餐厨垃圾和秸秆混合连续高温甲烷发酵研究

以餐厨垃圾和玉米秸秆(按TS1:1混合)为原料,开展了200d的连续高温发酵和40d批次产甲烷潜能与动力学实验,进料TS浓度8%,以水力停留时间15,10,8,5d的梯度变化逐级增加容积负荷.连续实验发现,在水利停留时间为5d时达到了系统酸化的极限负荷16gVS/(L·d),通过及时停止进料和投碱控制pH值,一周内有机酸浓度由4.73g/L降低到1.02g/L.当OLR为10gVS/(L·d)时,TS去除率和甲烷转化率分别为55.6%和64.5%.批次实验发现,餐厨垃圾、秸秆和混合原料的产甲烷潜能分别为448,221,268mLCH_4/gVS,最大产甲烷速率常数(K)为63,45,41mLCH_4/(g VS·d).通过连续和批次实验分别获得了混合原料高温甲烷发酵的工艺参数和动力学特征,为餐厨垃圾和秸秆能源化利用提供了一个有效途径.     

聚乙烯醇固定化混合细菌细胞对印染废水脱色的研究

应用聚乙烯醇(PVA)为载体固定化混合细菌细胞以PVA浓度为12％(w/v),细胞浓度为2％(w/v)最好,pH对固定化操作过程影响不大。固定化细胞对印染废水的脱色活性与其自然细胞相似,最适温度为30—40℃,最适pH为7.0;在pH 6.0—8.0温度25—40℃范围内都具有较高的脱色活性,以及好的热稳定性;在连续一个月的印染废水脱色试验中,停留时间小于3.0h,脱色率均可维持在70—80％。     

水绵发酵产乙醇工艺构建及条件优化

水绵干燥样中含有大量的淀粉、纤维素等碳水化合物,利用水绵制备生物乙醇,不仅可以拓宽生物乙醇的原料来源,还可以缓解水体富营养化现象。对水绵干燥样成分进行分析后,通过自行构建的水绵发酵产乙醇工艺,考察了预处理混合物中稀硫酸用量、纤维素酶用量、预水解时间、预水解温度、发酵时间和发酵温度对产乙醇浓度的影响;利用响应面中心组合设计法和响应面分析法,得到了水绵发酵产乙醇工艺参数的回归模型,并在回归模型预测出的优化条件下进行了放大倍数的产乙醇试验,采用Logistic模型基于1st Opt软件,得到能描述水绵发酵产乙醇全过程的分段优化模型。试验结果表明:水绵干燥样中淀粉、纤维素等碳水化合物约占水绵干重的67.53%,水绵发酵产乙醇具有巨大的潜力;最佳产乙醇条件为纤维素酶(10万u/g)与水绵干燥样的投加质量比1∶1、预水解温度50℃、预水解时间50 min、发酵温度40℃,产物乙醇的最佳浓度可达5.61 g/L,以原料计算的乙醇得率为28.1%(g/g);在最佳产乙醇条件下,最大乙醇浓度为5.715 8 g/L,最大乙醇产生速率为0.691 9 g/[g/(L·h)]。该结果对水绵发酵产乙醇工艺参数的选择及对产乙醇全过程的调控具有指导意义。     

固定化微生物制备技术及生物脱氮研究

利用载体经干燥后机械强度得到提高的特性,建立一种低胶体浓度固定化微生物制备技术:包埋剂为5.5%PVA、0.45%SA,固定液为饱和硼酸与0.6%硫酸铝的混合液,包菌量为0.4g/mL包埋剂。小球硬化24 h后洗净并放入30℃鼓风干燥箱干燥3.5 h后备用。制备出的固定化微生物氨氧化速率为24.3 mg/(L·h),相对活性为77.7%。     

固定化细胞流化床处理含酚废水的研究

以改性聚丙烯酰胺为载体对苯酚降解菌进行固定化,采用流化床反应器对模拟含酚废水进行降解实验。考察在不同曝气量、pH和苯酚浓度下,固定化细胞降解苯酚性能的变化。结果表明,在有效容积为6L的反应器内固定化细胞凝胶的投加量为1.4g/L、pH6～8、曝气量为70L/h时,24h内可使浓度为700mg/L的苯酚完全降解。当采用有效容积为5.5L的流化床反应器对模拟含酚废水进行连续降解实验时,在进水苯酚浓度为400mg/L,曝气量为60L/h,进水流量0.6L/h,HRT为9.5h时,出水苯酚浓度可降低到20mg/L以下。连续使用30d后固定化细胞凝胶的机械强度和弹性仍较好。说明固定化细胞有更好的苯酚耐受性、较高的降酚速率和更广泛的pH,且可重复使用。     

