果蔬废弃物两相厌氧消化特征研究

厌氧消化在处理果蔬废弃物具有较高的处理效率,同时可获得甲烷等能源气体,具有很大的技术优势和广阔的应用前景。本文通过研究两相厌氧系统启动及试运行,深入分析了该系统处理果蔬废弃物的消化特征。酸化初期,苹果和白菜两种底物在酸化过程中均降解迅速。约10d即可分解70％80％的还原糖;当系统运行40d后,pH稳定在7．5左右,反应器已形成较好的缓冲体系：氧化还原电位稳定于-460--540mV之间。适宜产甲烷阶段的进行。挥发性脂肪酸的分析表明,果蔬废弃物置于循环反应体系中。仍有一段时间的酸化过程。该过程中丁酸由2000mg／L增加至2600mg／L,戊酸由600mg／L增加至1300mg／L。乙酸含量基本稳定在1000mg／L左右,丙酸含量略有提高,由450mg／L增加至600mg／L。此阶段发酵类型为丁酸型发酵．各挥发酸所占比例由高到低依次为丁酸、戊酸、乙酸和丙酸,所占比例分别为45％、23％、20％和10％。     

固定化酶酸化/UASB两相厌氧有机酸代谢特征

以固定化酶酸化相和UASB产甲烷相为两相厌氧系统进行连续流实验,研究了酸化相和产甲烷相中的有机酸和乙醇的变化特征、变化速率,挥发性有机酸组成,发酵类型以及对COD去除率的影响.结果表明:酸化相的酸化率为28.2%,水解产物组成中乙醇>乙酸>丁酸>丙酸,其中乙醇占44.8%,乙酸占38.4%,丙酸为6.9%,丁酸为9.8%,为乙醇型发酵类型.在产甲烷相中乙醇被去除99.8%,乙酸为92.0%,丙酸为59.1%,丁酸为46.2%,呈乙醇>乙酸>丙酸>丁酸;比较有机酸和乙醇的去除速率呈乙醇>乙酸>丁酸>丙酸,其中乙醇在产甲烷相中去除速率最快为0.21h^-1.系统运行稳定,COD去除率达到90%以上,其中对COD去除贡献率顺序为乙醇>乙酸>丁酸>丙酸,     

两相厌氧系统中产甲烷相有机酸转化规律

研究了两相厌氧系统产甲烷相中有机酸转化规律.以产酸相、产甲烷相COD负荷分别为41.5 kg/(m³·d)、6.05kg/(m³·d)的连续流试验装置培养种泥,运行稳定后,进行静态试验采用气相色谱仪(GC-122型)分析有机酸组成及含量结果表明,反应器相同位置的微生物降解转化有机酸速率快慢依次为:乙酸＞乙醇＞丁酸＞丙酸;利用乙醇产乙酸的微生物与产甲烷菌所需最佳pH值范围相近;乙醇型发酵是充分发挥两相厌氧系统功能的最佳发酵类型;在产甲烷反应器中,大部分挥发酸的最终降解都要经历乙酸降解途径才能完成,造成乙酸的降解转化相对缓慢,成为厌氧工艺中的限速步骤.     

同时产甲烷化反硝化系统中丙酸转化能力的研究

厌氧丙酸积累造成的酸败问题一直是制约厌氧反应器稳定运行的重要因素之一。通过建立同时产甲烷反硝化功能的厌氧反应系统,来研究该系统对丙酸转化的能力。试验结果表明:在同时产甲烷化反硝化功能的厌氧反应器中加入10 mmol/L丙酸,该系统能够继续保持稳定运行,COD去除率可达95.5%左右,丙酸去除率达96%以上;而加入丙酸的对照组中,出水COD去除率下降到10%以下,对于丙酸几乎没有任何降解。同时,在实际的UASB厌氧"酸败"反应器中,以ρ(COD)/ρ(NO3-N)=12.5∶1投加硝酸盐能较快降低水中VFA的浓度,使反应器得到快速恢复。     

温度对E-D厌氧反应器处理餐厨垃圾效能及污泥特性的影响

考察了不同温度下新型E-D厌氧反应器处理餐厨垃圾的效能,并从污泥的粒径分布、金属离子含量等角度分析了反应器内污泥理化特性的变化。结果表明,在进水COD为5 000 mg/L、HRT为24 h、温度为25~30℃时,E-D反应器对餐厨垃圾COD的平均去除率在90%以上。当温度降低到20℃后,COD去除率仅为77%左右,出水COD高达1 000 mg/L以上,且出水中乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、戊酸的含量分别达到了287.1,546.7,89.8,156.8,93.4 mg/L;颗粒污泥中钙、镁含量分别减少为21.84,5.14 mg/L;其表面积平均粒径、体积平均粒径减少为97.9,333.3μm。这表明温度为20℃,对颗粒污泥的稳定性造成了负面影响,产甲烷菌的活性受到抑制,导致效能降低。     

