污泥性质对污泥水解酸化效果的影响

采用3组构造一致的完全混合流态水解酸化反应器,分别以同等浓度的絮凝污泥、初沉污泥和剩余污泥作为底物污泥,在温度35℃,初始p H=10的反应条件下,研究污泥性质的差异对污泥水解酸化产物及产率的影响。实验结果表明:与初沉污泥、剩余污泥相比,絮凝污泥更易水解产酸发酵,至第9天水解产SCOD达到最大值2 713.2 mg/L,第7天酸化产VFAs达到峰值1 392.7 mg/L。3种污泥酸化产VFAs的主要组分均为乙酸和丙酸,但絮凝污泥VFAs组分中乙酸、丙酸这种优势更加明显,其所占比例分别高达48.9%和27.2%。此外,3种污泥水解酸化产碳源的同时均伴随着氮、磷元素的释放,整体而言,絮凝污泥产酸发酵中氮、磷元素的释放量及释放率均较低。     

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。     

剩余污泥发酵产酸特征及基质释放规律研究

剩余污泥发酵既能实现污泥减量,又能获得污水生物脱氮除磷所需的挥发性脂肪酸VFAs等。采用序批式污泥发酵实验,在(30±1)℃的条件下,研究剩余污泥投配比对序批式污泥发酵系统污泥减量、产酸以及基质释放过程的影响,探索VFAs生成最大化的条件。实验结果表明:投加接种污泥不能明显提高序批式污泥发酵系统剩余污泥的减量效果,但可以改善污泥的产酸特性;当污泥投配比大于50%时,发酵过程中将出现2个VFAs浓度峰,且第二次峰浓度更大;较为理想的序批式污泥发酵投配比是60%~80%、发酵时间为5 d或25 d,前者VFAs表观转化率最大(约24%),后者发酵液中VFAs浓度最高(约600 mg/L);发酵过程中,NH4+-N总体呈上升趋势,磷浓度发酵5 d时达到最大值。     

酸碱调控及底物浓度对木糖发酵产酸特性的影响

以木糖为碳源采用间歇培养方式,对木糖厌氧发酵产酸进行研究。考察木糖浓度和初始pH值对木糖厌氧产酸的影响。结果表明,随着木糖浓度的增加,总产酸量得到提高,但木糖利用率却呈现下降的趋势。当木糖浓度为5 g/L时,其利用率为100%,15 g/L时利用率为73.9%,此时挥发性脂肪酸(VFAs)为9.22 g/L。木糖的分批投加可有效促进产酸,尤其是促进乙酸浓度的提高。pH为5.0和6.0左右时,VFAs主要成分为乙酸和丁酸;而pH为7.0～9.0时,乙酸含量明显增高,在pH值为8.0的条件下乙酸含量占总VFAs的80.1%。在pH=8.0时经过8 d左右的发酵,VFAs浓度可达9.34 g/L。     

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。     

回流比对剩余污泥厌氧发酵产酸的影响

挥发性脂肪酸(VFAs)是强化生物除磷过程中易于利用的碳源。在影响剩余污泥厌氧发酵的因素中,回流搅拌是影响因素之一。因此,确定最适SRT为10 d后,通过采用控制回流比的方法,研究了剩余污泥在不同回流比条件下厌氧发酵的情况。结果表明:回流比的增大能够促进污泥水解过程中SCOD和STOC的溶出;回流比为300%时VFAs浓度最高,可以达到284.64 mg·L~(-1),约为不回流情况下(146.82 mg·L~(-1))的2倍;回流比为300%时产酸率也要大于不回流搅拌和回流比为500%的情况,最高可达到0.58 g·g-1(以VS计),在VFAs中以乙酸和丙酸的含量占主导。     

