含固率和接种比对叶菜类蔬菜垃圾厌氧消化的影响

通过叶菜类蔬菜垃圾中温批式厌氧消化实验,比较了含固率(3%、5%、7%)和接种比(1.5、2.5、3.5)对产甲烷效果的联合影响.结果表明,在研究实验参数范围内,含固率越低、接种比越高,越有利于缩短产甲烷反应迟滞期,平均日产甲烷速率越快.经过52d的培养,在含固率为3%、接种比为3.5的工况中,平均日产甲烷速率最快,达到9.5mL/(gVS?d),日最大产甲烷速率最快,达到49.8mL/(gVS?d),最早进入快速产甲烷期.当接种比为3.5时,随着含固率的升高,产甲烷速率下降,迟滞期延长,但单位底物累计产甲烷量增大,含固率7%时单位底物累计净产甲烷量为481mL/gVS.而当接种比为1.5时,含固率为5%和7%的工况均无法启动甲烷化反应,含固率为3%的工况的产气迟滞期达15d.挥发性有机酸的累积抑制甲烷化反应的启动,迟滞期随着液相中有机酸浓度的增加而延长,当有机酸浓度低于1260mg/L,甲烷化反应没有明显的迟滞期.     

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.     

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.     

半连续泔脚垃圾与猪粪混合厌氧消化研究

在中温(35℃)条件下,采用逐渐提高有机负荷的半连续进料方式,研究泔脚垃圾厌氧消化规律。在1gVS/(L.d)、1.25 gVS/(L.d)和1.5 gVS/(L.d)的有机负荷下,厌氧消化系统能够稳定运行,实现水解酸化阶段和产甲烷阶段的动态平衡,甲烷产率与日产气量的变化规律一致,pH、VFA、氨氮浓度分别保持在7.2和360mg/L1、500 mg/L左右。当有机负荷为1.5 gVS/(L.d),每克VS的甲烷产率和甲烷百分数出现最大值,分别为1.40 L/g7、1.37%,此时厌氧消化系统处于最佳运行状态。     

含固率和接种比对菜籽饼中温厌氧消化特性的影响

为充分利用菜籽饼资源,采用全自动甲烷潜力测试系统,开展了不同含固率(2%、4%、6%、8%)和接种比(RIS=1.5、2.0、3.0)的中温批式菜籽饼厌氧发酵试验,分析了不同含固率和接种比对菜籽饼厌氧消化产甲烷特性的联合影响.结果表明:不同含固率和接种比均对发酵启动时间和累积甲烷产量产生影响,且接种比对厌氧消化产气特性的影响大于含固率.在试验研究参数范围内,接种比越大,发酵启动越快;接种比一定时,累积甲烷产量随含固率的增加呈先升高后降低的趋势;在高含固率条件下,累积甲烷产量随接种比的增加而增加.在接种比为3.0、含固率为6%时,获得最大累积甲烷产量,为507.31 mL/g (以VS计).动力学模型分析显示,各处理组均能较好地反映菜籽饼厌氧发酵的产甲烷规律;含固率一定时,接种比越大,产气滞留时间(λ)越短.同时,相比于其他发酵原料,菜籽饼作为厌氧消化原料的潜力较为明显.研究显示,不同含固率和接种比条件下菜籽饼的产甲烷性能差异较大,可为菜籽饼厌氧消化工艺的优化提供理论依据,从而提高菜籽饼资源的综合利用率.     

含固率和接种比对菜籽饼中温厌氧消化特性的影响

为充分利用菜籽饼资源,采用全自动甲烷潜力测试系统,开展了不同含固率(2%、4%、6%、8%)和接种比(RIS=1.5、2.0、3.0)的中温批式菜籽饼厌氧发酵试验,分析了不同含固率和接种比对菜籽饼厌氧消化产甲烷特性的联合影响.结果表明:不同含固率和接种比均对发酵启动时间和累积甲烷产量产生影响,且接种比对厌氧消化产气特性的影响大于含固率.在试验研究参数范围内,接种比越大,发酵启动越快;接种比一定时,累积甲烷产量随含固率的增加呈先升高后降低的趋势;在高含固率条件下,累积甲烷产量随接种比的增加而增加.在接种比为3.0、含固率为6%时,获得最大累积甲烷产量,为507.31 mL/g (以VS计).动力学模型分析显示,各处理组均能较好地反映菜籽饼厌氧发酵的产甲烷规律;含固率一定时,接种比越大,产气滞留时间(λ)越短.同时,相比于其他发酵原料,菜籽饼作为厌氧消化原料的潜力较为明显.研究显示,不同含固率和接种比条件下菜籽饼的产甲烷性能差异较大,可为菜籽饼厌氧消化工艺的优化提供理论依据,从而提高菜籽饼资源的综合利用率.     

