探究儿茶酚与MnO₂的添加对强化堆肥腐殖化及氮素保留效果的影响,以猪粪与木屑为堆肥原材料,分别设置对照组 (CK,儿茶酚与MnO₂质量分数均为0%),实验组 (T1,儿茶酚0%与MnO₂ 1%;T2,儿茶酚3%与MnO₂ 0%;T3,儿茶酚3%与MnO₂ 1%)4个处理,借助冗余分析、UV-vis、3D-EEM光谱技术,探究不同处理对堆肥基本理化性质、氮素转化过程及氮素保留机理的影响。结果表明,1% MnO₂和3%儿茶酚的混合处理 (T3)堆肥过程中类氨基酸组分荧光强度显著增强,氨挥发受到明显抑制,堆肥结束时,混合处理氨累积挥发量为1.39 g,仅为CK的16.61%;有机氮组分中酸解氨态氮占比为17%,高于CK的14%;总凯氏氮相较于CK提升了9.00%,温度、pH值、EC值和GI值等基础指标均满足安全利用标准。三维荧光平行因子分析表明MnO₂和儿茶酚的混合添加可有效削减堆肥初期含氮有机质的矿化分解,从而明显降低堆体升温阶段和高温阶段的氨挥发总量,实现氮素的保留。     

负荷与混合方式对厌氧膜生物反应器中甲烷气-液分配特征的影响

厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactors, AnMBR)出水普遍存在过饱和的溶解性甲烷(dissolved methane, DCH₄),易造成能量流失和温室效应,阐明AnMBR中甲烷气-液分配特征对提高甲烷回收率具有重要意义。为此,本文研究了负荷和混合方式对AnMBR中甲烷气-液分配特征的影响。结果表明,在35 ^oC,负荷为0.6~1.8 kg·(m³·d)^–1的条件下,AnMBR实现了较好的有机物去除效果(COD去除率>90%),运行过程DCH₄均处于过饱和状态(过饱和度为1.3~2.1),随着负荷的提升DCH₄浓度升高,过饱和度有所下降;相比于循环混合,在浪式脉冲混合条件下的甲烷传质系数(K_La)更大,其中DCH₄浓度、过饱和度及DCH₄占进水COD的比例均较低。AnMBR大部分进水COD转化为甲烷,主要以气态形式存在 (50.2%~60.0%)。浪式脉冲混合时反应器总能耗比循环混合降低了85.9%~88.0%,提升负荷有利于实现AnMBR处理废水过程的能量平衡。     

我国农村分散型污水处理设施与设备性能评估体系的建立

我国农村分散型污水处理设施与设备正处于向正规化和可持续化转变的关键阶段。如何构建具有我国特色的农村分散型污水处理设施与设备的完整评估体系,真实提供科学评估后的处理效率,从而切实提高真正具有长期稳定运行能力的适用技术与设备的应用比率,这是我国当前农村分散型污水处理中亟需解决的关键问题。通过对欧、美、日等发达国家(地区)分散型污水处理设施与设备性能评估体系的系统剖析发现,这些国家在构建相关上位法律的基础上,建立标准化的评估流程与多样化的性能评估内容是评估体系能够真正发挥作用的重要保证。我国未来的评估体系应首先考虑建立合格的独立第三方评估主体,保证认证过程的公正性与评估结果的公平性;其次,认证内容方面则应坚持多元化的性能认证,引导未来分散型污水处理“因地制宜”的发展趋势;第三,提倡在标准进水及变化条件下对多类污染物的去除效率评价,体现设施运维的操作便利性,为未来可能的工艺组合中提供准确的污染物单元削减能力。我国的分散型污水处理设施与设备的评估体系的建立将为当前各项繁杂技术的比对提供统一客观依据,进一步地规范污水处理技术与设施设备的市场化选择运行,有效推广低成本、低能耗、易维护、高效率污水处理技术的实际应用,从而为农村人居环境改善中“梯次推进农村生活污水治理”的目标奠定坚实的技术评价基础。