NaOH预处理对香蕉秸秆厌氧发酵产沼气的影响

以农村废弃资源香蕉秸秆为原料,采用试验室自制的厌氧发酵装置,在恒温35℃和发酵料液总固体质量分数为6%的条件下进行沼气发酵试验,研究不同质量分数(2%、4%、6%、8%) NaOH的预处理对香蕉秸秆厌氧发酵产气效果的影响。研究结果表明:香蕉秸秆经过NaOH预处理后与对照组(未经NaOH预处理)相比产气量明显增加,其中,NaOH预处理浓度为6%的处理组,发酵58 d时的总产沼气量、总产甲烷量、总固体(TS)产气量、总固体(TS)产甲烷量均最高,分别为21581. 00 mL、11878. 30 mL、548. 87 mL/g、302. 10 mL/g。经过NaOH预处理后的香蕉秸秆发酵过程中pH值在适宜的范围内波动,发酵前后发酵液中COD的降解率均达到60%以上。故综合来看,NaOH预处理能缩短香蕉秸秆厌氧发酵的启动时间,增加发酵体系的缓冲性和稳定性,提高产气效果,且NaOH预处理浓度为6%时,香蕉秸秆厌氧发酵效果最优。     

新型两相一体厌氧消化反应器处理餐厨垃圾中试研究

针对餐厨垃圾厌氧消化过程易发生挥发性脂肪酸（VFAs）的积累,系统难以稳定高效运行等问题,本研究设计制造了一套中试规模的新型双环嵌套式两相一体厌氧反应器,采用双环嵌套式结构,在反应器内部将内环的产酸阶段与外环的产甲烷阶段分离.反应器共运行184d,初始负荷为60kg/d,运行阶段阶梯式提高负荷,最高达到180kg/d.结果表明,该新型反应器产气与有机固体去除效率高,稳定性好.在稳定运行阶段,有机负荷为3.0kgVS/（m³·d）,容积产气率平均达到1.69m³/（m³·d）,最高为2.72m³/（m³·d）,平均负荷产气率为0.57m³/（kgVS·d）,有机固体去除率达77.2%;由于内外环相分离作用,外环pH值相比内环高约0.3~0.4,外环挥发性脂肪酸（VFAs）和溶解性化学需氧量（sCOD）平均浓度相比内环分别降低25%和23%.双环嵌套式反应器实现了产酸和产甲烷阶段分离的作用,内环产酸相很好地完成了水解和酸化步骤,同时减轻产甲烷相受到酸积累的冲击,对反应器稳定运行起到关键作用.     

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。     

外加纤维素酶和α-淀粉酶对猪粪厌氧发酵的促进机制

为有效缩短有机物厌氧发酵限制阶段的反应时间,提高发酵底物的生物产甲烷效率,以猪粪为发酵底物,添加外源纤维素酶和α-淀粉酶,应用一级动力学模型和Gompertz模型拟合厌氧发酵过程.结果表明:适量添加纤维素酶和α-淀粉酶对厌氧发酵系统的水解反应具有积极的促进作用,当两种酶的总添加量为40 mg/g、纤维素酶和α-淀粉酶配比为1:3时促进作用最为显著,其多糖浓度、TVFAs（乙酸、丙酸、丁酸和戊酸的统称）浓度峰值、累积沼气产气量、甲烷产率（基于猪粪中挥发性固体含量计算）分别为4 494 mg/L、8 666 mg/L、187 688 mL、392.1 mL/g,与CK（对照）组比分别提高了171.0%、23.3%、23.5%、24.3%.相关性分析表明,外源酶的添加对厌氧发酵系统中微生物可利用的C/N具有显著影响,可有效促进TVFAs转化产甲烷,当纤维素酶和α-淀粉酶配比为1:3时,厌氧发酵过程具有最大反应速率〔32.95 mL/（g·d）〕,与CK组相比水力停留时间（HRT）缩短了2.5 d,生物产甲烷效率提高了24.3%,厌氧发酵过程符合Gompertz模型（R2=0.999 2）.研究显示,纤维素酶和α-淀粉酶对促进猪粪厌氧发酵有协同作用,当α-淀粉酶添加量不超过30 mg/g时,α-淀粉酶添加量与甲烷产率呈正相关;当纤维素酶添加量超过10 mg/g时,纤维系酶添加量与甲烷产率呈负相关.      

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。     

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。     

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.     

