硫酸盐对有机废水厌氧处理的影响

本文综述了硫酸盐对有机废水厌氧处理的影响及机理分析。硫酸盐对消化器的甲烷产率有很大影响,其中第一阶段消化器的甲烷产率下降13%,第二阶段下降43%。在没有硫酸盐存在时,硫酸盐还原菌可作为非产甲烷细菌参与有机物的厌氧降解,并为产甲烷细菌提供生长和产甲烷的基质。在有硫酸盐存在的情况下,硫酸盐还原菌可与产甲烷细菌竞争基质,而且竞争能力胜于产甲烷细菌。     

餐厨垃圾高温产甲烷的高盐度抑制及恢复性研究

为了研究餐厨垃圾高温(55℃)厌氧消化条件下,高浓度Na Cl对产甲烷的抑制及除盐后的产甲烷恢复情况,建立了4组血清瓶实验分别研究在较低Na Cl质量浓度(5 g/L,A组)、Na Cl质量浓度突然增加(20 g/L,B组)以及在不同的高浓度Na Cl抑制时间后采取除盐处理(C、D组)对餐厨垃圾产甲烷的影响。结果表明,当Na Cl质量浓度为5 g/L时,高温厌氧消化甲烷产量和浓度在前期逐渐上升,最高分别可以达到27 m L/d和71.3%;当Na Cl浓度升高至20 g/L后,甲烷产量在2 d之内迅速下降,之后逐渐降低,甲烷日产量低于1 m L/d,产甲烷抑制作用明显;而在Na Cl质量浓度由20 g/L降低至5 g/L之后,甲烷产量又有不同程度的恢复,其中在高浓度Na Cl条件下5 d之后降低其浓度的C组实验相比15 d之后才降低浓度的D组实验甲烷产量恢复效果要好;同时甲烷浓度的变化也受到Na Cl浓度变化的影响,Na Cl浓度增大会导致产气中甲烷浓度降至30%~35%,而减小Na Cl浓度之后,甲烷浓度可以恢复至50%~58%。     

氨氮浓度对马铃薯加工废水厌氧消化的影响

为考察氨氮浓度对中温厌氧消化处理马铃薯加工废水的影响,通过批式实验,探究该类废水厌氧消化处理的氨氮抑制阈值。结果表明：氨氮浓度为3 000 mg·L⁻¹ (TAN≈3 659 mg·L⁻¹)时,累积产甲烷量降低至276.1 mL·g⁻¹且出现产甲烷迟滞期;氨氮浓度为4 000 mg·L⁻¹ (TAN≈4 468 mg·L⁻¹)时,累积产甲烷量仅为对照组的39.2%,迟滞期明显延长了7.2 d;高浓度氨氮抑制造成了以丙酸为主的VFAs积累和有机物(蛋白质等)降解不完全,这是COD去除率下降的主要原因;VFAs作为氨氮抑制发生时COD的主要组分,其积累可作为马铃薯加工废水厌氧消化过程发生氨氮抑制的指示因子;马铃薯加工废水中温厌氧消化的氨氮阈值约为3 000 mg·L⁻¹。该结果可为马铃薯加工废水的高效处理与资源化利用提供参考。     

微电场-零价铁-UBF提高有机硫对位酯生产废水同步产甲烷反硝化效能

有机硫化合物对位酯生产废水具有COD高、含硫酸盐和有机硫高以及碳硫比低的特点,针对单一厌氧反应器在处理废水时只能在较低COD容积负荷(OLR)下运行的问题,在提高有机硫对位脂生产废水产甲烷反硝化效能的基础上,采用微电场-零价铁联合方式处理该类废水。实验结果表明:OLR(以COD计)为6.67 g·(L·d)-1,进水COD为20 000 mg·L-1时,复合床的COD去除率为70%,产甲烷率为1.41 L·(L·d)-1,反硝化率为87%,对位脂降解率为74%;在COD/TSO24-(总硫酸盐)为1.57时,COD去除率、产甲烷率和反硝化率可分别能稳定在60%、 1.18 L·(L·d)-1和79%;在COD/TSO24-为0.88时,产甲烷菌受到中等程度的抑制;当COD/TSO24-恢复为1.57时,厌氧系统在7 d后恢复,说明联合系统有很强的恢复能力。综合上述结果,与单一的UBF处理相比,采用微电场-零价铁能显著提高UBF的运行负荷和同步产甲烷反硝化能力,同时也能使反应器承受更低的碳硫比。     