一株高效产氢突变体RF-9的筛选与产氢特性

以从连续流搅拌槽式反应器(CSTR)内的活性污泥中分离出的厌氧产氢菌Ethanologenens sp.ZGX4为出发菌株,经过紫外线和亚硝酸复合诱变,从大量的突变体中筛选出一株稳定的高效产氢菌株RF-9.磷酸盐浓度在120mmol/L、温度37℃、初始pH6.0、葡萄糖浓度10g/L培养条件下,RF-9的单位体积产氢量和氢气产率为139.7mmol/L和2.52mol H2/mol葡萄糖,分别是对照的1.50倍和1.43倍.在发酵时间为15h、pH4.1、细胞干重0.722g/L时,RF-9获得其最大产氢速率345mLH₂/(h·L),是对照ZGX4的1.41倍.RF-9的主要液相末端产物为乙醇和乙酸,为典型的乙醇发酵细菌,与对照相似.     

浸没式厌氧膜生物反应器处理垃圾渗滤液的连续运行性能

厌氧消化是垃圾渗滤液处理的重要技术,常规厌氧工艺在处理过程中存在微生物易流失和出水水质较差等问题。采用厌氧膜生物反应器在中温条件下处理垃圾渗滤液,考察了废水降解性能和膜过滤性能。连续100 d的反应器运行实验表明:在水力停留时间为10 d,COD容积负荷平均为5.63 kg/(m3·d)的条件下,系统运行稳定,平均COD去除率达到92%,膜出水总挥发性脂肪酸浓度低于200 mg/L,pH稳定在7.95左右。在膜通量为6 L/(m2·h)下,连续62 d内的膜压增长缓慢,未出现明显的膜污染。批次产甲烷试验结果表明:渗滤液产甲烷潜能达到305 mL/g TS,与连续运行实验296 mL/g TS的产气效果接近,沼气中甲烷浓度可高达70%~80%。产气达到90%和95%的潜能分别用时2.5,3.1 d,说明反应器有进一步缩短水力停留时间的可能性。反应器驯化的厌氧活性污泥对乙酸有较好的耐受性,在乙酸浓度为10000 mg/L时,产气迟滞期仅为1.4 d。综合来看,长期运行厌氧膜生物反应器处理垃圾渗滤液具有较好的COD去除效果、运行稳定性和膜过滤性。     

电催化还原脱毒预处理丙烯酸盐废水

丙烯酸盐生物降解性好,但毒性较高,为解决含丙烯酸盐废水难以进行高负荷厌氧生物处理的问题,采用电催化还原技术预处理高浓度丙烯酸盐废水,考察了初始ρ(丙烯酸盐)、电流、废水pH、温度、ρ(对甲基苯磺酸盐)等对丙烯酸盐转化的影响. 结果表明:初始ρ(丙烯酸盐)、废水pH、电流对丙烯酸盐电催化还原为丙酸盐的过程影响较大,而废水温度和ρ(对甲基苯磺酸盐)的影响较小. 当废水初始ρ(丙烯酸盐)由5.0 g/L升至20.0～60.0 g/L时,丙烯酸盐转化速率由30.1 g/(L·h)升至51.9～54.6 g/(L·h),能耗下降近50%;随着操作电流从0.25 A升至2.00 A,丙烯酸盐转化速率由9.5 g/(L·h)线性增至85.1 g/(L·h),电流效率略有降低,能耗由2.0 W·h/g增至5.2 W·h/g;pH由2升至4时,能耗由6.6 W·h/g降至3.4 W·h/g;废水温度在30~50 ℃范围内、ρ(对甲基苯磺酸盐)在0~8.0 g/L范围内时,对丙烯酸盐的转化影响较小. 研究显示,在优化工艺条件(电流为1.00 A、废水pH为5、温度为30 ℃)下,电催化还原处理实际丙烯酸丁酯废水,电流效率达90%以上.      