中低温条件下牛粪秸秆混合沼气发酵的研究

文章以海林农场为实验基地,通过静态实验的方式以玉米秸秆和牛粪为原料,优化发酵底物碳氮比(C/N)、发酵温度和总固体质量浓度(TS),通过响应面优化,得到最佳的中低温环境下厌氧发酵条件。在混合底物发酵过程中,得到中低温环境下发酵的最佳C/N为25:1。在温度和TS的影响试验中得到中温环境下,产甲烷效率会受到较高TS的影响,最高累计产气量在35℃,TS为15%时获得,为14 030.95 mL。最终通过响应面优化得到符合海林农场的最佳产气条件为温度25℃,TS为17.6%,累计产气量为8 665.5 mL。结果表明,在北方地区,通过优化C/N、温度以及TS,仍然可以获得较好的厌氧发酵效果。     

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.     

不同类型秸秆对污泥厌氧消化特性及细菌群落结构的影响

为促进污水处理厂污泥及农作物秸秆的资源化利用,探讨不同类型秸秆（玉米、小麦、水稻）对污泥厌氧消化特性、产气效果及细菌群落结构的影响,在中温〔（35±1）℃〕下,研究了污泥与秸秆按不同质量比（1:0、1:0.5、1:1、1:1.5）联合厌氧消化对污泥C/N（碳氮比）和厌氧消化环境中pH、ρ（NH₄+-N）、ρ（VFAs）（VFAs为挥发性脂肪酸）、日均沼气产量及φ（CH₄）、细菌群落的特征变化,以未添加秸秆的污泥厌氧消化为CK（对照）.结果表明:不同类型秸秆的添加对厌氧消化体系的pH、ρ（NH₄+-N）、ρ（VFAs）均产生显著影响,秸秆的加入明显提高了厌氧消化体系的产气量.联合厌氧消化可通过优化厌氧消化底物的C/N,从而增加ρ（VFAs）和φ（CH₄）.其中,污泥与玉米秸秆质量比为1:1.5时对厌氧消化的促进作用最为显著;其沼气日产量为2 303.08 mL,比CK（536.15 mL）提高了3倍以上,而沼气中φ（CH₄）最高为54.49%,比CK（37.07%）提高46.99%.此外,不同类型秸秆的添加也可通过改变细菌群落结构从而促进秸秆降解,增加ρ（VFAs）和提高沼气产量,特别是添加秸秆后,Bacteroidetes会逐渐取代Proteobacteria成为主要的产酸菌种,从而导致ρ（VFAs）增加.研究显示,污泥与秸秆联合厌氧消化可改善污泥营养结构,改变细菌群落结构,提高沼气产量.      

pH对热处理污泥厌氧发酵产氢的影响

采用自制连续流厌氧发酵产氧反应器,接种经过50 min热处理的污泥,以蜜糖废水为底物,探讨pH值的变化对反应器运行中产氢和产酸的影响.在进水COD浓度为5 000 mg/L、温度为37℃、HRT为6 h、负荷为67 kgCOD/(m3·d)的条件下,分别在pH为6.0、5.5、5.0、4.5时对反应器内产氧产酸等情况进...     

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.      

pH6.0酸性条件下产甲烷EGSB反应器的运行研究

采用中性颗粒污泥接种,运行一个3.1L的EGSB反应器共345d,通过逐步降低pH值,获得了耐酸的产甲烷颗粒污泥并实现厌氧反应器在低pH、低碱度条件下的稳定运行.在pH 6.0,进水COD 3000mg/L,COD容积负荷5kg/(m³·d)时,反应器的COD平均去除率为95.0%,出水总碱度(以CaCO₃计)仅为328.5mg/L,每g去除COD的沼气产量为372.2mL,沼气中甲烷含量约为57.6%;在进水COD 4 000mg/L,COD容积负荷7.5kg/(m³·d)时,COD平均去除率为90.9%,出水总碱度仅为404.8mg/L,每g去除COD的沼气产量为446.3mL,甲烷含量约为55.9%.EGSB反应器在pH6.0～6.1的范围内共运行112d,表明在低pH、低碱度下实现稳定的产甲烷过程是可行的.     

酸解微波预处理对秸秆厌氧消化的促进作用

以秸秆为研究对象,比较微波酸化预处理作用下对秸秆厌氧消化产气特性的影响,实验中研究甲烷产生速率、pH值、甲烷气体体积分数及生物降解率4个参数的变化趋势,结果表明:①微波酸化预处理对秸秆厌氧消化有明显效果,累计产甲烷气量由未被预处理的186.1mL·g-1上升到 245.4～303.4 mL·g-1(以有机物质计),达到最大甲烷产生速率时间由原来的第12d,提前至4～11d不等,最大甲烷产生速率由原来的1411mL·g-1·d-1上升到 18.64～33.19 mL·g-1·d-1;②经过微波酸化预处理的甲烷体积分数由原来的52.1%提高至64.5%左右,其生物能范围也由未处理前的19.71 MJ·m-3提高至24.41 MJ·m-3,物料降解率由未预处理的44.1%,提高至64.25%.     

