规模化养牛场牛粪污综合利用研究

利用牛粪生产沼气,并将副产物有效利用是处理牛粪污的有效途径,为提高牛粪厌氧发酵的产气效率和副产物的利用率,整体工艺采用牛粪发酵前固液分离,固体进行好氧发酵回填牛卧床,分离液进行厌氧-好氧发酵,厌氧发酵产生沼气为系统增温,最后液体通过人工湿地处理达标排放。结果表明:对牛粪进行发酵前固液分离,降低了物料的粘度,利于微生物的传质,可以取得较好的产气效果,沼气通过沼气燃烧炉转化为热能为系统增温降低了其他能源的供给,同时湿地的利用也有效地改善了养牛场周边环境,为牛粪污生产沼气工程提供新思路。     

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.     

针铁矿对城市生活垃圾有机组分厌氧发酵的影响

利用PVC管构建厌氧发酵反应器,研究了铁氧化物对有机垃圾厌氧发酵过程中产气及垃圾渗滤液特性的影响.结果表明,添加针铁矿能够促进垃圾的水解酸化效率和产气速率,提高产气量至163.4 L,较空白提高了20%.通过对厌氧消化中间产物Fe2+、NH+4-N、NO-3-N、COD以及有机酸的分析表明,铁氧化物的存在有利于降低系统氧化还原电位,有助于提高厌氧微生物的水解酸化效率;铁氧化物的加入能够促进有机酸的转化,从而降低有机酸对厌氧微生物的抑制作用.     

低温下玉米秸秆与牛粪混合厌氧发酵产气特性研究

通过静态试验,探究在15℃的低温条件下,经过预处理的玉米秸秆和牛粪,在不同混合配比下厌氧发酵的产气特性。试验结果表明:将牛粪与秸秆按1∶1配比的产气效果最好,相对于配比为2∶1、3∶1的累积产气量分别高出52.66%和73.60%。随着发酵过程进行,COD波动很大。发酵过程中碳源主要由玉米秸秆提供,秸秆所占比例越大,COD降解率越高。日产气量达到高峰的时间稍滞后于VFA,秸秆比例越大的组别,VFA整体处于越高水平。而辅酶F420与产气量之间关系不显著。发酵初期CMC酶活力变化显著,且以玉米秸杆与牛粪配比为1∶1为配比的一组CMC酶活力高于其余2组,最高值达到了15.042 U/g。     

D1菌株预处理水葫芦单相厌氧发酵连续产沼气试验

利用高效降解纤维素的菌株D1对水葫芦进行预处理,将其内部结构破坏后与活性污泥混合,在不添加任何底物情况下,对比经过预处理与未经预处理水葫芦厌氧发酵产沼气的优化条件,得出最佳优化条件。进一步将水葫芦厌氧发酵产沼气的最佳优化条件进行放大试验,结果表明:在10 L厌氧发酵罐内,100 g的水葫芦经5 mL含有107孢子的D1菌株菌悬液预处理48 h后,与厌氧活性污泥在30℃厌氧发酵60 d左右,其产气效率明显优于未经预处理的水葫芦,达15.52 L,平均产气量达155.2 mL/g,甲烷含量为63.5%。同时考察了反应器内的pH变化,结果表明pH值相对比较稳定,适合甲烷菌产气。     

对禽畜粪便处理的研究

采用厌氧发酵技术综合治理畜牧业污染。实验中,控制pH值在6.6～7.8进行牛粪的中温厌氧发酵研究,结果表明,牛粪经厌氧发酵,能产生清洁能源沼气,发酵液满足部分菌类的生长条件,可以用来进行禽畜粪便的深度处理。     