EGSB厌氧发酵垃圾渗滤液制氢的启动特性研究

利用厌氧膨胀颗粒污泥床(EGSB),对生活垃圾堆肥厂初期渗滤液的厌氧生物发酵制氢启动特性进行了研究,探讨了反应器对渗滤液中COD、总氮、总磷的去除效果和产氢能力.结果表明在中温35℃±1℃,有机负荷1.4~16.7 g/(L.d),pH为5.0~5.5的条件下,经过20 d的适应期后,EGSB反应器可以实现连续稳定产氢.在水力停留时间为30 h,液体上升流速为3.0 m/h的稳定运行阶段,最高产氢率为1 460 mL/(L.d),氢气含量为19%~33%,COD去除率为50%~70%,总磷、总氮的去除率稳定在40%~70%、32%~65%.液相末端发酵产物中乙醇和乙酸总含量占挥发性脂肪酸(VFA)总量的80%以上,发酵类型以乙醇发酵型为主.     

中试MBBR装置强化氨氮去除速率的影响条件研究

采用中试MBBR组合工艺处理深圳市布吉河道的城镇污水,进水平均氨氮浓度为(25.88±7.73)mg/L,出水平均为(1.11±1.93)mg/L.单因素小试研究表明,反应器中挂有生物膜的悬浮填料具有强化氨氮去除的效果,投加该填料时获得的比氨氧化速率比采用活性污泥进行反应提高了25.5%;试验条件下通过投加甲醇将COD从139mg/L提高至587mg/L,比氨氧化速率从2.55mg/(gMLVSS·h)下降至1.91mg/(gMLVSS·h);当MLVSS浓度从0.45g/L逐步提高到4.05g/L时,容积氨氧化速率从3.68mg/(L·h)线性增加至7.82mg/(L?h),拟合度R2为0.967,但比氨氧化速率随MLVSS浓度的提高反而逐渐下降,从8.24mg/(gMLVSS·h)降至1.93mg/(gMLVSS·h);当温度从5℃升高到35℃,比氨氧化速率从0.99mg/(gMLVSS·h)提高至2.89mg/(gMLVSS·h),采用Arrhenius经验方程描述时,拟合度R2为0.970;当DO浓度从0.5mg/L逐步增加至4.0mg/L时,比氨氧化速率从0.62mg/(gMLVSS·h)提高至2.28mg/(gMLVSS·h),Monod方程可以很好的描述DO浓度与比氨氧化速率之间的关系,拟合度R2为0.994,氨氧化半饱和常数值为3.0mg O2/L.     

发酵罐批式半连续培养发酵制氢试验探索

在10 L的发酵罐中,按照糖蜜的主要成分配制发酵培养基,考察和分析了批式、半连续发酵方式下,环境因素对固定化陶粒中厌氧菌发酵产氢的影响。结果表明,批式发酵产氢以糖蜜为底物的产氢得率、氢浓度和产氢速率分别为1.40 mol/mol蔗糖,53%和240 mL/(L.h)。可以在工业制氢中作为糖蜜快速发酵制氢的方法。     

Combination of adsorption and biodegradation processes for textile effluent treatment using a granular activated carbon-biofilm configured packed column system

The objective of this study was to investigate the feasibility of using a granular activated carbon-biofilm configured packed column system in the deeolodzation of azo dye Acid Orange 7-containing wastewater.The Acid Orange 7-degrading microbial from anaerobic sequencing batch reactor which treating the azo dye-containing wastewater for more than 200 d was immobilized on spent granular activated carbon(GAC)through attachment.The GAC-biofilm configured packed column system showed the ability to decolorize...     

Denitrification potential enhancement by addition of external carbon sources in a pre-denitrification process

The aim of this study is to investigate the denitrification potential enhancement by addition of external carbon sources and to estimate the denitrification potential for the predenitrification system using nitrate utilization rate （NUR） batch tests. It is shown that the denitrification potential can be substantially increased with the addition of three external carbon sources, i.e. methanol, ethanol, and acetate, and the denitrification rates of ethanol, acetate, and methanol reached up to 9.6, 12, and 3.2 mgN/（g VSS.h）, respectively, while that of starch wastewater was only 0.74 mgN/（g VSS,h）. By comparison, ethanol was found to be the best external carbon source. NUR batch tests with starch wastewater and waste ethanol were carried out. The denitfification potential increased from 5.6 to 16.5 mg NO3-N/L owing to waste ethanol addition. By means of NUR tests, the wastewater characteristics and kinetic parameters can be estimated, which are used to determine the denitrification potential of wastewater, to calculate the denitrification potential of the plant and to predict the nitrate effluent quality, as well as provide information for developing carbon dosage control strategy.     

