零价铁在有机固废厌氧消化过程中的应用研究进展

厌氧消化是一种可实现有机固废资源化的生物处理技术,目前主要存在产酸、产甲烷效率低下等问题。研究表明:零价铁（Fe0）的添加可有效提升有机固废厌氧消化性能。从Fe0对有机固废产酸、产甲烷效率的影响,以及Fe0与其他添加剂联合运用的效果等方面,综述Fe0在有机固废厌氧消化过程中的应用。Fe0对有机固废厌氧消化性能影响的作用机制主要包括降低系统氧化还原电位,腐蚀析氢作用,影响微生物群落,影响关键酶活性。此外,以硫化物、抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes,ARGs）为例,阐述了Fe0对有机固废厌氧消化过程中污染物的去除作用。指出Fe0在有机固废厌氧消化应用过程中存在的问题及挑战,并对未来Fe0在有机固废厌氧消化过程中的深入研究问题做出了展望。     

活性炭对城市有机固废厌氧消化过程抗生素抗性基因行为特征的影响

城市有机固废是抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes,ARGs）的来源和储存库之一,其生物处理过程中ARGs的赋存变化规律需深入研究.采用定量PCR方法分析城市有机固废厌氧消化过程中多种类型ARGs和整合子基因的变化特征,探究了不同粒径的活性炭对目标基因行为特征的影响以及ARGs变化的潜在微生物机制.结果表明,无论是否添加活性炭,厌氧消化过程对初始体系中的总ARGs均具有削减作用,总ARGs绝对丰度的削减率为29.95%~63.40%.城市有机固废厌氧消化最终体系中,粉末活性炭（powered activated carbon,PAC）添加组中总ARGs丰度显著高于对照组（P<0.05）,即PAC削弱了ARGs的削减效果,颗粒活性炭对ARGs变化无显著影响.厌氧消化过程中,ARGs的潜在宿主细菌主要属于梭菌纲（Clostridia）、拟杆菌纲（Bacteroidia）和互营养菌纲（Synergistia）.PAC添加时,潜在宿主细菌的富集是目标基因增殖的重要原因,且Clostridia可能是厌氧消化过程中ARGs消长的主要驱动因子.本研究结果将为了解城市有机固废厌氧消化过程中ARGs的转归特征以及外源添加活性炭对ARGs的影响机制提供参考.     

有机固体废弃物高含固厌氧消化的研究与应用

高含固厌氧消化是有机固体废弃物处理处置和资源化的重点方向,是当前形势下中国实现固废资源高效回收的重要技术手段之一。系统介绍了有机固体废弃物高含固厌氧消化的发展过程、处理物料的分类和特征、主要的工艺形式及优缺点,并总结了有机固体废弃物进行高含固厌氧消化在中国国内的应用现状,对中国高含固厌氧消化技术的未来发展方向进行了展望。     

高含固率对高氮污泥厌氧消化产气的影响

在接种量20%和35℃条件下,采用2.5 L单相厌氧消化反应器对含固率(TS)为7%、10%、13%的三组高氮污泥进行厌氧消化实验,分析污泥在消化过程中各项指标的变化和产气情况。结果表明,15 d时系统顺利启动,污泥没有产生酸抑制现象,三组实验的单位挥发性固体(VS)产气量达到991 ml/g、1 354 ml/g和441 ml/g。TS 10%组运行较其他两组稳定。     

碳氮比对高含固率污泥厌氧消化的影响

在35℃、含固率10%、接种量20%的条件下,对碳氮比(C/N)分别为8、12、15的3组污泥进行97 d的厌氧消化试验,分析消化过程中p H、NH_4~+-N、挥发性固体(VS)去除率及产气情况,并采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术分析微生物群落结构的变化。试验结果表明,8~13 d完成系统的启动,且消化过程中没有产生酸抑制现象。3组试验的单位VS产气率分别达到572、492和621 m L/g;VS降解效率分别达到57.1%、51.9%和51.0%;C/N比为8时,累积产气量最多;3组试验污泥DGGE图谱显示,碳氮比越低,细菌群落多样性越丰富,优势菌群群落密度也越大。因此,C/N为8时高含固率污泥厌氧消化效果更好。     

餐厨垃圾中温干法厌氧消化快速启动实验研究

为研究餐厨垃圾在进行干法厌氧消化时,利用高含固率消化液作为接种物进行快速启动的可行性,采用两组分别含有低含固率消化液和高含固率消化液的平行反应器,研究了在(35±1)℃完全混合反应器(CSTR)中进行的餐厨垃圾干法厌氧消化的启动性能.结果表明,在同样43d的启动过程中,使用高含固率消化液作为接种物的反应器的有机负荷可成功地增加到10.0kg·m-3·d-1(以VS计),而使用低含固率消化液作为接种物的反应器的有机负荷只能达到3.5kg·m-3·d-1(以VS计).与传统启动相比,快速启动没有停滞期,且拥有较短的恢复期;快速启动的启动速度是传统启动的2.5倍.恢复期之后,在相同的有机负荷下,快速启动的沼气和甲烷产率、甲烷产量及VS降解率都较传统启动呈现出较好的性能.     