有机成分比例对高固体浓度厌氧发酵产甲烷的影响

在12%高固体质量分数和中温(35± 1)℃条件下,开展了碳水化合物、蛋白质和脂肪不同比例联合厌氧发酵对产气性能和有机质降解过程影响的研究.结果表明,当3种有机质比例为55:36:9时,每gVS最大产甲烷量、最大比产甲烷速率、实际甲烷产率分别为404.1mL/gVS、11.2mL/(gVS·d)和326.7mL/gVS,皆高于其他有机质比例,并且有机质的降解过程更为高效、稳定.适当添加碳水化合物一方面能够提升自身的降解率,另一方面促使蛋白质和脂肪的进一步降解.当碳水化合物质量百分比高于65%时,总酸、单酸和分子态酸浓度的增加成为发酵过程的抑制因素.蛋白质质量百分比越高,发酵启动时间和发酵周期相应延长,其质量百分比高于48%时,总氨氮和游离氨对产甲烷过程造成一定抑制作用.     

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.     

厌氧发酵处理庆大霉素菌渣的可行性及条件优化

采用厌氧发酵处理庆大霉素菌渣,考察了含固率、接种比、接种污泥、发酵底物等因素对庆大霉素菌渣厌氧发酵的影响,并用累积净甲烷产量衡量庆大霉素菌渣进行厌氧发酵的可行性及发酵程度。试验结果证实了庆大霉素菌渣进行厌氧发酵的可行性,其中含固率和接种比对发酵的影响较大,最佳条件为含固率5%,接种比1/3;对比试验所用3种接种污泥,发现接种某造纸厂污水处理IC反应器的厌氧颗粒污泥效果最优,在最优含固率和接种比的条件下,累积净产甲烷量为28.21 m3/t;此外,试验还证实,采用不同菌渣的联合发酵表现出了明显的协同作用,在最优条件下,庆大霉素菌渣与林可霉素菌渣按1∶2的比例联合发酵的产甲烷量可达到37.5 m3/t。     

生物炭强化苯酚厌氧降解产甲烷特性

通过批次实验探究生物炭对苯酚厌氧降解产甲烷过程的促进机制,并考察了300,500,700℃下制备的生物炭对苯酚甲烷化过程延滞期、最大产甲烷速率和微生物群落结构的影响.结果表明：生物炭的电子交换能力与苯酚甲烷化过程具有显著关系（R²=0.997）.与对照组相比,投加15g/L的生物炭可将苯酚甲烷化的延滞期从15.0d缩短至1.1~3.2d,最大产甲烷速率由4.0mL/d提高到10.4~13.9mL/d.其中在热解温度500℃下制备的生物炭由于含有丰富的电化学活性类醌结构,对苯酚甲烷化过程促进效果最优.此外,生物炭投加促进了典型产电细菌Geobacter及产甲烷菌Methanosaeta的富集.进一步说明生物炭投加通过促进种间电子传递加速了苯酚甲烷化过程.     

餐厨垃圾两相厌氧消化特性试验研究

研究了餐厨垃圾两相厌氧消化特性。以北京化工大学餐厨垃圾为原料,分别以不同有机负荷(10、30、50和70 gVS/L)、接种量(5、10、15和20 gVS/L)、酸化时间(3、5、7和9 d)考察其对酸化效果的影响,并对酸化出料进行甲烷化产气实验。结果表明,餐厨垃圾最优酸化条件为有机负荷30 gVS/L,酸化时间5 d,接种量15 gVS/L。在此条件下,单位负荷产酸率为561.0 mg乙酸/gVS,酸化末端产物主要为乙酸和丁酸,单位负荷累积产气量达到826.7 mL/gVS,比乙醇型最佳条件单位负荷累积产气量763.8 mL/gVS高8.2%,比丁酸型最低单位负荷累积产气量70.6 mL/gVS高1 070.3%。有机负荷、酸化时间、接种量依次对餐厨垃圾酸化有重要的影响,并且餐厨垃圾酸化效果和产气性能具有一致性。研究结果可为城市生活垃圾厌氧消化提供设计和运行依据。     