基于仿生学的一体式两相厌氧反应器的运行研究

反刍动物瘤胃对纤维素类物质具有强大的消化能力,在厌氧发酵领域备受关注.为了增加秸秆等物质的资源化利用途径,本文基于仿生学的原理,设计了一体式两相新型厌氧反应器,并以秸秆、猪粪和河道底泥为底物进行干式共发酵,研究了该反应器的水解酸化和产甲烷性能.结果表明：反应器在1～6 d的产气速率较快,单位体积累积产气量的增长速率为366.87 mL/d,最快产气速率为22.3 mL/(g·d)(以每g挥发性固体每天产生的沼气体积计);发酵过程挥发性固体的产气量为0.13 L/g;发酵过程中pH在7.3～8.2之间变化,p H与挥发性脂肪酸(VFAs)浓度整体上呈现相反的变化趋势,说明反应器内未发生氨抑制现象;第1～21天,主反应室产生的溶解性化学需氧量(SCOD)在次反应室中被充分利用,实现了水解过程和水解产物利用过程的分离;厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)是反应器中最丰富的两个菌门,均具有水解和产酸能力.基于瘤胃设计的反应器既具有不同水解程度底物分层和持续吸收VFAs的效果,又有上部水解和产酸、下部产甲烷的一体式两相厌氧发酵效果.研究显示,该反应器可有效延长...     

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。     

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.     

堆肥预处理对麦秸与奶牛废水混合物厌氧产沼气的影响

为深入探讨堆肥预处理对秸秆厌氧发酵产沼气的影响,分别以堆肥0d(T1)、3d(T2)、6d(T3)和9d(T4)的麦秸与奶牛废水混合物(质量比1:2)为原料进行厌氧消化实验.结果表明,堆肥造成麦秸干物质(TS)大量损失,堆肥3,6,9d麦秸TS损失率分别为2.63％、11.46％和20.00％,各处理间差异显著,堆肥后麦秸纤维素结晶程度增强;厌氧发酵后,T1、T2、T3和T4的TS产气量分别为377.50,388.85,354.71353.65mL/g,考虑到堆肥过程中麦秸TS的损失,T2、T3和T4的TS产气量仅为T1的100.30％、83.19％和77.59％;各处理麦秸产气中甲烷含量差异不显著(P=0.3681);堆肥后麦秸产气速率和气峰值均增加,T2、T3累积产气量达到总产气量80％的时间较对照提前了8d和2d,T2产气峰值较对照增加了2.65mL/d,但堆肥9d麦秸产气速率和产气峰值反而降低;厌氧发酵后麦秸TS和挥发性固体损失率均随着堆肥时间的延长而降低.从提高麦秸产沼气量的角度看,堆肥预处理并不合适,但对加快反应器启动,提高麦秸产气速率有一定促进作用,以堆肥3d的效果最好.     

去除城市生活污泥中有机络合态金属强化其厌氧生物制气

为提高城市生活污泥厌氧消化沼气产率,本文考察了通过金属络合剂EDTA预处理污泥,以去除城市生活污泥中有机络合态金属,强化其厌氧生物制气的效果.结果表明,经EDTA预处理去除金属后的污泥(实验组)较未预处理的污泥(对照组)的有机络合态金属含量减少[(5.09±0.57)%~(1.37±0.20)%,以TS计],溶解性有机质显著提高(SCOD提升627%),暗示该预处理方法能够极大地去除有机络合态金属并强化污泥有机质的溶出.通过测定污泥有机质溶出表观活化能发现,实验组污泥有机质溶出表观活化能比对照组降低36%,表明预处理能够有效降低有机质溶出反应的能量壁垒.污泥厌氧发酵研究发现,在16d的污泥厌氧产酸实验中,实验组VFAs浓度高于对照组,较对照组最大提升42%;在22 d的污泥厌氧产甲烷测试实验(BMP)中,实验组单位有机质累积甲烷产量比对照组增加48%,表明EDTA预处理对提高污泥厌氧消化产沼气具有重要的作用.通过进一步产沼气动力学研究发现,实验组的产沼气限速步骤在产甲烷阶段,而对照组限制于水解阶段,表明经EDTA预处理能有效地破除城市生活污泥厌氧消化过程的水解限速.     

微量Co和Ni对稻草厌氧消化的影响

研究了微量Co,Ni对稻草厌氧消化过程中的COD_Cr,pH,挥发性脂肪酸(VFA),产气量及产气速率的影响.结果表明:投加了Co,Ni和Co+Ni的实验处理,其产气量分别提高了39.0%,74.5%和115.0%;φ(甲烷)从44.9%分别提高到50.0%,52.2%和62.5%;挥发性固体(VS)去除率从39.3%分别提高到46.2%,47.6%和53.2%,COD_Cr去除率从42.4%分别提高到56.9%,57.0%和58.9%.投加微量Co,Ni对稻草的厌氧消化能力具有显著的促进作用.3种投加方式对厌氧消化系统的促进效果存在差异,其中投加Co+Ni混合微量金属是提高稻草厌氧消化效率和产气量的有效方法.      

