废食用油脂作生物柴油原料的可行性分析

分析了各国废食用油脂的产生、回收和法规管理现状.重点通过分析废食用油脂物化性质,评价利用废食用油脂制造生物柴油的工艺特征和技术可行性.探讨了利用废食用油脂制造的生物柴油产品的品质和环境效益以及使用要求.同时分析了利用废食用油脂制造生物柴油的经济成本和存在的问题.     

进料频率对餐厨垃圾与剩余污泥中温共发酵系统稳定性的影响

考察系统负荷(以COD计)为11.36 g·(L·d)-1时,6种不同进料频率下,餐厨垃圾和剩余污泥中温厌氧共发酵过程中产气量、气体组分、SCOD、pH和挥发性脂肪酸(VFAs)的变化,旨在明确进料频率对系统稳定性的影响,同时结合单一VFA的产甲烷动力学特性,探明系统不稳定的原因。结果表明,进料频率较高时,进料周期内系统的气体组分、SCOD和pH无明显变化,产气量呈线性增长,且基本无VFA积累。随着进料频率降低,进料初期过快的水解酸化导致SCOD和VFAs浓度呈现明显的先升高后逐渐降低的趋势,从而导致pH和甲烷含量波动明显。当进料频率为1 次·d-1时,系统中pH降至7.5,甲烷含量降至45.4%,丙酸占总有机酸的比例最高可达87.9%。相比乙酸而言,丙酸在甲烷化过程中存在的延滞期(1.21 h)及较低的甲烷化速率(5.01 mL·h-1)可能是导致存在丙酸积累的低频进料系统中稳定性较差的原因之一。     

应用表面活性剂-生物柴油微乳液去除污染土壤中多环芳烃

针对修复焦化厂高浓度多环芳烃污染土壤高成本的现实,采用以非食用性植物油、生物柴油、表面活性剂及其乳化合成的微乳液为淋洗剂,比较不同淋洗剂的淋洗效果。结果表明乳化合成的微乳液对焦化厂土壤中多环芳烃的总去除率高于单独使用表面活性剂为淋洗剂对土壤中多环芳烃的总去除率,说明生物柴油及植物油与表面活性剂乳化形成的微乳液对原污染土壤中的多环芳烃具有显著的增溶作用。1%TW-80和2.5%TW-80对土壤中多环芳烃总去除率分别为11%和14%;以2.5%TW-80为原料乳化合成的微乳液的淋洗去除率较以1%TW-80为原料乳化合成的微乳液高,总去除率分别为15%～30%和11%～18%;以生物柴油为原料乳化合成的微乳液的淋洗去除率较以植物油为原料乳化合成的微乳液高,分别为17%～30%和15%～23%,且对多环芳烃的去除率与其辛醇水分配系数(logKow)呈线性相关关系。     

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。     

基质组分对厨余与污泥共发酵动力学特性的影响

通过厌氧发酵4阶段动力学实验、产甲烷抑制实验及单一VFA的产甲烷动力学实验,探明了厨余和污泥共发酵过程中,典型组分对其潜在的酸积累类型以及甲烷化过程的影响。结果表明,不同基质组分在厌氧发酵过程中的VFA组成比例以及单一VFA的产甲烷化动力学特性,对其产甲烷潜能及速率有着决定性影响。乙酸的甲烷化速率高达44.80 mL·d-1,丁酸略慢于乙酸,而丙酸和戊酸的甲烷化速率不足乙酸的1/2,其中丙酸的延滞期长达1.76 d。因此,产酸类型以乙酸为主的污泥、菜类在产甲烷阶段不存在延滞期;而蛋肉类及油的产甲烷速率受到丙酸、戊酸动力学特性的影响相对较慢。通过调整共发酵基质配比不仅能够提高发酵潜能,还能够优化VFA组成比例,实现较高的甲烷产率及甲烷化速率。     

餐厨垃圾单相厌氧酸化系统恢复参数

针对现今餐厨垃圾单相厌氧酸化系统缺乏有效的恢复性监控指标,提出可有效表征酸化系统恢复的监控指标。在中温条件下,连续对餐厨垃圾单相厌氧消化系统进行负荷冲击及恢复,分别对pH、沼气产率及成分、挥发性脂肪酸组成成分、总碱度(TA)和碳酸氢盐碱度(BA)及其组合指标进行监测分析。结果表明,传统单因子参数不能有效地指示系统恢复,选取VFA/BA和丙酸/乙酸的比值作为餐厨垃圾单相厌氧酸化系统恢复指示性参数。在酸化系统恢复过程中,当丙酸/乙酸≤1.4、VFA/BA≤0.4时,表明系统中各种挥发酸浓度值已恢复正常,且具有足够的缓冲能力,可提高反应器负荷,保证反应器恢复启动运行。     