高效纤维质降解菌处理木薯酒精废液及其厌氧发酵动力学分析

为提高木薯酒精废液中固形物的降解效率,优化木薯酒精废液的厌氧发酵特性,采用高效纤维质降解菌群作为CSTR（continuous stirred tank reactor,连续搅拌反应器）接种污泥,通过逐级提高进料负荷,研究不同容积负荷下的厌氧消化性能及相应的酶活性变化,建立了厌氧发酵过程动力学模型.结果表明,在高温（55℃）条件下经长时间稳定运行,容积负荷为14 kg/（m3·d）（以COD_Cr计）时,反应器出水ρ（TCOD）（TCOD为总化学需氧量,以COD_Cr计）和ρ（SCOD）（SCOD为溶解性化学需氧量,以COD_Cr计）分别为15 367.6、10 982.8 mg/L,TCOD去除率达到70%~75%;φ（CH₄）在48%左右,沼气产率为0.22 L/g（以每g TCOD计）;此外,木聚糖酶活性、纤维素酶活性在该条件下达到最大值,分别为42.1、30.2 U.脱氢酶活性在容积负荷为12 kg/（m3·d）时达到最大值80.1 TFμg/（h·mL）.动力学模型研究表明,最大原料产气率（y_m）为0.335 L/g（以每g TCOD计）,一级反应常数（k）为0.743 d-1,产气率为0.3 L/g,通过该模型可以得到最佳HRT（hydraulic retention time,水力停留时间）为11.5 d,最佳容积负荷为4.6 kg/（m3·d）.研究显示,在高温高容积负荷条件下,CSTR能够稳定的处理木薯酒精废液,并且能够获得较高的纤维素和半纤维素酶活性.      

餐厨垃圾接种酵母菌固态厌氧发酵产乙醇的可行性研究

餐厨垃圾可定向发酵产乙醇,但复杂的预处理导致处理时间长、工艺复杂度增加. 本文通过直接接种酵母菌和灭菌后接种酵母菌对比试验,分析发酵系统内乙醇、乙醇前体物还原糖、还原糖前体物淀粉的降解与产生规律,探讨餐厨垃圾直接接种酵母菌固态厌氧发酵产乙醇的可行性及规律. 结果表明:酵母菌的添加能够促进餐厨垃圾固体厌氧发酵产生乙醇,接种酵母菌后乙醇浓度为11.86~12.09 g/L,是空白对照的8.41~31.50倍,且高于灭菌预处理后接种的6.88~10.02 g/L;基于修正的Gompertz模型分析也证实了上述结果,接种酵母菌后,系统产乙醇潜力(P_m)和单位最大乙醇产率(R_m)也随之上升,但接种量对餐厨垃圾的P_m和R_m影响不大. 对乙醇前体物还原糖的分析表明,接种酵母菌能够在发酵初期就可以发挥作用,促使系统内还原糖在0~4 h内快速降为43.37~46.55 mg/g,从而加速了餐厨垃圾的稳定化进程,但在4~24 h内,由于次生代谢物的抑制作用,系统内还原糖未出现明显的产生和降解. 还原糖前体物淀粉的水解情况分析表明,接种酵母菌可将淀粉的水解率由19.36%提高到27.90%~37.57%,但淀粉含量在274.02~316.51 mg/g之间时已不再发生水解. 研究显示,直接接种酵母菌有助于餐厨垃圾固态厌氧发酵产乙醇含量的提高,体系中还原糖、淀粉含量并未成为餐厨垃圾固态厌氧发酵产乙醇量的限制性因素.      