市政污泥与餐厨垃圾混合两相厌氧消化研究

为了使污泥和餐厨垃圾2类固体废弃物得到更加资源化处理,将污水厂污泥和餐厨垃圾按TS之比4∶1进行混合两相厌氧消化,研究产甲烷相中不同的投配率对发酵效果的影响,试验设定的3个投配率分别为8%、12%和16%。研究结果表明,产甲烷相中投配率为16%时,系统稳定时总的SCOD去除率和总的VS去除率最高,分别74%和88.07%;日产气量最大,为888.07 mL/(g VS·d);产气中甲烷的百分含量最高,为74%。因此产甲烷相中投配率16%是本实验的最佳投配率。     

不同含固率下零价铁提升厨余垃圾高温厌氧消化产沼体系运行稳定性研究

相比中温（35 ℃）厌氧消化,高温（55 ℃）厌氧消化中微生物代谢活性强,处理效率高,且无害化水平高,适合厨余垃圾的资源化处理及 利用.但由于厨余垃圾易降解,有机质含量高,水解速率快,极易在厌氧消化前期出现酸积累现象,这种现象在高温厌氧消化中更为显著,从而严重制约着高温厌氧消化的应用.本研究探究了零价铁（ZVI）对高温厌氧消化过程酸化现象的消除和控制,并对投加ZVI后不同含固率下 厌氧反应器严重酸化现象缓和效果进行评价.结果表明,高温条件下含固率为4%、6%的反应器在ZVI的促进作用下很快恢复产沼,甲烷产率相较低负荷反应器分别提高了52.05%、10.51%.含固率为8%的投加ZVI反应器在经历一个月的延滞期后也消除了“过酸化”,甲烷含量稳定在60%以上, 甲烷产率达到270.40 mL·g^-1.以加ZVI反应器沼液作为接种物的H-ICS反应器能够降低氢分压,但未能消除“过酸化”.含固率为10%的反应器在反应结束后仍处于酸化状态.高通量测序结果表明,所有外加ZVI的反应器中嗜氢产甲烷菌是绝对的优势菌.在恢复产沼的H-ZVI反应器以细菌Defluviitoga产生的乙酸盐、CO₂、H₂和丁酸转化来的乙酸为底物,嗜氢产甲烷菌Methanothermobacter作为唯一优势产甲烷古菌,与互营乙酸氧化菌Syntrophaceticus相互作用,实现互营乙酸氧化产甲烷（SAO-HM）途径,恢复产甲烷代谢.     

鸡粪中高温厌氧甲烷发酵产气潜能与动力学特性

采用富含氮素的鸡粪为原料,包括原料鸡粪、鸡粪固相部分和鸡粪液相部分,选取以鸡粪为原料连续稳定运行超过90d的中高温厌氧反应器新鲜出料为接种污泥,在中温（35℃）和高温（55℃）条件下开展动力学和产甲烷潜能试验.采用Gompertz模型、一级动力学模型和两阶段模型对鸡粪中高温累积产甲烷量进行拟合.结果表明,鸡粪中高温甲烷发酵均呈现明显的快速产气期和慢速产气期两阶段特征,快速产气期的动力学常数K₁分别为0.4174和0.2104d^-1,快速产气分别在4.5和6.5d结束,快速产气量占到总产气量的69%和58%.原料鸡粪和液相部分的中温发酵动力学常数（K₁）分别为0.4177和0.2330d^-1,均高于高温的0.1721,0.2214d^-1,发酵产气速率较快.鸡粪固相部分中温发酵的动力学常数为0.1960d^-1,低于液相中温发酵的0.2330d^-1和固相高温的0.2310d^-1,中温条件下,水解过程是限制鸡粪甲烷发酵速率的主要因素之一.鸡粪固体和鸡粪液体高温发酵的动力学常数K分别为0.2310,0.22214d^-1,鸡粪固体发酵产甲烷的速率快于液相部分,水解过程不是限制鸡粪高温发酵产甲烷速率的最主要因素.产甲烷潜能试验表明鸡粪在中温和高温下产甲烷潜能分别为212,177mL/gTS.因此,仅从发酵效率的角度考虑,鸡粪中温发酵比高温发酵的产甲烷潜能更高,产甲烷速率更快.     