有机负荷对秸秆床反应器厌氧生物产沼气的影响

在实验室条件下,以打捆麦秸为固定相,以猪场废水为流动相,采用半连续进料方式,考察了不同猪场废水容积负荷对秸秆床反应器产沼气的影响.结果表明:发酵前25d,较高的猪场废水有机负荷对反应器产气有一定抑制,之后日产气量和容积产气量迅速增加,并明显高于低猪场废水有机负荷的处理,当猪场废水容积负荷为7.2kgCOD/(m3×d)时,厌氧反应器最大容积产气量达2.29m3/(m3×d),产气稳定后维持在1.52~1.76m3/(m3×d),较猪场废水容积负荷为2.4,1.44kgCOD/(m3×d)的处理分别提高了50%和130%以上,对产气中甲烷含量无明显影响;较高的猪场废水容积负荷不利于麦秸厌氧发酵产沼气,发酵后麦秸干物质损失率、纤维素和半纤维素分解率均与猪场废水容积负荷成反比,红外的结果与之一致.对发酵后麦秸水浸提液的DGGE检测表明,维持反应器高有机负荷、低发酵液HRT,促进了厌氧微生物在麦秸表面定植,微生物种群数量和丰富度均明显高于低有机负荷、高发酵液HRT的处理,反应器耐高有机负荷冲击的能力增强.采用秸秆床反应器处理农村常见的秸秆和畜禽养殖污水产沼气是可行的,且较高的废水有机负荷有利于提高反应器容积产气率.     

市政污泥与玉米秸秆混合高温厌氧发酵产甲烷研究

以实验室自主驯化的二沉池污水为接种物,对我国天津、昭通、太原3个城市的市政污泥和玉米秸秆混合物进行了高温(55℃)厌氧发酵,考察了不同发酵体系下发酵液pH、单日产气量、累积产气量、甲烷产率等指标随发酵时间的变化情况。结果表明:污泥单独发酵几乎不存在酸化现象,稳定后的发酵液pH值高于混合发酵试验组;污泥单独发酵系统的最大单日产气量出现在第1,2天,发酵系统加入玉米秸秆后最大单日产气量出现的时间有所延迟;天津污泥单独发酵(20 g-TS)的累积产气量达到2004 mL,高于其他2组;所有发酵系统的VS去除率均达到40%以上;随着发酵过程稳定,甲烷含量维持在70~85 vol.%,天津污泥单独发酵的甲烷产率达到141.01 mL/g-VS;Modified Gompertz拟合表明污泥单独发酵不符合"S"曲线,该系统下发酵停滞期较短,污泥与玉米秸秆质量比为3:1或2:1时甲烷产率、产甲烷速率和发酵停滞期具有一定优势。     

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。     

Effects of mixture ratio on anaerobic co-digestion with fruit and vegetable waste and food waste of China

The biochemical methane potentials for typical fruit and vegetable waste (FVW) and food waste (FW) from a northern China city were investigated, which were 0.30, 0.56 m3 CH4/kgVS (volatile solids) with biodegradabilities of 59.3% and 83.6%, respectively. Individual anaerobic digestion testes of FVW and FW were conducted at the organic loading rate (OLR) of 3 kg VS/(m3 day) using a lab-scale continuous stirred-tank reactor at 35°C. FVW could be digested stably with the biogas production rate of 2.17 m3/(m3 day) and methane production yield of 0.42 m3 CH4/kg VS. However, anaerobic digestion process for FW was failed due to acids accumulation. The effects of FVW: FW ratio on co-digestion stability and performance were further investigated at the same OLR. At FVW and FW mixing ratios of 2:1 and 1:1, the performance and operation of the digester were maintained stable, with no accumulation of volatile fatty acids (VFA) and ammonia. Changing the feed to a higher FW content in a ratio of FVW to FW 1:2, resulted in an increase in VFAs concentration to 1100–1200 mg/L, and the methanogenesis was slightly inhibited. At the optimum mixture ratio 1:1 for co-digestion of FVW with FW, the methane production yield was 0.49 m3 CH4/kg VS, and the volatile solids and soluble chemical oxygen demand (sCOD) removal efficiencies were 74.9% and 96.1%, respectively.