Ce~(3+)对厌氧颗粒污泥产VFA的影响

采用批式实验,以葡萄糖和乙酸钠为基质,研究投加不同浓度稀土Ce3+对稳定驯化和长期贮存的厌氧颗粒污泥消化产VFA的影响.结果表明,Ce3+浓度＜1 mg/L时可降低消化过程中的VFA浓度,促进丁酸向乙酸的转化以及乙酸转化为甲烷;Ce3+浓度为1～10 mg/L时则抑制细菌活性,不利于乙酸和丁酸的降解.稀土Ce的投加对以葡萄糖为基质的厌氧颗粒污泥消化产VFA中各组分的质量分数影响较小,厌氧消化前期和中期VFA产物主要为丁酸和乙酸,两者含量之和约为96%,丙酸含量＜3%.以乙酸钠为唯一基质厌氧消化时,0.05 mg/L Ce3+的投加对乙酸钠降解具有一定促进作用,可提高反应速率和去除率.污泥经过长期贮存活性降低,但含稀土Ce的厌氧颗粒污泥活性高于不含稀土的污泥,利用含稀土Ce的污泥有利于反应器再启动.     

不同底物条件下金属离子螯合剂对厌氧消化的影响

借助气相色谱分析,研究了金属离子螯合剂在不同有机酸存在时对厌氧消化的影响.结果表明,螯合剂A的添加可以有 效提高不同有机酸的甲烷产量和产甲烷速率,促进有机酸向甲烷的转化. 当螯合剂A的添加量为10μmoI/L时,丁酸、丙酸和乙酸的甲烷产量分别增加了19.8%、133.0%和45.2%.产甲烷的延滞期也明显缩短,最高产甲烷速率提高了4倍多.丁酸厌氧氧消化的4～8d间,丁酸降解率达56%,同时,气相色谱未检测到乙酸的累积,说明丁酸转化为乙酸后,乙酸很快被产甲烷菌利用.螯合剂A对有机酸产甲烷的促进作用可从酶学上得到支持,以乙酸为例,添加10μmoI/L螯合剂A时,污泥(vss)中辅酶F₄₂₀含量由空白实验的1.20μmoI/g提高到1.52μmoI/g.     

Ce3+对厌氧颗粒污泥产VFA的影响

采用批式实验,以葡萄糖和乙酸钠为基质,研究投加不同浓度稀土Ce³⁺对稳定驯化和长期贮存的厌氧颗粒污泥消化产VFA的影响.结果表明,Ce³⁺浓度<1 mg/L时可降低消化过程中的VFA浓度,促进丁酸向乙酸的转化以及乙酸转化为甲烷;Ce³⁺浓度为1～10 mg/L时则抑制细菌活性,不利于乙酸和丁酸的降解.稀土Ce的投加对以葡萄糖为基质的厌氧颗粒污泥消化产VFA中各组分的质量分数影响较小,厌氧消化前期和中期VFA产物主要为丁酸和乙酸,两者含量之和约为96%,丙酸含量<3%.以乙酸钠为唯一基质厌氧消化时,0.05 mg/L Ce³⁺的投加对乙酸钠降解具有一定促进作用,可提高反应速率和去除率.污泥经过长期贮存活性降低,但含稀土Ce的厌氧颗粒污泥活性高于不含稀土的污泥,利用含稀土Ce的污泥有利于反应器再启动.     

不同有机废水厌氧产酸过程的研究

主要研究了不同类废弃有机物厌氧产酸过程中产生的挥发性脂肪酸的产量和组成比例。研究发现,废糖蜜溶液、蛋白废液和淀粉废液在达到最高产酸量时,超过50%的VFAs是乙酸,其次是丙酸,还含有少量的丁酸和戊酸。废甘油溶液在达到最高产酸量时,产生的VFAs的主要成分是丙酸。4种有机废液中,相同初始COD浓度条件下,淀粉废液产生的VFAs产量最多,初始COD为5000mg/L时最高产量为2.321g/L,其次是废甘油溶液,最高产量是2.244g/L。     