pH对蛋白类餐厨垃圾发酵产酸的影响

为了将蛋白类餐厨垃圾厌氧发酵产挥发性脂肪酸(VFAs)用作强化生物除磷过程中的碳源,实现其资源化利用,考察了在35℃条件下,pH的改变对其产酸的影响。结果表明:将起始pH调节为碱性,VFAs的产量显著高于酸性,且随着发酵时间的增加,VFAs的产量也逐渐增加,在pH=10,第8天时达到最高值36 193 mg·L~(-1),此时是初始值的28倍。其中,乙酸占50.3%,其次为丙酸30.9%。同时发现,pH调节为碱性也有利于溶解性COD(SCOD)、溶解性蛋白质(SPN)和溶解性碳水化合物(SPS)的溶出;在pH=10,第3天时SCOD和SPN分别达到最大值135 680 mg·L~(-1)和44 188 mg·L~(-1),此时是对照组的17倍和8倍。只有在强碱性条件下,SPN产量才明显提高。酸碱调节对SPS的溶出影响并不是太大,其在较短时间1 d内达到最大,然后减少并逐渐趋于稳定。通过分析可知,起始pH调节为强碱性有利于蛋白类餐厨垃圾的发酵产酸及有机质溶出的过程。     

不同类型污泥中非溶解性有机物水解产酸特性研究

分别以化学生物絮凝污泥(以下简称絮凝污泥)、初沉污泥和剩余污泥3种污泥为基质,对比研究了不同类型污泥中的非溶解性有机物的水解产酸特性,并进一步考察了水解酸化产物挥发性脂肪酸(VFAs)的产量和组成。结果表明,与初沉污泥和剩余污泥相比,絮凝污泥的水解酸化性能最优,稳定运行期间,絮凝污泥单位质量挥发性悬浮固体(VSS)的VFAs产量为(410.3±26.8)mg/g,分别为初沉污泥和剩余污泥的1.2、1.9倍。此外,絮凝污泥水解酸化产生的VFAs结构最优,乙酸占VFAs的比例高达64.3%(质量分数),絮凝污泥水解产酸发酵液中C/N、C/P均远高于典型城镇污水处理厂生化处理系统进水需求,可以作为后续生物脱氮除磷过程的优质补充碳源。     

接种量对餐厨垃圾中温厌氧产甲烷潜能的影响

以接种量作为餐厨垃圾厌氧消化进料负荷的衡量参数,研究不同接种量对餐厨垃圾中温产甲烷潜能的影响,确定餐厨垃圾中温厌氧消化最适接种量。实验设置10%、15%、20%、25%、30%和35%等6种不同的接种量,分析不同接种量之间产气量、甲烷含量、发酵前后总固体(TS)和挥发性固体(VS)、发酵过程中总挥发酸(VFAs)的变化情况。实验结果表明,发酵6 d后,所有发酵瓶罐均无气体产生,35%接种量导致系统酸化;30%和25%接种量时,发酵液维持较高的VFA浓度,在发酵结束后仍有较高浓度的VFA残留,这说明虽然该接种量下系统可以运行,但酸化产生的VFA并未充分转化为甲烷;10%、15%和20%接种量的发酵罐则能够将产生的VFAs利用掉,相比之下,接种量为20%时产气量最大,甲烷含量达到52.88%,TS和VS的去除率也能达到32.11%和38.24%,因此,20%接种量可作为后续实验的最适接种量。     

温度对木质纤维素水解与挥发性脂肪酸累积的影响

木质纤维素厌氧消化过程产生的挥发性脂肪酸（VFAs）可作为外加碳源投加到人工湿地,解决人工湿地反硝化碳源不足的问题,但温度对木质纤维素厌氧消化生产VFAs过程的影响还有待深入探明。考察上述木质纤维素厌氧消化过程中有机碳源、糖与VFAs的变化规律,试图探明温度（10-55℃）对木质纤维素水解与VFAs累积的影响。研究结果表明,温度升高对木质纤维素的水解具有促进作用,对VFAs产量的影响显著。35℃时是生物质发酵产酸的最优条件,VFAs累积量不仅最早（第10天）达到最高值154mgCOD／g生物质,而且碳源的数量和品质均达到较高的水平。     

