预处理及物料配比对有机垃圾厌氧发酵的影响

针对我国推行垃圾分类政策后产生的大量有机垃圾难以有效消纳的问题,开展了厨余、果蔬与园林垃圾连续式厌氧发酵实验,并通过超声与碱热预处理技术改善产甲烷性能,并以厨余垃圾单独厌氧发酵作为对照实验组.根据进料有机负荷(OLR),将反应周期分为低有机负荷[OLR=1,2 g/(L·d)]和高有机负荷[OLR=4,6 g/(L·d...     

油菜秸秆厌氧消化产沼气特性研究

该研究以探索油菜秸秆厌氧消化产甲烷潜力为目的,利用一组高效纤维素分解产甲烷菌群在CSTR厌氧反应器内分解定量油菜秸秆41 d,通过监测厌氧发酵过程中的甲烷生产效率,以及纤维素酶活性等指标,评价油菜秸秆厌氧发酵产甲烷的能力。结果表明:油菜秸秆在发酵菌群的作用下能够大量产生沼气,50 g干秸秆厌氧发酵后总产气量为13 200 m L,产气效率达到264 m L/g。在发酵过程中,秸秆纤维素被有效分解,纤维素酶活性和半纤维素酶活性分别达0.63、0.81 U/m L。纤维素酶活性与沼气产量具有良好的相关性,相关性系数达到0.95,表明秸秆纤维素类厌氧发酵产沼气体系内,具有良好纤维素酶活性的菌群对甲烷生产具有重要的意义。     

厨余和餐厨垃圾混合干式厌氧发酵及活性炭缓解酸抑制研究

分别在中温和高温条件下对厨余垃圾与餐厨垃圾混合干式厌氧发酵产甲烷特性进行研究,结果表明:55℃高温发酵累积产气量均高于35℃中温组;高温组厨余垃圾与餐厨垃圾配比为1:5时发酵累积产气量最大,最大累积产气量达到2492.5 mL,是中温组协同产甲烷的1.4倍。同时,为提高产气率,考察了不同种类活性炭对厌氧发酵的影响,采用甘蔗皮、秸秆、花生藤蔓以及发酵沼渣为原料自制了4种生物质活性炭。实验结果表明,4种活性炭均呈蜂窝煤状的炭孔,其中甘蔗皮活性炭表面炭孔相对规则、完整,微生物可附着面积大,更有利于加快产气进程。添加甘蔗皮活性炭时累积产气3410 mL,相比空白对照组增长20.1%。     

垃圾渗滤液与厨余垃圾混合厌氧消化研究

对垃圾渗滤液与厨余垃圾进行混合厌氧消化研究,采用中温批式厌氧消化工艺,考察3g/L和30g/L有机负荷(以VS计)条件下厌氧消化过程中pH值、产气量、VFA以及甲烷含量的变化,旨在探索有机负荷对厌氧消化产甲烷效果的影响.结果表明,在30g/L负荷下比3g/L负荷反应过程更为稳定,且累计生物气产量有大幅提高.2种负荷下系统均能进入产甲烷阶段,最高甲烷体积分数分别达到77.14%和74.47%,VFA质量浓度在反应结束时分别为300mg/L和336 mg/L.     

外加氨氮对玉米秸秆厌氧发酵的影响

以玉米秸秆为例,研究了氨氮浓度对农业废弃物厌氧发酵产甲烷性能以及沼渣特性的影响,并利用Gompertz方程对沼气及甲烷产生过程进行了数学拟合。实验结果表明:外加氯化铵浓度(1¹0 g/L)对秸秆厌氧产累计产气量影响不显著;但对累计甲烷产量、玉米秸秆中挥发性组分(volatile solid,VS)的去除率、沼渣组分等有显著影响。在外加氯化铵浓度为5 g/L时,即碳氮比(C/N)为15∶1时,产气组分中甲烷含量最高为1 039 mL,当外加氯化铵浓度为10 g/L时,产气组分中甲烷量最低仅为833 mL。此外,用修正的Gompertz方程能够很好地拟合各反应器的厌氧发酵产气产甲烷过程。高浓度氯化铵(10 g/L)对产甲烷量、VS去除率有抑制作用。氯化铵浓度对沼渣中纤维素含量影响不显著,对半纤维素及木质素含量影响显著。     