膨润土对鸡粪序批式厌氧消化特性的影响

为考察外源添加物——膨润土对鸡粪厌氧消化特性的影响,在中温〔(35±1)℃〕条件下,采用L₈(23)正交试验设计,考察了膨润土添加量(w,以干基计,下同)、鸡粪VS(挥发性固体)添加量、厌氧消化污泥接种量对鸡粪厌氧消化过程中产气、pH、氨氮形态、EC(电导率)等的影响. 结果表明:添加1.5%和3.0%的膨润土均能显著提高鸡粪VS产CH₄量,并且在高鸡粪添加量情况下达到极显著水平(P<0.01);当膨润土添加量为3.0%、厌氧消化污泥接种量为20%时,VS累积产CH₄量达到301.92 mL/g,比对照组(160.76 mL/g)提高了87.80%;当鸡粪VS添加量相同时,添加1.5%和3.0%的膨润土均能极显著地降低消化料液的ρ(TAN)(TAN为总氨氮)(P<0.01),并且可以减少鸡粪厌氧消化过程中ρ(FAN)(FAN为游离氨)的剧烈变化;添加膨润土还能极显著地降低鸡粪厌氧消化料液的EC. 研究显示,添加膨润土有利于缓解鸡粪厌氧消化过程中氨氮抑制,提高系统稳定性,并可显著改善厌氧消化整体性能.      

厌氧消化处理城市垃圾多因素研究

针对城市垃圾厌氧消化处理过程中反应复杂、影响因素多的特点 ,利用自行设计的厌氧发酵罐 ,采用正交试验的方法 ,以产气量为观察值 ,分析固含量 (TS)、消化温度和C/N比为对厌氧消化过程的影响 ,并分析了在不同固含量 (TS)下消化过程中pH值和挥发性脂肪酸 (VFA)的变化过程。结果表明 ,温度对厌氧消化过程影响最大 ,固含量 (TS)次之 ,C/N比影响最小 ,在相同条件下 ,高进料浓度(TS)产气量大 ,但同时反应过程中 pH值较低 ,挥发性脂肪酸 (VFA)浓度过高 ,容易抑制消化过程。     

有机固废沼渣特性及其资源化探究

有机固废厌氧消化是固体废物领域实现"双碳目标"的重要途径,但沼渣处理的"梗阻"问题制约了其应用与发展。通过文献调研大中型厌氧消化工程案例的实际数据,分析了4类典型有机固废沼渣,厨余垃圾、市政污泥、农业固废、城市固废有机组分的基本性质、营养物含量与重金属含量。基于沼渣特性、结合政策与规范标准阐述了国内外沼渣处理模式异同,并探讨了我国沼渣发展的瓶颈与发展方向。最后,从运输距离、规模效益、经济成本、市场渠道、碳排放等方面重点探讨了沼渣传统资源化处置路径与新兴资源化技术的机遇与挑战,旨在为政策制定、技术发展和产业应用提供参考。     

含固率和接种比对林可霉素菌渣厌氧消化的影响

通过林可霉素菌渣的中温厌氧消化摇瓶实验,比较不同的含固率(3%、5%、8%、10%)和接种比(0.5、1、2、3)对菌渣产甲烷能力的影响,以确定菌渣厌氧消化的最优工艺条件.结果表明,在研究参数范围内,含固率越低,接种比越高,越有利于甲烷的产生;经过10d的培养,在含固率为3%、接种比为3时的工况中,菌渣的挥发性固体(VS)累计净产甲烷量最高,为106 mL/g;而含固率>5%、接种比2的液态发酵工艺,此条件既能保证厌氧消化不受消化产物(胺和挥发性有机酸)积累的抑制,也可以缓冲菌渣中残留林可霉素对消化微生物可能产生的抑制效应.     