油脂含量和有机负荷对餐厨垃圾干式厌氧消化的影响

为了研究进料油脂含量(5%~25%)和有机负荷(40~60 kg VS/m3)对餐厨垃圾中温干式厌氧消化的共同影响,采用软件Design-Expert 8.0.6设计进料参数,以容积产甲烷率作为响应值,对14组序批式实验的结果进行回归分析,并建立容积产甲烷率与油脂含量和有机负荷间的回归方程。结果表明,当有机负荷为40 kg VS/m3时,甲烷产率随油脂含量的增加而增大;当有机负荷为50 kg VS/m3时,甲烷产率随油脂含量的增加先增大后减小;当有机负荷为60 kg VS/m3时甲烷产率随油脂含量的增加而减小。序批式实验中进料的最佳油脂含量和有机负荷分别为18.7%和42.9 kg VS/m3,对应响应面的理论容积产甲烷率最大值为32.74 L CH4/L。研究结论可以应用到实际工程中,为餐厨垃圾干式厌氧消化技术的推广提供一定的理论基础。     

两相厌氧消化工艺处理鸡粪

以鸡粪为发酵原料,采用序批式两相厌氧消化工艺在中温条件(37℃)下对其进行消化处理。分别将水解酸化相和产甲烷相pH值控制在5.5±0.3和7.0±0.3,通过改变进样含固率(TS)研究有机负荷(OLR)对两相消化系统处理鸡粪过程中污染物转化和去除效果的影响。结果表明,水解酸化相出水总有机碳(TOC)、挥发酸(VFAs)和氨氮(NH4+-N)浓度都随OLR升高而升高。VFAs组成相对稳定,其中乙酸占总VFAs浓度的57%～64%,其次为正丁酸和丙酸。产甲烷相出水TOC和VFAs稳定在较低水平,TOC去除率最大达到90%以上。产甲烷相进水氨氮主要以NH4+形式在反应器内不断积累。实验后期产甲烷相生物气中甲烷体积分数维持在64%上,证明两相消化系统在实验条件下良好运行。     

生活垃圾渗滤液对厌氧颗粒污泥产甲烷活性的影响研究

通过厌氧毒性实验、恢复实验和特征毒性模拟实验,研究了生活垃圾渗滤液对厌氧颗粒污泥微生物产甲烷活性的影响。结果表明,1 000 mg/L氨氮浓度下产甲烷活性均大于85%,说明相应氨氮浓度范围,垃圾渗滤液基质对厌氧颗粒污泥的微生物没有明显抑制作用。恢复实验后活性得到完全恢复,属代谢毒性。模拟废水氨氮浓度大于1 000 mg/L浓度时,开始出现抑制;氨氮浓度大于3 000 mg/L时,有明显抑制,产甲烷活性下降32.1%;相同氨氮浓度下,渗滤液最大活性区间滞后于模拟废水,产甲烷活性也小于模拟废水,存在除氨氮以外的毒性物质的影响。     

厌氧折流板反应器处理高浓度含硫酸盐有机废水研究

采用容积约44 L由11格组成的厌氧折流板反应器(anaerobic baffled reactor,ABR)处理含有机物(COD 4 g/L)及硫酸盐(5 g/L)的模拟制革废水,水力停留时间(HRT)为48 h,容积负荷为2 kg COD/(m3.d),连续运行78d的处理效果。结果表明,稳定运行后对有机物的去除率为30%～40%;硫酸盐的去除率达到60%～70%;各格污泥的产甲烷活性逐级变弱,且随运行时间的延长也有明显减弱的趋势;硫酸盐还原菌菌数(SRB)则随运行时间的延长呈逐步增加后又减少的趋势;硫化物在运行30 d后开始增加,逐渐稳定在150～200 mg/L的范围,但在各格中其浓度并无规律性变化。反应器中的污泥运行40 d以后出现矿化加重现象。     