不同菌群对黄姜废渣厌氧消化产沼气的性质研究

该研究以探索不同菌群对黄姜废渣厌氧消化产沼气的性质为目的,分别以酵母废水活性污泥和实验室驯化的秸秆分解产甲烷菌群为产沼气菌源进行发酵,通过监测厌氧发酵过程中的甲烷生产效率、纤维素酶活性等指标,评价黄姜废渣厌氧发酵产甲烷的能力,同时考察纤维素分解菌群WDC2的加入对黄姜废渣产沼气的影响。该研究对有效处理黄姜皂素生产废渣、促进区域环境安全具有重要意义。结果表明:黄姜废渣在产甲烷菌群的作用下均能生成大量沼气,最高日产气量为可达到2 701 m L/d,最大产气效率为855 m L/g。酵母废水活性污泥产气效率明显优于秸秆分解产甲烷菌群。加入WDC2菌群能显著提高厌氧消化的前期纤维素酶活力,最高酶活分别为达到1.22 U/m L和9.42 U/m L,但WDC2的加入并没有对发酵体系的产甲烷效率产生明显的促进作用。     

餐厨垃圾厌氧发酵启动特性与产甲烷效率

通过开展批次餐厨垃圾中温厌氧发酵实验,考察VS接种比、TOC/TN对餐厨垃圾干式厌氧发酵启动和产气效率的影响。结果表明:VS接种比是干式厌氧发酵处理的重要参数。当VS接种比<1.5,厌氧发酵系统处于酸化状态时,不产生甲烷。随着VS接种比的提高,TOC/TN的增加,餐厨垃圾厌氧发酵产甲烷效率、TS削减量、TOC削减量显著提高,厌氧发酵周期缩短,但VS的削减量受VS接种比、TOC/TN的影响较小。整个实验过程中,在VS接种比为2.5,TOC/TN为30条件下,餐厨垃圾厌氧发酵产甲烷效率达到360.62 mL/g(TS)、194.96 mL/g(VS)、99.15 mL/g(TOC),TS削减量、VS削减量、TOC削减量分别达到48.33%、87.47%、59.25%。     

厨余有机垃圾产沼量的条件分析研究

生活垃圾中厨余有机垃圾经厌氧发酵处理,可回收沼气,使其达到无害化、资源化。通过采用L(934)正交试验法,对厌氧发酵的主要影响条件如发酵温度、厨余种类、C/N、C/P进行分析,得出其各影响因子对产气量影响的主次关系以及最佳控制条件,即:温度>C/N>厨余种类>C/P,最佳控制条件:A2B3C1D3,即:种类是泔水,温度为29.0～36.0℃,C/N为20～25:1,C/P为95～105:1。在该条件下25g泔水的产沼量为452.84mL。     

碳氮比对稻草和猪粪生物处理及厌氧消化的影响

以农业废弃物稻草和猪粪为发酵原料,首次采用纤维素降解复合菌系对稻草和猪粪混合物进行生物处理,通过考察不同碳氮比(25∶1、30∶1、35∶1和40∶1)条件下稻草和猪粪混合物生物预处理的发酵特征及后续的产甲烷能力,探讨了碳氮比对稻草和猪粪的协同生物预处理及厌氧消化效果的影响.结果表明,控制碳氮比为30∶1、料水比为11%时,稻草和猪粪混合物经纤维素降解复合菌系于55℃预处理30 h后其厌氧消化效果最佳.在此条件下,稻草和猪粪降解液中滤纸酶活和羧甲基纤维素酶酶活分别达到了2.18和2.31 IU,其失重率高达41.69%;随后经厌氧发酵后其甲烷产率和产甲烷速率分别可达318.14 m L·g-1(以VS计)和10.61 m L·d-1·g-1(以VS计),且总量为9.9 g的稻草和猪粪混合物的总甲烷产量可达1948 m L,上述结果相对于未经生物预处理的对照组均提高了38%.本研究结果可进一步为其它种类的农作物秸秆和畜禽粪便的高效资源化利用提供理论支撑,展现出了巨大的应用潜力.     

含油率对餐厨垃圾干式厌氧发酵的影响

餐厨垃圾含油率高,且随着地域的变化有显著差别,含油率的高低对餐厨垃圾厌氧消化产气有一定影响.在中温(35℃)和高温(55℃)条件下,研究了不同含油率(0、2%、4%、6%、8%、10%)对餐厨垃圾干式厌氧发酵过程中日产气量、累计产气量、总固体(TS)、挥发性固体(VS)及甲烷产量的影响.结果表明:在中温和高温条件下,当含油率为6%时,200 g餐厨垃圾的累计产气量达最大值,分别为1391.6 m L和2165.9 m L.此时,TS和VS的去除率也最高,中温时去除率分别为29.4%(TS)和33.9%(VS),高温时去除率分别为33.2%(TS)和38.0%(VS).在餐厨垃圾干式厌氧发酵过程中,甲烷的产量占可燃气的体积分数逐渐升高.在中温厌氧发酵条件下,含油率为10%的餐厨垃圾发酵进行到26 d时,甲烷的体积分数最高,为80.5%.在高温干式厌氧发酵条件下,含油率为10%的餐厨垃圾发酵进行到23 d时,甲烷的体积分数最高,为84.2%.     