HRT对糖蜜废水发酵产氢的影响

采用自制的UASB反应器,以糖蜜废水为底物,接种絮状污泥进行HRT对发酵制氢的影响研究.结果表明:在温度为(37±1)℃,进水COD浓度为4 000 mg/L,出水pH为4.6～5的条件下,HRT在8～6 h范围时,反应器的产气速率和产氢速率达到最大并保持稳定,平均值分别为41 L/d和21 L/d左右,氢气含量稳定在...     

CLR反应器处理垃圾焚烧发电厂渗滤液的实验研究

CLR反应器是在IC反应器的基础上优化的厌氧反应装置,详细介绍了改进的工艺和实验方案,对垃圾焚烧发电厂产生的渗滤液,采用CLR厌氧反应器进行实验研究,结果表明：在中温的环境下,CLR厌氧进水COD从4 200 mg/L逐渐提高到42 000 mg/L的情况下,并稳定进水COD浓度42 000 mg/L左右时,出水COD在8 400 mg/L左右,COD去除率为80％以上.CLR反应器处理实际渗滤液的负荷能够达到42 kgCOD/（m3·d）,产气效率为0.4L沼气/gCOD,从处理效果的分析为生产规模工程设计提供参考.     

上推流厌氧反应器连续干发酵猪粪产沼气试验研究

为解决猪粪连续干发酵存在的氨抑制和出料难等难题,在温度(25±2)℃、有机负荷为干物质(TS)4.44 g.(L.d)-1的条件下,采用上推流式厌氧反应器(UPAR)对猪粪进行连续干式发酵试验,研究了猪粪干发酵过程的产气情况、氨抑制现象和出料流动性,并考察了上推流厌氧反应器进行猪粪干发酵的可行性.试验采用4种不同TS质量分数(20%、25%、30%、35%)的猪粪作为原料,经160 d的运行.结果表明,进料TS质量分数对发酵过程有很大的影响,4种不同进料TS质量分数稳定的池容产气率分别为2.40、1.73、0.89、0.62 L.(L.d)-1,进料TS质量分数为20%、25%和30%的产气效率明显优于进料TS=35%的产气效率.随着进料TS质量分数从20%增加到35%,氨氮质量浓度>2 300 mg.L-1会出现明显的产气抑制.在进料TS=35%时,氨氮质量浓度能达到3 800 mg.L-1,产气速率相对于进料TS=20%递减74.1%.当进料TS达到35%、出料TS质量分数达到17.1%、流速<0.002 m.s-1时,UPAR不能顺利出料.     

腐殖酸影响剩余污泥厌氧消化过程实验研究

以实验室培养、几乎不含腐殖质和金属离子的剩余污泥作为研究对象,选择与市政污泥中腐殖酸特征相近的市售腐殖酸为外加填充物,实验研究污泥中所含腐殖质对污泥厌氧消化过程的抑制作用.通过设置腐殖酸不同投加比例(0、5%、10%、15%和20%,以VSS计),探究腐殖酸对厌氧消化不同过程的影响.实验结果表明,腐殖酸抑制厌氧消化生物气产气量.填加15%腐殖酸时对厌氧消化产气量抑制作用最为明显,较未添加腐殖酸对照组产气量下降了35%;但并未对生物气中CH_4体积比产生太大影响,说明抑制影响是对生物气整体性的.腐殖酸亦可抑制厌氧水解过程,投加20%腐殖酸实验组实验结束时残留于上清液中的溶解性多糖、蛋白质浓度分别是对照组的2.2和1.6倍.然而,腐殖酸作为外源电子受体,可以在一定程度上促进酸化过程,其程度在填加20%腐殖酸实验组表现最高,较对照组VFAs提高了11.3%.腐殖酸投加未对系统pH产生明显影响,各实验组pH值均在7.09~7.54间变化.     