高固体条件下黑水添加对厨余垃圾厌氧发酵的影响

为探究高固体条件下黑水添加对厨余垃圾厌氧发酵性能的影响,设置了不同黑水添加比例以及不同接种比的发酵实验。结果表明,实验初期各组均出现了快速酸化,调节pH至7.3~7.5并添加缓冲剂后,产甲烷过程逐步恢复正常;添加了黑水的混合发酵实验组的累计甲烷产量相比厨余垃圾单独发酵实验组提升不大,而黑水的添加比例较高时,由于氨抑制作用,造成产甲烷量下降了46.7%;接种比由1下降至0.5时,混合比为3∶1和厨余垃圾单独发酵的实验组累计甲烷产量分别下降了73.2%和38.3%,平均甲烷含量分别下降了47.7%和13.0%。说明高固体、低接种比条件下,加入黑水不能有效改善厨余垃圾的厌氧发酵反应。该研究结果可为高负荷条件下厨余垃圾与黑水2种高浓度家庭有机废物流的资源化处理提供理论参考。     

接种比例和温度对餐厨废弃物厌氧发酵特性的影响

为提高餐厨废弃物厌氧发酵的甲烷转化率和挥发性固体降解率,分别在35℃和55℃条件下,采用批式发酵工艺,考察了接种物与底物的挥发性固体量之比对餐厨废弃物厌氧发酵挥发性固体甲烷产率、挥发性固体降解率、液相末端产物组成和pH值等发酵特性的影响。结果表明,温度和接种比例共同决定厌氧发酵停留阶段,在35℃发酵时接种比例大于50∶50的处理和55℃发酵时接种比例大于30∶70的处理以产甲烷发酵为主,其余以酸化发酵为主;游离氨抑制导致高温组的甲烷含量、挥发性固体甲烷产率和甲烷转化率均低于中温组;发生酸化处理组底物的挥发性固体降解率均低于40%,产甲烷发酵处理组挥发性固体降解率均高于80%。     

上流式厌氧污泥床处理城市垃圾渗沥液的试验研究

采用上流式厌氧污泥床 (UASB)处理城市垃圾渗沥液 ,结果表明 :在水力停留时间为 1～ 6d和容积负荷为 1 5～ 7 8kgCOD/m3 ·d的条件下 ,COD的去除率为 6 0 %～ 85 5 % ,且去除率随水力停留时间的延长和负荷的增加而增加 ;甲烷产量随容积负荷的增加而呈线性增加 ;沼气中甲烷的含量基本在 90 %之上 ;污泥的VSS/SS先由 0 6 2逐渐减小到 0 5 6 ,随后稳定在 0 5 4～ 0 5 8之间 ;污泥的比产甲烷速率一直维持在 0 0 0 35～ 0 0 0 5 3gCODCH4 /gVSS·gCOD·d之间 ;厌氧处理渗沥液的基本动力学常数Ks、μm、Y和kd 分别为 380 7mgCOD/L、0 0 337d-1、0 0 6 6 1gVSS/gCOD和 0 0 0 14d-1。     

垃圾渗滤液发酵产氢和产甲烷特性研究

以实际垃圾渗滤液作为厌氧发酵基质,研究了初始pH为7.0、中温(37℃)条件下的发酵产氢、产甲烷特性。结果表明,利用垃圾渗滤液作为基质发酵产氢或甲烷时,氢气的最大累积产量为24.33mL(以每克COD计,下同),甲烷的最大累积产量为91.59mL,产氢发酵在初期存在明显的迟滞期,但是产甲烷发酵不存在明显迟滞期;产氢发酵的液相末端产物中含有大量的挥发性有机酸和乙醇,乙醇、乙酸、丁酸质量浓度分别为487.23、1 175.21、1 225.78mg/L,相比产氢发酵,产甲烷发酵的液相末端产物中乙醇、乙酸、丁酸质量浓度均较低,分别为256.38、106.73、107.42mg/L;产甲烷发酵的最终pH是6.32,接近中性,而产氢发酵的最终pH为4.21,呈明显酸性;产甲烷发酵对COD的去除率(41.78%)高于产氢发酵对COD的去除率(32.14%),可能是产氢发酵液相末端产物中的乙酸能被产甲烷菌利用,而被进一步降解。     