pH值对污泥发酵产酸的影响

利用剩余污泥厌氧发酵产生挥发性脂肪酸,可作为污水脱氮除磷的有机碳源,而pH值是发酵产酸过程中重要的控制参数.研究了不同pH值条件下剩余污泥厌氧发酵产酸过程中各参数变化规律,探索pH值对其过程的影响及其分析.结果表明,碱性条件有利于污泥发酵产酸过程,实验最佳条件是控制反应初始pH值为10.0,仅8d发酵挥发性脂肪酸浓度就达到8.90 mmol/L.此外,污泥在发酵过程中,酸性条件下NH4+-N和PO43--P的释放量均大于碱性条件.     

挥发性脂肪酸对厌氧干式发酵产甲烷的影响

为了提高中温干式厌氧间歇发酵效率,研究了发酵过程中间产物———挥发性脂肪酸对产甲烷的影响。实验分2批进行,第1批在牛粪发酵过程中分别添加乙酸、丙酸和丁酸,第2批发酵添加易产生挥发酸的厨余垃圾混合发酵。结果显示,添加单一挥发酸的发酵过程中,添加丙酸的产甲烷速度较慢,因为丙酸降解生成乙酸的速度较慢,减慢了甲烷的形成;混合发酵过程厨余垃圾产甲烷速度比牛粪快,发酵过程产生2个产气高峰;牛粪和厨余垃圾固体物质含量比在11∶1到5∶1范围内较好,比牛粪单独发酵产气多,产酸高但不酸败,产生的挥发酸主要是乙酸和丙酸,其中比例为7∶1混合发酵的产甲烷速率最大,为4.89 mL/(g VS·d)。实验表明,牛粪厌氧干式发酵过程添加一定量的厨余垃圾可加快挥发酸的产生并提高挥发酸产量,从而提高甲烷的产量,但是总挥发酸长时间超过10 000 mg/L,pH降到不适于产甲烷菌生长的范围时,将抑制甲烷的生成,挥发酸积累导致厌氧发酵酸败。     

季节性城市生活垃圾成分分析及厌氧消化特性研究

城市生活垃圾的成分及特性随着季节和人类在不同季节的生活习惯而变化,针对我国北方城市研究了一年中不同季节的城市生活垃圾成分特点,对影响厌氧发酵过程的相关成分如总有机碳（TOC）、总氮（TN）、蛋白质、脂肪和还原糖等进行了测定分析。通过厌氧消化实验,测得不同季节城市生活垃圾pH值、日产气量、沼气甲烷含量、甲烷累积量、挥发性脂肪酸（VFAs）和氧化还原电位（ORP）等参数的变化规律,分析相应变化的影响因素。结果表明,二、三季度的含水率分别为64．81％和67．50％,高于一、四季度,一季度发酵原料中蛋白质和脂肪含量分别为12．56％和8．86％,明显高于其他3个季度。一季度甲烷累积量最高,达到17616mL,单位发酵原料的产气量为204．8mL／g,也是4个季度中最高的,说明蛋白质、脂肪等有机成分含量对厌氧发酵过程及结果影响比较明显。为进一步的城市生活垃圾厌氧消化制取生物燃气的工艺条件提供依据。     

干式厌氧消化过程挥发酸对硫酸盐还原菌的影响

在牛粪干式厌氧消化过程中,通过添加不同挥发酸(乙酸、丙酸、丁酸),考察消化稳定阶段,挥发性脂肪酸的分布特征,挥发性脂肪酸酸组成变化对硫酸盐还原菌(SRB)的影响,微生物种群组成和种群间关系。实验结果表明,挥发性脂肪酸对SRB还原速率的贡献依次为:丙酸丁酸乙酸。相比乙酸和丁酸,添加一定量的丙酸,更有利于激活SRB的活性,从而加强SRB与产甲烷菌(MB)的种间协同,保证厌氧系统的稳定运行。     