食物垃圾和废纸联合厌氧消化产甲烷

以食物垃圾和废纸为原料,通过批式中温(35℃)联合厌氧消化产甲烷实验,考察了原料比例(以VS计为:100:0、83:17和62:38)和酸化阶段pH(未调节和调节pH=7.2)对消化稳定性及消化性能的影响.实验结果表明,与单独利用食物垃圾以及未调节酸化阶段pH的厌氧消化相比,调节酸化阶段pH=7.2的食物垃圾与废纸联合厌氧消化能够避免挥发性脂肪酸抑制、保证消化稳定性并提高消化性能.在调节酸化阶段pH为7.2,且食物垃圾和废纸的原料比例为83:17和62:38的2组厌氧消化实验中,产甲烷稳定时液相pH稳定在7.4～8.0,液相产物中总VFA浓度稳定在500～900 mg·L-1,其中丙酸浓度为100～550 mg·L-1,未检测出乙醇;累积产甲烷量(以VS计算)分别为347和247 mL·g-1,生物气中的甲烷含量稳定在70%～80%.最高可达81.6%;以1gVS相当于1.1g COD进行计算,COD去除率分别为93.2%和80.5%,用于产甲烷的COD分别占总进料COD的90.0%和64.0%.食物垃圾和废纸的最佳中温厌氧消化产甲烷条件为:原料比例83:17,酸化阶段调节pH=7.2.     

甘油投加对餐厨垃圾厌氧产酸性能的影响

餐厨垃圾厌氧发酵产生的挥发性脂肪酸（VFAs）可以作为合成聚羟基脂肪酸酯（PHA）的底物,PHA的性能与VFAs的组成密切相关.为改善PHA产品的性能,本文研究了甘油投加对餐厨垃圾产酸性能的影响.在餐厨垃圾厌氧消化半连续流反应器运行稳定的基础上,探讨了不同C/N对厌氧发酵有机物转化及VFAs产量和组成的影响.结果表明,投加甘油会降低发酵体系的pH,提高VFAs的产量,相比于对照组,C/N比为25/1时,VFAs产量提高了10.3%.C/N10.69/1（对照组）、15/1、20/1和25/1时,发酵液奇数碳VFAs所占总VFAs的比例分别为54.23%、61.16%、64.78%和66.79%.甘油的投加可以提升丙酸、戊酸等奇数碳VFAs所占比例,有利于改善PHA产品性能.     

厨余垃圾厌氧发酵失稳调控及微生物群落分析

针对厨余垃圾厌氧发酵过程中容易积累丙酸和丁酸导致反应体系酸化失稳的问题,驯化了富集耐丙酸和耐丁酸厌氧发酵菌群的接种菌泥,探究利用其对厨余垃圾干式厌氧发酵酸化失稳体系进行调控后对甲烷产量和微生物群落的影响.酸化失稳厌氧体系中添加耐丙酸菌泥调控后,与空白对照组相比反应体系中丙酸浓度削减6900.81mg/L,累积甲烷产量提...     

NaOH处理对互花米草深度气化利用的影响

在实验室条件下,考察了NaOH固相处理用于互花米草中温干式发酵以及一次发酵后沼渣二次发酵的预处理方式的可行性,从产气特性、物质转化等角度进行了系统的分析.结果表明,NaOH处理对互花米草中温干式发酵产气未表现出促进作用,干物质（TS）产气量为358.94 mL/g,仅为CK的92.42%,但甲烷平均含量提高了1.84%...     

不同产酸发酵菌群产氢能力的对比与分析

重点对乙醇型发酵菌群和丙酸型发酵菌群的产气及产氢能力进行了对比研究,并对发酵菌群由丙酸型演替为乙醇型过程中的产氢速率变化进行了分析.在有机负荷相同的条件下,乙醇型发酵菌群表现出较高的产氢速率和比产氢速率,最大产氢速率为14.99L/d,最大比产氢速率为3586.45mmol/(kg·d).而丙酸型发酵菌群产氢速率和比产氢速率都较低,分别为3.62L/d,196.46mmol/(kg·d)生物制氢反应器在运行中维持乙醇型发酵更有利于获得较高的氢气产量,应尽量避免丙酸型发酵的发生.     

不同丙酸/乙酸对聚糖菌长/短期代谢的影响

在3个SBR反应器(即SBR-A,SBR-C和SBR-E)中,以3种不同比例的丙酸/乙酸中长期驯化活性污泥使之富集聚糖菌,对丙酸/乙酸对聚糖菌的长期和短期代谢的影响进行了研究.结果表明,长期高丙酸/乙酸驯化导致聚糖菌厌氧消耗的糖原量和合成的聚β羟基烷酸酯(poly-β-hydroxyalkanoates, PHA)的量都较少,在好氧段积累的糖原量和降解的PHA的量也较小,并且对聚糖菌的脱氢酶活性、生长速率及对有机酸的利用能力等都有抑制作用.当进水中的丙酸与乙酸的碳摩尔数相同时,单位生物量利用乙酸的速率较丙酸快.不同丙酸/乙酸对聚糖菌代谢的短期影响的研究表明,当进水中乙酸浓度突然提高时,长期以高丙酸/乙酸驯化的聚糖菌可以直接利用乙酸参与代谢,但长期以低丙酸/乙酸驯化的聚糖菌则无法快速利用丙酸.提高进水中丙酸/乙酸有可能成为有效抑制聚糖菌生长并提高增强生物除磷系统稳定性的一种策略.     