不同来源底物对厌氧发酵产氢余物产甲烷影响

通过批式试验将不同来源的污泥与餐厨垃圾进行联合厌氧发酵,研究不同产氢程度的污泥-餐厨垃圾在不同污泥接种量下的产甲烷能力,以寻求产氢余物产沼的最佳条件及有机质转化规律。结果表明:污泥-餐厨垃圾产氢余物的产氢程度与体系产甲烷能力呈正相关,即产氢多余物>产氢少余物>不产氢底物;接种量增大后,体系产甲烷效能降低且各体系间的差异逐渐缩小。30%接种量下的产氢多余物体系产甲烷能力最佳,平均产甲烷速率为0.54 mL/（g·d）,在第27天甲烷占比达到峰值87.04%,有最大累积产甲烷量1659 mL;主要原因是该体系挥发酸降解量大（17565 mg COD/L）,占TCOD降解量（35384 mg/L）的50%。     

强化两相污泥高固厌氧消化系统的微生物群落

污泥高固厌氧消化具有反应器体积小、能耗低、沼渣少等优点,但其相关机制尤其是微生物机制研究还非常有限.利用16S rRNA克隆文库技术,本研究考察了一个中试污泥高固厌氧消化系统稳定运行期的微生物群落.该中试系统采用"超高温酸化(70℃)-高温甲烷化(55℃)"的强化两相厌氧消化工艺,处理剩余活性污泥的含固率约为9%.在总的固体停留时间仅15.5 d(酸化3 d+甲烷化12.5 d)时,系统挥发性固体(volatile solid,VS)去除率为35.7%,甲烷产率(以CH4/VS去除计)为0.648 m~3·kg~(-1).两相的细菌组成差异较大:在超高温酸化相存在大量降解蛋白质/氨基酸的细菌;在高温产甲烷相则主要是降解纤维素等多糖和一些简单糖类的细菌以及长链脂肪酸降解细菌;两相中都存在降解简单糖类的细菌.两相的古菌绝大部分都属于Methanothermobacter,特别是高温产甲烷相检出的古菌100%都属于Methanothermobacter,由于仅在产甲烷相检测到沼气,这表明系统中的甲烷化过程主要通过氢营养途径进行.     

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.     

热碱处理污泥协同餐厨垃圾两相厌氧消化的特性

以热碱处理后的污泥和餐厨垃圾为原料,采用中温两相厌氧消化工艺,研究不同配比的污泥与餐厨垃圾的基质转化规律、产甲烷性能及系统稳定性等特性。结果表明:溶解性多糖及蛋白质在产酸阶段被大量消耗,二者去除率最高分别可达97.2%和70.4%,而餐厨垃圾比例占优的实验组,固态蛋白质溶出速率大于溶解性蛋白质水解速率。热碱污泥与餐厨垃圾混合厌氧消化的产气性能及稳定性明显得到提升,其中混合比例为2∶3的混合组产甲烷性能最佳,甲烷产率达261.6 mL/gVS,比单独餐厨垃圾消化组提升了29.6%,产甲烷过程中8 d实现了80%的甲烷产量,VS去除率最高达45.7%,产甲烷阶段VFAs/碱度小于0.2,系统稳定未出现酸化现象。     

接种比例对餐厨垃圾高固体浓度厌氧发酵的影响

文章在12%～18%高固体浓度和中温（35±1）℃条件下,开展了不同接种比例对餐厨垃圾厌氧发酵过程影响的研究。考察了沼气产率、发酵液特性和TS、VS去除率等随接种比例变化的关系。结果表明,接种比例不低于50%的沼气日产率、累积沼气产率和平均甲烷含量显著高于接种量低于25%的发酵过程,并且pH值相较于低于25%的发酵体系能够稳定在6.8～7.2之间。提高接种比例能够降低发酵液中TN、TP和CODcr的浓度。餐厨垃圾与接种污泥TS比为1∶1时,甲烷含量和TS、VS去除率达到最大值,分别为64%、43.6%和52.8%。此时,累积沼气产率为228.6 ml/gVS。     

生物质组成差异对生活垃圾厌氧产甲烷化的影响

采用批式实验,通过分析液相性质和产气过程,比较了生活垃圾中2 类主要的生物质组分(食物类废物和纤维类废物)及其不同含量在厌氧降解时甲烷生成过程的差异.结果表明,食物类废物累积产甲烷量远高于纤维类废物,其有机物的快速水解酸化,为快速产甲烷化提供了必要的底物.纤维类废物产甲烷速率相对较低,水解是其厌氧产甲烷化过程的控制步骤.生活垃圾的产甲烷量可以根据食物类废物和纤维类废物的比例推算而得,食物类废物含量越高,其累积产甲烷量越大.采用厌氧消化工艺有利于含食物类废物量高的垃圾的能量回收,而因食物类废物快速水解导致的液相挥发性有机酸积累是该工艺必须解决的关键性技术问题.