生活垃圾协同水葫芦干式厌氧发酵制沼气的研究

探讨了水葫芦和生活垃圾在中温条件下联合发酵的可行性,研究了系统总固体含量(TS)、发酵母液添加比例(IR)以及水葫芦添加比例(WR)对厌氧发酵过程的影响。试验结果表明,添加5%的水葫芦能够有效防止因TS和IR的变化对系统pH值所带来的影响,缩短发酵启动时间,使产气高峰集中出现,并提高产气量。但是当水葫芦添加比例增加到10%时,沼气产量反而下降。发酵70 d后,挥发性固体(VS)降解率为38.18%～58.10%。通过对正交试验结果进行分析,得到水葫芦与生活垃圾联合发酵制沼气的较优工艺条件为:系统总固体含量23%,发酵母液添加比例100%,水葫芦添加比例5%。     

有机垃圾单级高固体厌氧消化启动实验研究

在中温（35 ℃）条件下,应用连续式单级高固体厌氧消化技术对有机垃圾进行了实验室规模的处理研究.在启动阶段,垃圾进料量随反应器内pH值及产气量的变化作适当调节.结果表明,在反应器进料有机垃圾的含固率（TS）达到24.79%,挥发性固体物质（VS）达到230.62 g/kg的情况下,系统的产气效率以进料VS计达到了705.77 L/kg.反应器启动30 d后,内部料液的pH值稳定在6.9～7.3之间.在稳定运行阶段,以进料VS计,高固体厌氧消化反应器的有机负荷率（OLR）达到6.98 kg/(m³·d),水力停留时间（HRT）为35 d,启动实验取得了较为理想的效果.     

电刺激条件下初始pH值对剩余污泥厌氧消化效果的影响

在厌氧消化反应器中施加0.6V电压刺激,考察初始pH值(3,5,7,9,11)对剩余污泥厌氧消化效果的影响.结果表明,当初始pH值为9、厌氧消化至32d时,污泥挥发性固体有机物去除率为38.1%,甲烷产率为224mLCH₄/g VS;同样的消化时间内,初始pH值为7的对照组,其挥发性固体有机物去除率为32.2%,甲烷产率仅为162mLCH₄/g VS.调节初始pH值可加速污泥水解酸化过程,其中pH值为11时,水解酸化效果最好,比其他pH值条件下产生更多的挥发性脂肪酸(VFAs).在产酸高峰期,初始pH值为3、11时,乙酸和丁酸是主要产物;初始pH值为5、7、9时,主要产物是乙酸和丙酸.调节初始pH值能加速氨氮的释放,且pH值为酸性(3,5)时的氨氮浓度高于碱性条件下(9,11)的浓度.     

城市生物质废物厌氧消化处理可行性分析

城市废物传统的处理方式主要包括卫生填埋、焚烧和堆肥,而近年来,随着城市生活垃圾中生物质废物的增加以及世界能源短缺现象的加剧,具有废物处理和资源回收双重效益的生物质废物厌氧消化技术日益受到世界各国的广泛关注。文章分析了我国城市生物质废物的种类和性质,指出了采用目前的三种传统废物处理方式处理我国城市生物质废物的弊端,并提出了利用厌氧消化技术处理城市生物质废物的适用性,对比分析了上述四种废物处理方式的优缺点,并从政策方向性、技术工艺可靠性、原料和市场稳定性,以及环境、经济和社会效益优良性等多方面对城市生物质废物厌氧消化技术的可行性进行了分析,说明厌氧消化技术必将成为未来生物质废物资源化处理的发展趋势。     

生活垃圾焚烧飞灰固化体力学及重金属浸出特性

以苏州七子山生活垃圾焚烧厂产生的飞灰为研究对象,采用水泥作为固化剂,研究水泥飞灰固化体的应力应变特征及重金属浸出特性,并探讨了水泥飞灰配合比、养护时间等关键性因素对这些特性的影响。实验结果表明:较养护3 d的样品,其余养护时间的样品强度平均增长了约96.2%,而其破坏应变平均减小了56%。随着水泥含量和养护时间的增加,飞灰固化体的强度上升,而其破坏应变减小,该趋势主要归因于钙矾石(AFt)的形成促进了飞灰固化体强度的发展。较飞灰原样,飞灰固化体的重金属浸出浓度随着水泥含量、养护时间的增加而降低了38%~99%,重金属的迁移被限制,主要归因于水化硅酸钙(C—S—H)和钙矾石(AFt)的形成,以及飞灰和水泥水化反应创造的强碱性环境。     

多元混合物料协同促进厌氧消化产甲烷性能试验研究

为评估农牧废弃物多元物料混合厌氧发酵对产甲烷性能的协同促进作用,研究了中温（37±1）℃和固体质量分数为12%时,牛粪、蔬菜废弃物和玉米秸秆混合原料的厌氧消化产甲烷性能,最后应用修正的Gompertz方程分析甲烷生产的动力学过程.结果表明：3种物料混合厌氧发酵发生了明显的协同促进作用,协同效应作用值为34.85%~70.39%,贡献效果显著（P<0.05）;当牛粪、蔬菜废弃物和玉米秸秆VS混合比例为50：20：30时,甲烷产率、累计甲烷产量和VS降解率达到最大值,分别为286.0mL/g VS、20713mL和65.6%,比单一牛粪、蔬菜废弃物以及玉米秸秆厌氧消化甲烷产量分别提高了32.9%、229.9%和82.0%.修正的Gompertz方程能较好反映物料厌氧消化产甲烷过程,拟合结果的R²均大于0.99,牛粪、蔬菜废弃物和玉米秸秆VS比例为50：20：30时具有最大产甲烷速率17.34mL/（d×g）和较短的迟滞时间2.97d.该研究结果可为农牧废弃物多元混合物料厌氧消化产沼气工程提供参考.     

