基于氨氮抑制效应的污泥厌氧产酸

以高含固污泥为研究对象,采用微波协同酸预处理该污泥,然后利用鸟粪石法去除超过相应浓度的氨氮,研究不同浓度氨氮对污泥厌氧产酸的影响。结果表明：氨氮浓度超过500 mg·L-1时可以满足厌氧发酵微生物增殖生长的需要;鸟粪石法去除高含固污泥发酵液中过量的氨氮可以达到提高发酵产酸产量的目的,最高可达6 521.95 mg·L-1;半抑制浓度条件下,发酵过程中NH4+-N对厌氧发酵微生物均有不同程度的抑制,丙酸盐降解菌和异丁酸盐降解菌具有更为明显的抑制作用;未处理条件下可知随着NH4+-N浓度的上升,产氢产乙酸菌群和同型产乙酸菌群不仅受到抑制,且菌群间的互营机制可能也遭到不同程度的破坏。     

废水产氢产酸/同型产乙酸耦合产酸条件优化

为了更好地发挥产氢产酸/同型产乙酸耦合系统在废水厌氧发酵生产乙酸方面的优势,有必要寻找一种简单有效的方法以获得该系统产酸的优化条件.利用经过加热处理并活化的厌氧污泥作种泥,以模拟废水中的葡萄糖为底物,针对发酵时间、底物浓度、种泥浓度、初始pH进行4因素10水平均匀设计实验,得到了乙酸生产指标与产酸条件之间关系的回归方程;也得到了以高乙酸产量为主要目标导向同时兼顾高乙酸产率和高乙酸生产强度目标的优化条件;优化条件实验乙酸浓度比均匀设计中最高乙酸浓度提高20%左右.研究表明,将均匀设计应用于废水产氢产酸/同型产乙酸耦合产酸条件优化,可以避免盲目性,迅速获得满意结果.     

温度和初始pH对农业固体废物暗发酵产氢的影响

以猪粪、鸡粪、玉米秸秆、餐厨垃圾和厨余垃圾等5种农业固体废物为底物,采用修正的Gompertz模型,研究了典型农业固体废物暗发酵产氢动力学和代谢产物变化规律,探讨了不同温度和初始pH条件下的主要产氢代谢途径。结果表明：温度和初始pH对农业固体废物暗发酵产氢具有显著影响;高温组累积产气量和氢气百分含量显著高于中温组。在55 ℃高温且pH为6.0的条件下,餐厨垃圾暗发酵产氢效果最佳,累积产气量和氢气百分含量最大,为1 100 mL和73.58%,最大产氢速率和产氢潜力分别为37.11 mL·h⁻¹和660.30 mL;厨余垃圾暗发酵产氢效果次之,鸡粪产氢潜力最差。在暗发酵产氢末期,以鸡粪为底物的代谢产物的氨氮浓度最高,过高的氨氮浓度可能抑制了产氢过程。VFA分析表明：不同底物和条件下丁酸浓度均最高,且含有少量乙醇、乙酸、丙酸等;暗发酵产氢代谢途径是以丁酸型发酵为主的混合型发酵。通过温度、初始pH等非生物性控制因素的优化调控,显著提高了农业固体废物暗发酵产氢潜力和底物利用效率,为生物制氢的技术研发与工程应用提供参考。     

灭菌预处理污泥及其滤液产氢发酵的比较研究

剩余污泥中的固态物质包含大量的蛋白质和多聚糖等有机质,一直被认为是一种具有潜力的生物制氢原料。灭菌预处理的剩余污泥会释放出大量的有机质,真空抽滤后去除掉污泥中固态物质得到滤液。将预处理污泥与滤液分别作为底物,接种产氢菌Pseudomonas sp. GZ1后产氢发酵。测定2种不同底物发酵反应过程中氢气的产量,以及底物的变化（SCOD、可溶性蛋白质、总糖、pH值）。实验结果表明,利用预处理后的污泥滤液作为底物能够有效提高氢气产量。滤液发酵的产氢量达到了4.44 mg H₂/g COD,比预处理污泥直接发酵提高了近3.3倍。本实验证明污泥中的固态物质在发酵过程中能释放出更多的营养物质,但实际上并不能被产氢菌有效地利用产生更多的氢气,并对其原因进行了探讨。     