有机负荷冲击对固定床厌氧反应器启动及古菌群落动态影响

为开发高效率、抗冲击能力强的有机废水沼气发酵技术,以人工配制的糖蜜废水为试材,在不同有机负荷(1.7~6.73 kg/(m3·d))的冲击方式下,对4个炭纤维膜为载体固定床厌氧反应器的启动进行了研究。通过COD去除率、p H、产气量、甲烷含量、变性梯度凝胶电泳(DGGE)、16S r DNA克隆文库技术、实时荧光定量PCR(Q-PCR)等指标和方法,分析炭纤维载体在抵御有机负荷冲击过程中的作用及对微生物定殖的贡献。结果表明,在不同有机负荷冲击下,4个炭纤维载体固定床厌氧反应器在第40天时均启动成功,其产气量稳定在21 L左右,出水p H在6.8~7.5之间,COD去除率在80%以上,甲烷含量在75%以上,其中冲击最大的R2反应器(COD每隔5 d增加5 000 mg/L)的有机负荷是固定床厌氧反应器的一个阈值。附着在炭纤维载体上的产甲烷古菌的多样性丰富,并且繁殖缓慢、容易附着的产甲烷微菌(MMB)的16S rRNA基因浓度最高,反应器中占优势的产甲烷菌是甲烷鬃毛菌(MST)和产甲烷微菌(MMB),说明炭纤维载体对微生物的定殖起到非常重要的作用,提高了污泥活性,从而提高了反应器的性能。     

不同有机物添加接种物产甲烷差异分析

为了解厌氧发酵原料物质大分子有机化合物特性与累积甲烷产生量的关系,本实验采用中温((45±1)℃)厌氧发酵对甲基纤维素、蛋白胨、可溶性淀粉、木质素的产甲烷差异进行了研究。结果表明:4种有机物中蛋白胨累积产甲烷量最多,为120.9 mL CH_4·(g TS)-1,其次为甲基纤维素,木质素再次之,可溶性淀粉累积产甲烷量最少,为61.0 mL CH_4·(g TS)-1。厌氧消化结束后,4种有机物的总固含(TS)均有不同程度的降低,且下降幅度与累积产甲烷量呈正相关;甲基纤维素、可溶性淀粉、木质素处理沼液挥发性脂肪酸(VFA)上升,NH_4~+-N下降,导致其pH值下降,特别是淀粉处理的极度酸化导致其产气时间最短,累积产甲烷量最少;而蛋白胨处理沼液挥发性脂肪酸(VFA)、NH_4~+-N和pH值均升高,但其累积产甲烷量最多。可见淀粉处理消化过程极度酸化对厌氧消化产甲烷的抑制作用远强于蛋白胨处理碱化的抑制作用。     

Ca2+对上流式多级厌氧反应器处理蔗渣渗滤液的影响

研究了上流式多级厌氧反应器(UMAR)处理蔗渣渗滤液过程中Ca2+浓度对反应器运行特性和颗粒污泥性质的影响。结果表明,对于蔗渣渗滤液而言,进水中低浓度的Ca2+浓度(80～300 mg/L)对颗粒污泥产甲烷活性无抑制,COD去除率最高可达93.3%;Ca2+浓度达到500 mg/L以上时,对厌氧颗粒污泥的活性有抑制作用;随着Ca2+浓度进一步升高,抑制作用加强,污泥灰分明显升高,活性成分下降,COD去除效率明显降低,污泥粘结沉积在反应器底部,导致系统内循环出现障碍。因此,在实际生产中应减少废水中Ca2+的引入量。     

低强度超声波预处理对厨余垃圾厌氧消化的影响

以厨余垃圾为研究对象,实验研究产气效率、pH、SCOD、甲烷浓度及生物降解率5个参数的变化趋势,比较低强度超声波处理对厨余垃圾厌氧消化产气特性的影响,结果表明:(1)低强度超声波处理对厨余垃圾厌氧消化产生明显效果,在不同的超声波强度(100、175和250 W)或处理时间(20和40 min)下,产气效率、累计产气量、pH下降幅度、SCOD增加幅度随处理时间和超声功率增加而增加;在超声波强度250 W和处理时间60 min下出现抑制作用;(2)在超声波强度250 W和处理时间40 min条件下,超声波对厨余垃圾厌氧消化增强效果最明显,累计产气量由未处理的3 513 mL提高至5 007 mL,提高42.6%,甲烷气体浓度由51.25%提高至58.8%,生物降解率由58.11%提高至73.5%.     