紫茎泽兰茎秆厌氧发酵产甲烷

研究了3种不同原料处理下,紫茎泽兰的茎通过池外厌氧堆沤后传代试验发酵情况。传代试验结果表明:干燥与厌氧堆沤能降低原料中毒素对沼气发酵的影响,传代产气总量最高为6 015 mL,产甲烷率最高为64.22%。以上述两组为研究对象,通过测定TS、VS值发酵前后变化,探究了温度对沼气发酵的影响。试验结果表明:温度的升高有利于提高对发酵系统的原料利用程度,40~45℃是微生物发酵的不利温度。从原料有效利用与实际操作角度考虑,中温条件最适合沼气发酵,粉状原料30℃时产气与产甲烷为最佳,TS与VS产气率与产甲烷效率分别为152.8 L/kg、74.3 L/kg。     

不同碱液处理对玉米秸秆中温发酵产气的影响

通过自行设计的恒温厌氧发酵装置,研究NaOH、KOH和Ca(OH)_23种碱液预处理对玉米秸秆中温(35℃)厌氧发酵的影响。结果表明,玉米秸秆中温厌氧发酵时,NaOH预处理效果要好于Ca(OH)_2,而KOH预处理则达不到提高产气效率和累积产气量的效果,其中4‰Ca(OH)_2、4‰和8‰Na OH对玉米秸秆预处理效果要强于自来水对照,整个发酵过程均未出现产气停滞,分别在115、116和118 d时发酵完全,发酵结束时的累积产气量相比自来水对照分别提高了17.70%、21.87%和2.34%。最优组合预测模型显示,Na OH在中温条件下对玉米秸秆预处理的最佳质量浓度为4‰,120.0 d发酵完全,产气速率达51.07 m L/d,最大干物质累积产气量为383.00 m L/g;Ca(OH)_2在中温条件下对玉米秸秆预处理的最佳质量浓度为2‰,114.9 d发酵完全,产气速率为46.43 m L/d,最大干物质累积产气量为348.22 m L/g。可见,在玉米秸秆中温厌氧发酵时,利用质量浓度4‰Na OH和2‰Ca(OH)_2对其进行预处理是可行的,其中4‰Na OH的预处理效果要强于2‰Ca(OH)_2。     

不同堆沤处理对玉米秸秆厌氧发酵的影响

研究利用纤维素分解菌F2对玉米秸秆进行堆沤预处理,将经不同堆沤预处理时间后的秸秆与猪粪混合进行厌氧发酵产沼气试验。结果发现,堆沤15 d后秸秆的总有机碳含量降低了10.06%,VS去除率和纤维素降解率比未加菌堆沤预处理分别提高了10.74%、10.60%;加菌堆沤预处理后的秸秆厌氧发酵甲烷产气率、干物质产气率、发酵前后VS去除率均高于未加菌堆沤预处理后的秸秆,且产气效率也有明显的提高;加菌堆沤预处理10 d的秸秆比未加菌堆沤预处理15 d的秸秆提前了2 d达到产气高峰,累计产气量达到21 957 mL,比未加菌堆沤预处理15 d的秸秆增加了1 629 mL。实验结果表明:该纤维素分解菌对玉米秸秆纤维素有较强的降解能力,并在一定程度上促进了有机碳的矿化;有效地提高了秸秆的生物降解性能,缩短了预处理所需时间;同时提高了玉米秸秆的利用率和产气潜力。     

源头破碎沥水处理厨余垃圾及产甲烷潜力研究

针对国内家庭厨余垃圾总量大、处理难的特点,本文使用一种家庭端厨余垃圾破碎沥水设备,对破碎沥水后的厨余垃圾体积、重量、理化和产气潜力等进行评价。结果表明,厨余垃圾经过破碎沥水处理后减容率和减重率分别为40%～60%和15～30%;处理后厨余垃圾适合厌氧发酵处理,且设备产生的冲洗废水可直接汇入生活污水管网;厨余垃圾发酵产生甲烷含量高达到55%,试验开始时即表现出较高的产气速率;不同有机成分影响厨余垃圾的发酵。     

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.      