联合NaOH和Ca(OH)2强化剩余污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸

以剩余污泥为研究对象,在序批式厌氧反应器中探究了NaOH和Ca（OH）2联合作用对污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸（VFA）的影响。结果表明,相较于NaOH单独发酵,NaOH和Ca（OH）2的联合作用能够进一步促进VFA的积累,且NaOH和Ca（OH）2的质量比例为50：50时,VFA的最大积累量为286 mg COD·g-1VSS。机理研究表明,NaOH和Ca（OH）2联合作用能够促进污泥溶解过程,并且溶解性COD（SCOD）的最大含量为3 650 mg·L-1,同时NaOH和Ca（OH）2联合作用能够促进胞外聚合物内部有机物向外部的转移。NaOH和Ca（OH）2联合作用能够进一步遏制产甲烷古菌的活性,甲烷的最大积累量为165 mL,远小于NaOH单独影响下甲烷的积累量。研究结果对指导污泥厌氧发酵回收能源物质具有一定的指导意义。     

生物炭加速餐厨垃圾厌氧消化的机理

为考察生物炭对餐厨垃圾厌氧消化的影响并探究其影响机理,采用批次实验,以餐厨垃圾为基质,设置污泥空白组、餐厨垃圾对照组和生物炭实验组。检测系统的甲烷日产量、甲烷浓度、渗滤液pH、电导率、挥发性脂肪酸（乙酸、丙酸和丁酸）和氨氮浓度,并对生物炭进行了表征（pH、表面元素、表面形态和官能团）。结果表明,生物炭的添加使体系的最大日甲烷产量提高24.09%,并保持较高的pH,乙酸、丙酸、丁酸峰值分别降低了10.46%、9.96%和13.79%。生物炭丰富的孔结构为微生物提供了生长位点;生物炭的表面金属元素（K、Ca、Mg）和官能团（—OH、C≡C、—NH、C＝O（C—O）、 CO 3 2 - ）使其具有较高的碱度,从而提高厌氧消化系统的缓冲能力和产甲烷菌活性,进而提高产甲烷速率。     

藻酸盐降解菌群强化剩余污泥厌氧发酵产酸

厌氧发酵是实现剩余污泥(WAS)资源化的重要技术,而其中的水解阶段是剩余污泥(WAS)厌氧资源化的限速步骤。WAS中的酸性多糖(藻酸盐和半乳糖醛酸等)能够与水中阳离子形成凝胶类物质,从而维持污泥结构并阻碍微生物的水解。利用藻酸盐为底物,经过恒化器培养得到了高效的藻酸盐降解菌群(ADC)。该菌群对WAS的典型有机成分(聚半乳糖醛酸、葡聚糖和酪蛋白等)均具有较好的厌氧降解能力,其代谢产物以乙酸等短链脂肪酸为主。而且,ADC菌群对WAS的水解和酸化过程均存在促进作用;在pH为7.0、6.0、5.0的条件下,水解效率分别提升了25.4%、13.2%和12.1%,酸化效率则分别提升了138.5%、184.0%和103.4%。Illumina Miseq高通量测序结果表明,该菌群以拟杆菌属(Bacteroides,37.3%)为主。本研究结果可为剩余污泥厌氧资源化提供参考。     

利用富乙酸剩余污泥厌氧发酵液产中链脂肪酸

为实现剩余污泥的资源化利用,探索了混菌体系中以剩余污泥为底物连续产中链脂肪酸(MCFAs)的可行性。本研究基于乙醇/乙酸人工配制废水,采用热碱水解污泥-短期厌氧发酵-微生物碳链延长(CE)反应的“两相发酵”技术合成MCFAs,并逐步优化水力停留时间(HRT)与底物醇酸比以驯化厌氧污泥微生物。结果表明：在为期135 d的连续模式CE过程中,在醇酸比为2∶1的条件下,驯化期(Phase Ⅰ~Ⅲ)的HRT由20 d逐步缩减至5 d后,典型CE微生物Clostridium sensu stricto_12成为优势菌种,其相对丰度升至65.21%,但己酸产率仅为775 mg∙(L∙d)⁻¹;当醇酸比提高至3∶1 (Phase Ⅳ),己酸产率升至1 402 mg∙(L∙d)⁻¹,MCFAs产物选择性明显提高。将实验期(Phase Ⅴ)系统中的底物置换为污泥厌氧发酵液,己酸产率依然稳定保持在1 400 mg∙(L∙d)⁻¹,表明功能微生物组的结构稳定。宏基因组分析结果显示,逆向β-氧化(RBO)和脂肪酸生物合成（FAB）代谢通路均参与了CE过程的MCFAs合成;另外,相较于乙醇/乙酸人工配制废水,污泥发酵液可提高这2种代谢通路的关键酶丰度。本研究证实了污泥连续发酵产MCFAs的可行性,并阐明了过程中微生物的生态功能机制,可为污泥资源化利用提供参考。