接种不同菌源的餐厨垃圾发酵代谢途径及产己酸效能分析

采用活性污泥、颗粒污泥、酒曲以及酒糟接种餐厨垃圾进行发酵产有机酸,比较了4种菌源在批次发酵条件下的溶出、水解和酸化效率。在此基础上,探究了不同电子供体对碳链增长产己酸的影响。结果表明:利用活性污泥接种餐厨垃圾发酵可产生高光学活性L-乳酸（L-乳酸浓度为22.2 g/L,光学活性为82.3%）;颗粒污泥接种餐厨垃圾发酵可产生浓度为4.2 g COD/L的己酸,具有较强产己酸能力。以酒曲和酒糟作为接种菌源时,丁酸浓度分别为21.6 g COD/L（酒曲）和20.4 g COD/L（酒糟）,丁酸是碳链增长的重要电子受体,利用酒曲和酒糟接种餐厨垃圾发酵具有很强的产己酸潜力;外加电子供体后,酒糟组己酸浓度达到8.8 g COD/L（以乳酸为电子供体）,酒曲组己酸浓度可达到10.4 g COD/L（以乙醇为电子供体）。微生物群落分析发现,优势菌群链球菌属（Streptococcus）分别占酒曲组和酒糟组总菌属丰度的80%以及55%,与高浓度己酸的产生有着较强相关性。     

不同基质培养条件下的好氧颗粒污泥特性研究

采用序批式活性污泥(SBR)工艺,分别以葡萄糖(R₁反应器)和乙酸钠为基质(R₂反应器)运行102 d,对培养成熟的颗粒污泥特性进行研究. 结果表明:R₁反应器中以球菌为主,R₂反应器中以杆菌、球菌为主;在颗粒刚成熟时,R₂反应器的颗粒大些,且集中,粒径在0.1～1.0 mm,随着颗粒成熟期的延长,R₁反应器的粒径要大些,最大为2.2 mm;R₁和R₂反应器的耗氧速率(OUR)分别为 1.184和0.944 mg/(L·min),比耗氧速率(SOUR)分别为0.838和0.825 mg/(g·min);有机污染负荷为600～1　200　mg/L时,R₁和R₂反应器的COD_Cr去除率均达到95%～98%.      

Inorganic nitrogen removal of toilet wastewater with an airlift external circulation membrane bioreactor

Removal of inorganic nitrogen (inorganic-N) from toilet wastewater, using a pilot-scale airlift external circulation membrane bioreactor (AEC-MBR) was studied. The results showed that the use of AEC-MBR with limited addition of alkaline reagents and volumetric loading rates of inorganic-N of 0.19-0.40 kg inorganic-N/(m3·d) helped achieve the desired nitrification and denitrification. Furthermore, the effects of pH and dissolved oxygen (DO) on inorganic-N removal were examined. Under the condition of MLSS at 1.56-2.35 g/L, BOD5/ammonia nitrogen (NH/-N) at 1.0, pH at 7.0-7.5, and DO at 1.0-2.0 mg/L, the removal efficiencies of NH4 -N and inorganic-N were 91.5% and 70.0%, respectively, in the AEC-MBR. The cost of addition of alkaline reagent was approximately 0.5-1.5 RMB yuan/m3, and the energy consumption was approximately 0.72 kWh/m3 at the flux of 8 L/(m2·h).     

饥饿对两级SBR反应器内活性污泥的影响

为探究饥饿期内活性污泥中微生物活性的衰减速率、物理性质的变化及恢复情况,研究了好氧〔ρ(DO)=5.50 mg/L〕/缺氧〔ρ(DO)≤0.03 mg/L〕饥饿期对稳定运行的两级SBR反应器内污泥活性的影响,同时考察了污泥的恢复能力及理化性质的变化. 结果表明:30 d的饥饿使COD_Cr去除率下降了20.8%,r_COD(异养菌活性)由111.8 mg/(L·h)降至59.2 mg/(L·h);NH₄+-N去除率下降了59.2%;COD_Cr去除率、r_COD、NH₄+-N去除率分别在94、97、95 d时恢复. 饥饿期内AOB(氨氧化细菌)的衰减速率(k_AOB)为0.029 d-1,NOB(亚硝酸盐氧化细菌)的衰减速率(k_NOB)为0.021 d-1. 恢复初期AOB的恢复速率(k_AOB′=0.125 d-1)大于NOB的恢复速率(k_NOB′=0.069 d-1),导致NO₂--N的累积. 此外,饥饿期ρ(MLSS)下降了42.6%;SVI(污泥指数)由71.2 mL/g升至135.1 mL/g;w(EPS)(EPS为胞外聚合物)由37.9 mg/g(以VSS计)降至18.5 mg/g,其中主要由w(PN)(PN为蛋白质)的减少所致;各物理指标的变化均可在恢复期内恢复.