餐厨垃圾厌氧干发酵产氢特性及其调控

采用干发酵技术以餐厨垃圾为底物进行产氢实验,比较不同TS(20%、22%、24%和30%)条件下的产氢情况,修正的Gompertz模型能够较好地拟合餐厨垃圾干发酵过程中的产氢情况(R20.97),获得最佳的TS为22%。反应1.5 d后,累积产氢量出现下降,发现反应体系内存在耗氢现象,微生物群落结构显示TS 22%组优势菌属为Lactobacillus。随后,在TS含量为22%的条件下,添加氯仿对耗氢进行抑制。结果表明:添加0.05%的氯仿能够显著提高产氢量,最大累积产氢量为29.66 mL·g~(-1)(TS),是对照组的1.29倍;氯仿添加量为0.05%时,碳水化合物的降解率最高,达到43.07%;氯仿不仅会对耗氢产生抑制,同时也会抑制产氢,适宜浓度的氯仿能够提高餐厨垃圾干发酵产氢,最佳添加量为0.05%;餐厨垃圾干发酵产氢过程为丁酸型发酵,主要的液相末端发酵产物为乙酸和丁酸。     

单室双阳极微生物电解池利用氢发酵废水产氢

为提高微生物电解池(MEC)利用氢发酵废水产氢速率,以丁酸为底物在微生物燃料电池(MFC)中驯化富集阳极产电微生物,采用单室双阳极MEC处理玉米秸秆的氢发酵废水,通过对关键过程参数的优化,实现氢发酵废水高效产氢。结果表明,当外加电压为0.8 V时,产氢速率和玉米秸秆氢发酵废水中COD的去除率分别达到(5.31±0.13)m~3·(m~3·d)~(-1)和(58±2)%。其中,乙酸、丁酸、丙酸、乙醇的去除率分别达到(95±2)%、(76.2±0.8)%、(93±3)%、(98±1)%。与单室单阳极MEC相比,单室双阳极MEC利用玉米秸秆氢发酵废水进行深度产氢的速率提高了1.22倍。此外,MEC生物阳极驯化方式对MEC利用玉米秸秆氢发酵废水产氢具有重要影响。与利用乙酸为底物驯化富集的生物阳极相比,以丁酸为底物驯化富集的生物阳极去除COD的能力和MEC产氢速率都有提高。     

丁酸胁迫对产氢污泥以厨余为底物的产氢影响

采用丁酸对产氢污泥进行胁迫处理,经胁迫后的污泥接种厨余垃圾进行产氢实验,考察丁酸胁迫对提高产氢性能的影响。结果表明,低浓度胁迫能提高产氢污泥的耐丁酸性,从而提高产氢量,而胁迫浓度过高则抑制产氢污泥活性,胁迫浓度呈"horm esis"效应。实验采用的4 g/L胁迫浓度为最佳,反应结束后,丁酸浓度和产氢量分别为8 417.1 mg/L和63.72 mL/g VS,比空白提高了31.3%和114%。产氢过程中SCOD的主要来源是有机酸。对产氢污泥胞外多聚物(EPS)的测定表明,厨余垃圾酸化速率、氢气产生速率和EPS总量成正相关。     