蔬菜与餐厨垃圾厌氧发酵启动阶段微生物分析简

为了研究厌氧发酵启动阶段微生物菌群结构、数量变化情况与沼气产量的关系,分别对蔬菜废弃物和餐厨垃圾单一物料发酵进行分析,并测定pH值、挥发性脂肪酸（VFA）、氧化还原电位。结果表明,餐厨垃圾比蔬菜废弃物的启动时间长,但产气持久。蔬菜废弃物中细菌达峰值的时间早于餐厨垃圾,说明蔬菜废弃物中的有机质更利于微生物降解利用。两种原料中的微生物群落结构变化一致,启动阶段初期好氧和兼性厌氧细菌属优势菌,其中产酸菌增殖速率高于氨化细菌,是启动阶段降解有机质的主要菌群。随后厌氧细菌快速增殖,日增殖速率由不足20%增长到近100%并保持稳定。厌氧纤维素降解菌在启动阶段增殖较慢,原料中纤维素降解在厌氧发酵后期。原料液VFA中丁酸含量最多,最高浓度4.7 mg/mL以上,占有机酸总量总量的46%以上,厌氧发酵类型为丁酸发酵型。     

抗生素杆菌肽锌对鸡粪厌氧水解酸化的影响

以上海某养鸡场产生的粪便为研究对象,探讨抗生素杆菌肽锌(ZnBc)对鸡粪厌氧水解酸化的影响。结果表明:(1)相比于发酵前的pH,发酵后的pH变化幅度不大,在6.65～7.40变化。(2)氨氮和ZnBc浓度对数(lgc)呈负线性相关,经拟合方程测算出ZnBc对氨氮的半抑制常数(IC50)为15.23mg/L。当ZnBc>5 105mg/L时,氨氮的产生完全受抑制。添加ZnBc对发酵液氨氮的影响极显著。(3)溶解磷(SP)和lgc满足Boltzman方程。添加ZnBc对发酵液SP的影响极显著。(4)ZnBc不仅影响挥发性脂肪酸(VFAs)浓度,还影响VFAs组分。(5)添加ZnBc对发酵液总有机碳(TOC)有极显著影响。(6)相比原鸡粪,发酵后固体有机N、C、H均下降,并分别在ZnBc为0.10、0.01、0.01mg/L时达到最低值,说明鸡粪在厌氧水解酸化过程中固体有机组分向液体转移。     

Effects of feed solutions on refuse hydrolysis and landfill leachate characteristics

Tap water, aerobically pre-treated leachate, and anaerobically pre-treated leachate, were each fed into the top of a series of three simulated landfills columns, filled with municipal solid waste collected in Shanghai, China. Changes in leachate, including pH, total organic carbon (TOC), and volatile fatty acids (VFAs), and the produced biogas were monitored over time. The tap-water-fed columns had a low hydrolysis rate that yielded an acidic environment (pH 4.8-5.4) in the leachate that inhibited methanogenesis reaction in the refuse. When aerobically pre-treated leachate was fed into the columns, the hydrolysis rate of total organic carbon fluctuated between 200 and 400 mg d-1 and methanogenesis in the refuse column was only partly activated. The hydrolysis rate of refuse fed with anaerobically pre-treated leachate was the highest among the three solutions. The high alkaline levels of the anaerobically pre-treated leachate and its methanogenic bacteria led to an early activation of methanogenesis in the refuse columns. The VFAs contributed approximately 40-60% of TOC in tap-water-fed columns, 60-80% of TOC in the columns fed aerobically pre-treated leachate, and up to 70-90% of TOC in columns fed with anaerobically pre-treated leachate. The feed solution had considerably affected leachate characteristics, and then the build-up of the methanogenesis in the refuse column and the composition of fermentation products in the leachate. The success of a bioreactor landfill depends on whether the recycled leachate could yield a favorable methanogenic environment in the top refuse layer, or whether an appropriate pre-treatment is adopted to modify the leachate characteristics.