不同好氧预处理方式对餐厨垃圾产甲烷的影响

为了研究不同好氧预处理方式对餐厨垃圾厌氧消化产甲烷的影响,通过建立3个模拟厌氧生物反应器,研究了传统厌氧生物反应器C1、上层好氧预处理-厌氧生物反应器C2和底部好氧预处理-厌氧生物反应器C3 3种不同操作条件下的产甲烷过程。结果表明,挥发性有机酸的累积使C1始终处于产甲烷滞后阶段;而C2、C3的好氧预处理通过加快易水解酸化组分和过量挥发性有机酸的好氧降解,有效缓解了酸性抑制,产甲烷滞后时间明显缩短至10 d内。第32天C2停止上层曝气后,在27 d内甲烷浓度达到了50%以上,同时,产甲烷速率迅速上升,并在第81天可达到峰值773 mL/(kg·d)。C3在第11天停止底部曝气后,虽然经过22 d的时间甲烷浓度即上升至50%,但之后产甲烷速率经历回落阶段后再次逐渐上升,在实验结束时仅达到517 mL/(kg·d)。上层曝气的好氧预处理方式所需曝气时间相对较长,但其产甲烷启动快,与底部曝气相比,其后期的甲烷化过程更稳定并可达到较高的产甲烷速率。     

有机负荷对ABR处理疫病动物尸骸废水的产酸及产甲烷特性影响

采用厌氧折流板反应器(ABR)处理疫病动物尸骸废水,研究了不同进水有机负荷对其产酸及产甲烷特性的影响。结果表明,进水有机负荷由0.9 g/(L·d)升至8.1 g/(L·d)时,COD最终去除率达87%以上;负荷进一步提高至11.9 g/(L·d)时,各格室中最终VFAs积累总量分别达到4 320、3 420和2 510 mg/L,COD去除率降至61%。反应器内主要产酸类型为乙酸型,其次为丙酸和丁酸,随着负荷的提高,逐渐出现少量异戊酸、戊酸、己酸和异己酸。乙酸平均百分含量随负荷的升高而降低,丙酸和丁酸则反之。当进水负荷为4.6 g/(L·d),3个格室甲烷产率分别达到最大值:0.33、0.32和0.33 L/g。当负荷高于8.1 g/(L·d)时,总VFAs、丙酸和丁酸的积累成为厌氧产甲烷过程的抑制因素。     

氧化铁对不同有机负荷下餐厨垃圾厌氧消化产气的影响

进行了餐厨垃圾(FW)和接种污泥(Ⅰ)基于不同VS比(分别为FW/I=1,FW/I=3,FW/I=5)下的中温厌氧消化实验,对比了不同有机负荷下未添加氧化铁和添加氧化铁对餐厨垃圾厌氧消化产气的影响。结果表明,在FW/I=1时,餐厨垃圾厌氧消化体系的产气情况主要由接种污泥决定,添加氧化铁仅能在较小的程度上促进体系产甲烷能力提升;而在FW/I=3时,添加氧化铁可以帮助餐厨垃圾厌氧消化体系从低速产甲烷过程快速进入高速产甲烷,快速降解有机质实现稳定化;而对于FW/I=5时添加氧化铁可以解除由于有机负荷过高造成的酸抑制并恢复体系的产甲烷能力。因此,在实际应用厌氧消化技术处理餐厨垃圾中可以通过添加氧化铁来提高其有机负荷(OLR),提高处理效率,保证餐厨垃圾厌氧消化的正常运行和促进甲烷的产生。     

基质组分对厨余与污泥共发酵动力学特性的影响

通过厌氧发酵4阶段动力学实验、产甲烷抑制实验及单一VFA的产甲烷动力学实验,探明了厨余和污泥共发酵过程中,典型组分对其潜在的酸积累类型以及甲烷化过程的影响。结果表明,不同基质组分在厌氧发酵过程中的VFA组成比例以及单一VFA的产甲烷化动力学特性,对其产甲烷潜能及速率有着决定性影响。乙酸的甲烷化速率高达44.80 mL·d-1,丁酸略慢于乙酸,而丙酸和戊酸的甲烷化速率不足乙酸的1/2,其中丙酸的延滞期长达1.76 d。因此,产酸类型以乙酸为主的污泥、菜类在产甲烷阶段不存在延滞期;而蛋肉类及油的产甲烷速率受到丙酸、戊酸动力学特性的影响相对较慢。通过调整共发酵基质配比不仅能够提高发酵潜能,还能够优化VFA组成比例,实现较高的甲烷产率及甲烷化速率。