含固率和有机负荷对厨余垃圾厌氧消化性能及沼渣特性的影响

为提高厨余垃圾厌氧消化性能和促进沼渣资源化利用,以底物降解效能和产甲烷量最大化为目标,分别考察不同进料总固体（TS）含量（含固率）(12%、15%、18%、25%、28%、33%)和有机负荷〔8.5、10.5、13.5 g/(L·d),以挥发性固体(VS)计〕条件下厨余垃圾的中温厌氧消化特性,并对最优进料参数下沼渣特性和资源利用潜力进行分析. 结果表明:进料TS含量是影响厨余垃圾厌氧消化效能的重要因素,调节进料TS含量至25%时可获得最大累计产甲烷量(16.81 L)和最高单位容积负荷累计产甲烷量(42.01 L/L),挥发性固体降解率达72.29%,系统运行稳定. 在进料TS含量为25%的条件下,系统累计产甲烷量随有机负荷的增加呈先升高后降低的趋势,有机负荷为10.5 g/(L·d)时,系统累计产甲烷量和挥发性固体降解率最高,分别为24.04 L和79.64%,未产生酸抑制现象. 厌氧消化过程中产生的副产物沼渣中有机质和总养分含量较高,电导率和重金属含量较低,pH适宜,满足《有机肥料》(NY 525—2021)和《绿化用有机基质》(GB/T 33891—2017)的要求. 研究显示:当进料TS含量为25%、有机负荷为10.5 g/(L·d)时,厌氧消化系统运行效能最优;沼渣营养成分较高、生物毒性较低,具有较大资源化利用潜力,后续经脱水处理并提高腐熟程度后可进行应用.      

有机固体废弃物厌氧干发酵机制研究进展

利用厌氧干发酵技术处理固体有机废物与传统的湿发酵相比具有许多优势,但厌氧干发酵机制的研究存在许多困难,在一定程度上限制了厌氧干发酵技术的发展。文章在对国内外研究现状进行文献调查后,总结概括了厌氧干发酵理论模型从"两点模型"和"区反应模型"到"浓度波扩散模型"和"反应前沿假说"的发展进程,讨论了其各自特点和对厌氧干发酵机制研究的意义以及其不完善之处;并分别从微生物生长、底物水解和生物气产生三个方面综述了近年来国内外对厌氧干发酵动力学的研究进展。然而,目前的研究仅是针对某些物料进行的特异性研究,还没有一个普遍适用的关于有机固体废弃物厌氧干发酵的理论模型被发展出来,因此对干发酵传质传热机制的探索和数学模拟成为当前对于干发酵机制研究的主要方向。     

蒸汽爆破对污泥和餐厨垃圾联合厌氧消化的促进效果

鉴于蒸汽爆破（简称"汽爆"）预处理对污泥和餐厨垃圾联合厌氧消化的影响还鲜有报道,为探讨汽爆预处理对污泥和餐厨垃圾联合中温厌氧消化的促进效果及经济可行性,利用小型发酵罐在35℃下开展了未预处理污泥和餐厨垃圾联合消化、汽爆污泥单独消化、汽爆污泥和餐厨垃圾联合消化的试验,并进行能耗分析.结果表明,未预处理污泥与餐厨垃圾联合消化阶段,VS（挥发性固体）去除率为33.9%,沼气产率为311.0 mL/g（以投料VS计）;汽爆污泥单独消化阶段,VS去除率和沼气产率均略高于未预处理污泥与餐厨垃圾联合消化阶段,但反应器ρ（NH₄+-N）过高,影响产气稳定性,沼气φ（CH₄）较低.汽爆污泥与餐厨垃圾联合消化阶段,VS去除率和沼气产率分别达到49.5%和420.5 mL/g,显著优于未预处理联合消化阶段.能耗分析表明,预处理的升温过程使汽爆预处理整体能耗偏高,但若能有效回收70%的热量,则汽爆预处理可提高污泥-餐厨垃圾联合中温厌氧消化工艺3.34 kW·h/t（以污泥量计）的能量产率.研究显示,汽爆预处理可提高污泥和餐厨垃圾联合中温厌氧消化工艺35.2%的沼气产率,但由于预处理能耗较高,预处理过程中热能的有效回收是汽爆预处理应用于污泥和餐厨垃圾联合中温厌氧消化经济可行的关键.