pH值对易腐有机垃圾厌氧发酵产物分布的影响

易腐有机垃圾的厌氧发酵(水解和酸化)程度和发酵类型受pH值的影响.批式实验结果表明:发酵液pH=7时有利于微生物的生长繁殖,从而促进碳水化合物的水解和酸化过程,还能促进可溶性蛋白的酸化过程.在不同pH值条件下,易腐有机垃圾的基本发酵类型为:pH=7时主要进行丁酸发酵;pH=8时丁酸发酵类型逐渐占优势;而pH=5时丙酸发酵类型逐渐占优势.乳酸是酸化初期的主要产物,但在发酵液的pH=5和pH=7条件下,乳酸可被微生物进一步代谢,而pH=8时乳酸却未能被代谢.在酸化初期醇的产生量大于挥发性脂肪酸,酸化后期pH=5和pH=7时挥发性脂肪酸与醇产生量比值为1.2～1.5∶1,而pH=8时两者比值为1.6～2.5∶1.pH为5、7和8三者的水解速率常数k_h分别为0.000 8 h^-1、0.000 9 h^-1和0.000 2h^-1.pH=7在反应时间t>100 h以后,发酵液中可溶态总有机碳全部由酸化产物组成,酸化完全;而pH=5和pH=8达到酸化完全的反应时间分别为t>300 h和t>600 h.     

农村混合物料干式厌氧发酵物性变化中试研究

为解决分散性及混杂性的农村有机固体废物的无害化、减量化处理及资源化利用问题,利用干式厌氧发酵技术与装置,将畜禽粪便、果蔬垃圾和秸秆等混合物料进行干式厌氧发酵处理,并对pH和有机质类TS、VS、COD_Cr、(DOC)及NH₄+-N浓度进行了检测. 结果表明:农村有机固废混合物料干式厌氧发酵起始阶段的pH为7.2,于第7天逐渐降至最低值(6.3),之后又逐渐上升至系统稳定,最后在7.0~7.6之间波动. 厌氧发酵物料TS和VS经厌氧发酵后被消耗,二者去除率分别为58.3%和65.4%. 厌氧发酵运行过程中物料w(DOC)由11 000 mg/kg降至6 095 mg/kg,去除率为44.6%,发酵液中ρ(COD_Cr)由初始的11 700 mg/L降至结束时的2 870 mg/L,COD_Cr去除率达75.5%. 50 d后w(DOC)和ρ(COD_Cr)保持稳定.      

C/N对污泥厌氧发酵产酸类型及代谢途径的影响

研究了污泥的初始C/N对污泥发酵产酸类型的影响及产酸代谢途径.初始C/N在12时,形成的是乙酸型发酵类型;当初始C/N在56左右,可实现丙酸型发酵类型;而当C/N处于156时,则形成丁酸型发酵.不同发酵产酸类型的形成是由优势产酸菌群的改变导致的.末端限制性片段长度多态性分析(T-RFLP)微生物种群的结果表明,构成乙酸型发酵类型的主要优势菌群为消化链球菌属;而丙酸型发酵类型中的优势菌群则为丙酸杆菌属;梭菌属则是丁酸型发酵类型中的优势产酸功能菌.有机酸代谢途径中关键酶活性检测结果表明,在低C/N条件下,乙酸的累积主要是通过氨基酸之间的Stickland反应形成,而随着C/N值的增大,导致丙酸和丁酸累积的主要代谢途径转变为糖酵解的丙酮酸途径.     

pH5条件下生物制氢反应器的启动及运行特性

采用连续流搅拌槽式反应器(CSTR),以糖蜜废水为底物,探讨了pH5条件下生物制氢反应器的启动和运行特性.结果表明,保持反应器内pH为5,污泥接种量为6g/L、COD启动负荷为7.0kg/(m³·d)、水力停留时间(HRT)为6h等条件,可在30d内完成产氢发酵菌群的驯化.此时系统氧化还原电位(ORP)稳定在-460mV～-480mV之间,系统呈现明显的混合酸发酵特性.其液相末端发酵产物比例分布相当,乙酸、乙醇、丁酸、丙酸和戊酸含量分别占发酵产物总含量的36%,33%,18%,13%.没有占绝对优势的发酵产物.气相中的氢气含量30%～35%,其最大产氢能力为1.3m³/(m³·d).生物制氢反应器混合酸发酵稳定运行期各种产酸发酵细菌处于均势地位,以球菌和杆菌为主.