微生物发酵对MFC产电的影响

采用2瓶型微生物燃料电池（MFC）,以葡萄糖为基质,对MFC内发酵产物和参与的细菌进行了分析,探讨了微生物发酵与产电之间的关系。结果表明,以葡萄糖为基质产电的过程中,葡萄糖被发酵成乙酸、丙酸、乳酸3种主要产物。乙酸和丙酸都可以直接被微生物利用产电,乙酸更易被产电微生物利用,且能产出较高电压的电;乳酸需经过进一步发酵转化为丁酸、丙酸和乙酸,丁酸经进一步代谢为乙酸和丙酸后才能被用于产电。在MFC发酵产电中后期,阳极表面生物膜里紧密聚集着大量杆菌,主要有Klebsiella sp.、Citrobacter sp.、Lactococcus sp.、Pantoea sp.以及Proteobacterium近缘菌,而在阳极室污泥中出现的优势菌为Citrobacter sp.、Clostridiales目的细菌、Eubacterium limosum近缘菌。因此,认为MFC产电是由发酵菌联合产电菌通过梯次降解基质、分步利用、协同代谢的结果。     

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。     

木糖高温厌氧发酵产氢的影响因素及两相产氢-产甲烷的能量转化效率

通过批次实验,考查了木糖高温（55℃）厌氧发酵中初始pH（5.0~10.0）和初始底物浓度（2.5~15 g·L-1）对产氢效率、液相产物以及木糖降解率的影响;并进行了两相产氢-产甲烷实验,对比单相产甲烷与两相产氢-产甲烷能量转化效率。结果表明：在初始pH=5.0或初始底物浓度为2.5 g·L-1时无氢气产生,最大产氢率1.31 mol H2·（mol木糖）-1在pH=7.0,底物浓度7.5 g·L-1时获得,同时木糖降解率和累积产氢量分别为97.48%和328.4 mL;其主要代谢副产物为丁酸和乙酸,属于丁酸型发酵。厌氧产氢后末端产物甲烷产率为274.9 mL CH4·（g COD）-1,两相系统能量转化效率达到63.98%,高于单相产甲烷系统的49.39%。     

不同pH条件下剩余污泥厌氧发酵过程中溶出物的释放

对剩余污泥进行厌氧发酵处理可实现污泥中有机质和磷的释放并最终回收利用,而pH是影响厌氧发酵过程的重要因子。为研究pH对厌氧发酵中磷与有机物释放的影响,采用批次实验研究了pH分别为3、5、7、9、10、11时剩余污泥厌氧发酵过程中磷和有机物的释放与转化规律。结果表明,在不同pH下,剩余污泥厌氧发酵过程中发生着有机物与不同形态磷的迁移与转化,酸性和碱性环境下的厌氧发酵液成分的三维荧光结构不同。剩余污泥厌氧发酵过程中,泥相钙结合态磷(AP)在酸性条件下转化为液相磷,有机磷(OP)和大部分铁/铝结合态磷(NAIP)在碱性条件下转化为液相磷;其中, pH为11时,污泥发酵液中磷含量最高。污泥发酵类型为丁酸型发酵,发酵产物以异丁酸为主,其次是正戊酸和乙酸。pH为10时,发酵液中的蛋白质与多糖的总量、挥发性有机酸(VFAs)浓度最高,两者呈现正相关关系;类蛋白和类腐殖酸降解,利于VFAs的积累。     

初始pH对原污泥厌氧发酵产氢的影响

市政污泥（简称污泥）厌氧发酵产氢既可解决污泥的出路问题,又能产生清洁能源--氢气,是一种较为理想的处理处置方式。调节污泥适合的初始pH值能够提高污泥的产氢效率。为了考察不同初始pH值对污泥厌氧发酵产氢的影响,将未经任何预处理污泥（原污泥）的初始pH分别调到2.0~12.0,用于批式实验。研究表明：调节原污泥初始pH,适当条件下能促进氢气的生成。初始pH为强酸性条件时,污泥基本不产氢;初始pH在4.0~11.0,污泥总体产氢量也很低;初始pH=12.0条件下,污泥总体产氢量最高,比产氢率达到3.39 mL·（g VS）-1。不同初始pH下污泥的降解均以蛋白质降解为主。酸性条件下,蛋白质及糖类物质有一定降解;中性条件下,蛋白质及糖类物质都得到较好的降解,浓度均较低;碱性条件下,糖类物质的酸化较微弱,但蛋白质却得到较好的降解,降解蛋白质生成的TVFA由于甲烷菌受到抑制而产生积累。     