Effects of chlortetracycline, Cu and their combination on the performance and microbial community dynamics in swine manure anaerobic digestion

Swine manure was typical for the combined pollution of heavy metals and antibiotics. The effects of widely used veterinary antibiotic chlortetracycline(CTC), Cu and their combination on swine manure anaerobic digestion performance and microbial community have never been investigated. Thus, four 2 L anaerobic digestion reactors were established including reactor A(control), B(CTC spiked by 0.5 g/kg dry weight, dw), C(Cu spiked by 5 g/kg dw) and D(combination of CTC, 0.5 g/kg dw, and Cu, 5 g/kg dw), and dynamics of bacterial and archaeal community structure was investigated using high throughput sequencing method. Results showed that addition of CTC and Cu separately could increase the total biogas production by21.6% and 15.8%, respectively, while combination of CTC and Cu severely inhibited anaerobic digestion(by 30.3%). Furthermore, corresponding to different stages and reactors, four kinds of microbes including bacteria and archaea were described in detail, and the effects of CTC, Cu and their combination mainly occurred at hydrolysis and acidification phases. The addition of Cu alone changed the dynamics of archaeal community significantly. It was genus Methanomassiliicoccus that dominated at the active methane production for A, B and D, while it was genus Methanobrevibacter and Methanoculleus for C.     

金属离子对青霉素菌渣厌氧发酵产气模型分析

为比较响应面法与反向传播神经网络法在厌氧发酵过程中的应用效果,以青霉素菌渣为原料,通过单因素和Box-Behnken法设计试验,在发酵体系中添加不同量的Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺,以确定其对青霉素菌渣厌氧产气性能的影响.结果表明,Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺单一最佳添加量为：500mg/L、30mg/L、0.3mg/L,产沼气量较对照分别提高了：102.18%、45.48%、60.12%.其促进作用随添加浓度增大呈现：弱-强-弱趋势.使用响应面法及反向传播神经网络法对金属离子添加量进行建模优化,并使用批式厌氧发酵进行验证.响应面法建模预测Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺最佳混合添加浓度为：440.94mg/L、16.22mg/L、0.39mg/L,预测累积产沼气量为1314.49mL,R²=0.972,试验与验证相对误差为4.65%;反向传播神经网络法建模Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺最佳混合添加浓度为495mg/L、21mg/L、0.5mg/L,预测产沼气量为1551.55mL,R²=0.991,试验与验证相对误差为0.47%.反向传播神经网络法建模具有更好的拟合效果且与验证试验误差小,是一种更有效的仿真方法.说明该方法在优化厌氧发酵金属离子添加具有应用潜力,同时也为厌氧发酵条件优化提供新思路.     

蒸汽爆破对污泥和餐厨垃圾联合厌氧消化的促进效果

鉴于蒸汽爆破（简称"汽爆"）预处理对污泥和餐厨垃圾联合厌氧消化的影响还鲜有报道,为探讨汽爆预处理对污泥和餐厨垃圾联合中温厌氧消化的促进效果及经济可行性,利用小型发酵罐在35℃下开展了未预处理污泥和餐厨垃圾联合消化、汽爆污泥单独消化、汽爆污泥和餐厨垃圾联合消化的试验,并进行能耗分析.结果表明,未预处理污泥与餐厨垃圾联合消化阶段,VS（挥发性固体）去除率为33.9%,沼气产率为311.0 mL/g（以投料VS计）;汽爆污泥单独消化阶段,VS去除率和沼气产率均略高于未预处理污泥与餐厨垃圾联合消化阶段,但反应器ρ（NH₄+-N）过高,影响产气稳定性,沼气φ（CH₄）较低.汽爆污泥与餐厨垃圾联合消化阶段,VS去除率和沼气产率分别达到49.5%和420.5 mL/g,显著优于未预处理联合消化阶段.能耗分析表明,预处理的升温过程使汽爆预处理整体能耗偏高,但若能有效回收70%的热量,则汽爆预处理可提高污泥-餐厨垃圾联合中温厌氧消化工艺3.34 kW·h/t（以污泥量计）的能量产率.研究显示,汽爆预处理可提高污泥和餐厨垃圾联合中温厌氧消化工艺35.2%的沼气产率,但由于预处理能耗较高,预处理过程中热能的有效回收是汽爆预处理应用于污泥和餐厨垃圾联合中温厌氧消化经济可行的关键.