蓝藻与厨余垃圾混合消化产甲烷研究

对太湖蓝藻采用资源化处置方式,通过与厨余垃圾混合发酵,达到优化发酵底物、获得最佳产气效率的目的。研究结果表明:随着蓝藻厨余垃圾混合物中厨余垃圾比例的提高（1:0.5～1:2.5）,甲烷产率提高,混合比例1:2.5时甲烷量达到最大,为123.94 mL/g（TS）,比1:0.5反应组提高了44.1%;混合物中厨余垃圾比例由1:2.5增至1:3.0,产气量反而下降;反应前24 h,体系中挥发性脂肪酸含量迅速增加,至第24 h酸量开始下降,第48 h再次上升,此后酸量减少并趋于稳定;反应过程中,各组分pH值均维持在正常范围内;反应结束后,混合比例为1:2.5组辅酶F₄₂₀最大,为1.98μmol/g（VS）,反应体系中藻毒素从发酵前的273～72.6μg/L降低到检测限5μg/L以下。     

不同有机负荷下餐厨垃圾两相连续式厌氧发酵特征研究

在中试规模条件下,以餐厨垃圾为发酵底物,研究有机负荷对两相连续式厌氧发酵的影响。为实现餐厨垃圾资源化利用提供依据。结果表明:有机负荷(COD)在4.33,5.45,7.33,7.40,10.85,11.40 kg/(m3·d)时,发酵实验均顺利进行,COD平均去除率达到85%,平均沼气产率为463 mL/g,没有出现氨氮抑制现象。随有机负荷的增加,两个反应器中COD和VFA均呈上升趋势,氨氮和硫化物也在波动中呈上升趋势,且产酸发酵液COD和VFA含量均高于产甲烷发酵液,产酸发酵液氨氮和硫化物含量均低于产甲烷发酵液。     

有机负荷对醋糟厌氧消化系统启动的影响

本研究通过醋糟的中温产甲烷潜力测试实验,考察了有机负荷对醋糟厌氧消化反应器启动的影响.并通过对不同有机负荷条件下的甲烷产量、液相组分的对比分析,结合热重、X射线衍射和红外光谱学方法进行差异表征,结果发现:1较低的有机负荷有利于缓解醋糟中有机物水解酸化过程中VFAs的积累和pH的下降,保证产甲烷过程的稳定进行.当接种物与基质VS比为1∶1[即有机负荷(以VS计)为1.78 g·(L·d)~(-1),pH=7.60]时的累积甲烷产量最高,达2 249.7 m L.随着有机负荷的提高,VFAs的累积浓度随之升高,使产甲烷过程受到不同程度的抑制并相继终止,且在接种物与基质VS比为1∶4时[即有机负荷为7.12 g·(L·d)~(-1),pH=5.52]实现了乙酸和乳酸的同步发酵(分别可达到8 000 mg·L~(-1)和2 650 mg·L~(-1)).2醋糟中木质纤维素类物质为短程有序的微晶结构或非晶结构,与富含纤维素类晶体结构物质的玉米秸秆等相比,其VS的降解率更高.醋糟中的木质素、纤维素、半纤维素的降解率随着有机负荷的降低而逐渐升高.     

pH对厨余垃圾厌氧发酵产酸的影响

在接种比例为4∶1,温度为37℃的条件下,采用污泥加热灭菌的方法,研究初始pH对厨余垃圾厌氧发酵产酸的影响.结果表明,发酵产物的组成与pH有关,乙酸在不同的pH条件下总为主要产物;当pH=7时,乙酸和VFA产量在第5天达到最大值11.91 g/L和17.44 g/L,气体组分中CO2是主要成分COD去除率达到35.3%...     

污泥热解液与牛粪混合厌氧消化特性研究

为处理污泥热解液并利用其中所含的能量,研究了250~550℃温度下产生的污泥热解液单独厌氧发酵和与牛粪混合厌氧消化的特性.首先研究250~550℃热解液单独厌氧发酵的情况,发现各温度下热解液可发酵、且350℃下热解液产气性能相对较好;但是总体上产气量很少.其次以250℃下的热解液为例,研究与牛粪在高温[（55±1）℃]下混合厌氧发酵时不同质量比（5/80,10/80,15/80;g/g）的影响,发现热解液在一定程度上抑制了牛粪的厌氧发酵,且热解液的量越大抑制作用越明显.第三步选择最低的热解液添加量比5/80,研究热解温度（250~550℃）对混合物厌氧发酵的影响;结果表明,350℃下的热解液与牛粪混合厌氧发酵累计产气量最高,达116.42mL/g VS,高于纯牛粪对照组的110.36mL/g VS;其他依次是550℃组、450℃组和250℃组.另外,550℃组的总挥发性脂肪酸（TVFA）的初始值最高,为1528mg/L,发酵后降低至254mg/L,为最大降幅,证明污泥热解液中的有机物得到有效降解.因此,适当热解温度下的污泥热解液可以适量与牛粪进行混合厌氧发酵,为污泥热解液处理和能源化提供新出路.