厌氧序批式反应器产氢

以啤酒厂废水处理厂UASB中的厌氧污泥为种泥,葡萄糖为基质,研究了厌氧序批式反应器产氢。控制反应器内pH为4.0～4.5,温度为（36±1）℃,水力停留时间为8 h,当进水葡萄糖浓度为4 000 mg/L,容积负荷为12 kg/（m3.d）条件下,该厌氧序批式反应器实现了连续高效厌氧产氢。生物气中的氢气含量约为48%～53%,基质产氢率为1.1 mol/mol葡萄糖,COD去除率为15%～25%,最大比产氢速率为84.5 mol/（kg VSS.d）。液相末端发酵产物中乙醇和乙酸的含量占液相末端发酵产物总量的80%以上,表明该反应器内进行的是乙醇型发酵厌氧产氢。厌氧序批式反应器完全可以实现连续高效厌氧产氢,比较适用于日处理量较小的高浓度含糖废水。     

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。     

耐酸厌氧消化污泥处理餐厨垃圾

采用耐酸驯化的厌氧消化污泥处理餐厨垃圾,在酸性条件下（pH=4．5）,对实验装置容积负荷从1．0kgVS／（m3·d）分9次逐级增加到5．0kgVS／（m3·d）的过程进行了跟踪监测,并较深入地研究了驯化污泥代谢活性和处理效果。实验结果表明,pH4．5的耐酸厌氧消化污泥,最佳投加负荷约为4．5kgVS／（m3·d）,此负荷下容积产气率,CH4含量平均值均达最大,分别为1．68m3／（m3·d）,75．0％。耐酸厌氧消化装置持续增料运行46d,产甲烷菌仍能保持较高的活性,其COD去除率范围为40．4％-75．0％,仍能保持pH7．2时处理效果的65．0％-91．8％,表明在低pH、低碱度下实现稳定的产甲烷过程是可行的。     

不同容积负荷下有机废水发酵产酸和产乙醇特性

采用上流式厌氧污泥床(UASB)反应器,研究了反应器在不同的水力停留时间(HRT)和不同进水容积负荷(VLR)下,高浓度有机废水发酵时产酸产乙醇特性。结果表明,在厌氧反应初期,随着反应器水力停留时间的减少和进水容积负荷的增加,反应器内的pH值降低后稳定在3.81~4.55之间,氧化还原电位(ORP)一直处于波动状态。反应器发酵液中主要成分浓度随进水容积负荷的提高而变化,且乙醇的浓度一直很低。当VLR为9 kg COD/(m3·d)时,乙酸浓度最高,且最高值为961.40 mg/L,当VLR为48 kg COD/(m3·d),乙醇平均浓度升高,最大值为142.98 mg/L。在乙醇平均浓度最大时,反应器稳定的平均产氢速率为887 mL/d。反应器运行前后颗粒污表面泥都有杆状微生物存在,但具有产酸特性的污泥表面胞外聚合物含量相对较少。     

上流式厌氧污泥床反应器处理饮料废水

通过监测西安可口可乐饮料有限公司污水处理站的上流式厌氧污泥床(UASB)反应器,探讨饮料废水厌氧处理过程中COD去除率、沼气组分、氢分压、出水挥发性脂肪酸、产甲烷活性以及污泥形态。结果表明,UASB反应器对饮料废水中的COD去除率达到84.55%,产生的沼气中甲烷组分含量高达74.5%。反应器内的氢分压仅2.5 Pa,为水解发酵和产氢产乙酸过程创造了良好的条件。UASB反应器中污泥具有较高的产甲烷活性,以乙酸、丙酸和丁酸为基质时,最大比产甲烷活性分别为407.14、331.74和241.27 mL CH4/(g VSS·d)。UASB反应器中的污泥形态主要为絮状,甲烷菌中的优势菌为甲烷丝菌,同时存在少量甲烷杆菌。针对该厂UASB反应器中污泥的现状,提出了影响颗粒化的因素和控制措施,为后期的运行和管理提供了参考依据。