市政污泥与高浓度废弃物的厌氧共消化：一种生物质能源净产生的途径

厌氧共消化是一种绿色、实用的回收废弃物中能源的技术。本文介绍了厌氧共消化技术的原理，并介绍了美国佐治亚州F. Wayne Hil水资源处理中心采用油脂废弃物（FOG）和含糖工业废水与市政污泥进行连续流厌氧共消化的实际应用案例。结果表明，厌氧共消化可显著提高甲烷产量达2倍以上，甲烷产量随着高浓度有机废弃物负荷率及厌氧消化反应器停留时间的延长而增加，且COD和VS降解率可保持在合理范围内，经济效益显著。     

投加颗粒活性炭和二氧化锰对剩余污泥厌氧消化的影响

厌氧系统添加碳和金属纳米材料是强化厌氧消化的有效策略.为考察投加GAC和MnO₂对剩余污泥厌氧消化过程的影响,设置了空白组（R0）、GAC组（R1）、MnO₂组（R2）以及GAC/MnO₂组（R3）4组间歇实验,研究GAC和MnO₂的投加对剩余污泥厌氧消化效率、微生物活性和微生物群落结构的影响.结果表明,反应器运行28 d后,与R0相比,R1和R3的产CH₄速率分别提高了68.18%和51.35%,R2的产CH₄量降低了21.25%.GAC和MnO₂的单独或者混合投加,对厌氧发酵过程均有促进作用.Mn²⁺与剩余污泥释放的磷酸盐生成磷酸盐沉淀对厌氧代谢通道的阻塞作用,造成R2产CH₄效率变低.GAC优良导电性、吸附能力和MnO₂/Mn²⁺的催化作用是R3产CH₄效率增强的主要原因.正常代谢条件下,投加GAC、MnO₂和GAC/MnO₂均可以提高污泥厌氧消化系统微生物活性.微生物群落分析表明,GAC和MnO₂促进了产甲烷菌Methanobacterium和Methanosaeta的富集,强化了发酵细菌和产甲烷菌的种间电子传递,促进了剩余污泥厌氧发酵过程和CH₄的产生.     

羽叶金合欢对污泥厌氧消化与氮磷释放的影响

探讨了羽叶金合欢(Acacia pennata)的枝和叶对污泥厌氧消化以及氮磷释放的影响。研究结果表明,添加合欢枝叶都会减少污泥的产气量,产气量由大到小顺序是污泥>枝+泥>叶+泥;添加合欢枝会减少污泥厌氧消化系统中挥发性脂肪酸(VFAs)的含量,尤其是乙酸含量;而添加合欢叶会增加VFAs的含量,并产生乙酸和丙酸抑制;DGGE图谱及测序结果显示,加入合欢叶会增加乳杆菌属的细菌量,当系统稳定时,各组中的产甲烷菌类型相近;添加合欢枝叶均会减少NH+4-N的含量,且促进合欢枝叶中磷的释放。     

Absolute dominance of hydrogenotrophic methanogens in full-scale anaerobic sewage sludge digesters

Anaerobic digestion （AD） is gaining increasing attention due to the ability to covert organic pollutants into energy-rich biogas and, accordingly, growing interest is paid to the microbial ecology of AD systems. Despite extensive efforts, AD microbial ecology is still limitedly understood, especially due to the lack of quantitative information on the structures and dynamics of AD microbial communities. Such knowledge gap is particularly pronounced in sewage sludge AD processes although treating sewage sludge is among the major practical applications of AD. Therefore, we examined the microbial communities in three full-scale sewage sludge digesters using qualitative and quantitative molecular techniques in combination： denaturing gradient gel electrophoresis （DGGE） and real-time polymerase chain reaction （PCR）. Eight out of eleven bacterial sequences retrieved from the DGGE analysis were not affiliated to any known species while all eleven archaeal sequences were assigned to known methanogen species. Quantitative real-time PCR analysis revealed that, based on the 16S rRNA gene abundance, the hydrogenotrophic order Methanomicrobiales is the most dominant methanogen group （〉 94% of the total methanogen population） in all digesters. This corresponds well to the prevailing occurrence of the DGGE bands related to Methanolinea and Methanospirillum, both belonging to the order Methanomicrobiales, in all sludge samples. It is therefore suggested that hydrogenotrophic methanogens, especially Methanomicrobiales strains, are likely the major players responsible for biogas production in the digesters studied. Our observation is contrary to the conventional understanding that aceticlastic methanogens generally dominate methanogen communities in stable AD environments, suggesting the need for further studies on the dominance relationship in various AD systems.     

高温预处理强化污泥与餐厨垃圾共消化

污泥和餐厨垃圾共消化具有提高污泥稳定化的作用,为进一步强化污泥与餐厨垃圾共消化效果,提出高温预处理强化污泥与餐厨垃圾中温厌氧共消化的运行策略,并从宏观和微观2个层面探讨了共消化系统的运行机制。结果表明：污泥与餐厨垃圾经过1 d高温预处理后,其SCOD/TCOD从33.9%提高到65%;中温厌氧消化时的甲烷产率和有机物去除率高达0.54 L/g和78.8%(SRT=20 d)、0.76 L/g和56.6%(SRT=15 d),略高于某实际餐厨废弃物及市政污泥协同处理项目一期的0.53 L/g和53.5%,该项目采用150～170℃高温、1 MPa高压热水解进行预处理;采用Illumina MiSeq测序技术得出水解酸化菌属如Porphyromonadaceae、Draconibacteriaceae、Eubacterium和Romboutsia在高温预处理后的共消化系统中得到富集,促进了系统的水解和产酸过程,为系统中产甲烷菌Archaea提供了丰富的基质,强化了污泥与餐厨垃圾共消化产气效果。     

低温热解油厌氧消化产甲烷条件研究

对低温热解油的厌氧消化条件进行研究,包括新鲜接种污泥的驯化,热解油厌氧消化条件的影响因素和生物质热解参数对最终厌氧消化的影响.通过控制不同热解参数及厌氧发酵参数的方法对耦合过程进行研究.结果表明,新鲜接种污泥经过驯化可以显著提升其对热解油中抑制物的耐受性,进而大幅提升热解油厌氧消化的甲烷产量.中温的培养条件更适合浓度为4%的热解油厌氧消化甲烷化,而高温的培养条件更适合浓度为10%的高浓度热解油.此外,0.85mm生物质粒径、300℃热解温度在下游的消化阶段有更高的甲烷产量.     

剩余污泥与餐厨垃圾协同厌氧消化研究进展

为了推进污水厂剩余污泥与餐厨垃圾协同厌氧消化在工程规模中的应用,提高其能源回收率,系统分析了协同厌氧消化机制、产物类型及其主要的影响因子,综述了协同厌氧消化中直接种间电子传递作用的重要研究进展,并展望了协同厌氧消化的未来研究方向,包括开发高效经济的原料预处理方式,表征基质降解特性,基于多组学联用技术理解微生物代谢调控,缓解消化体系中潜在抑制剂影响,原位耦联其他种类废弃物进一步提升消化性能和稳定性,以期为城镇有机固体废弃物的高效能源回收提供指导.     

典型兽用抗生素对猪粪厌氧消化产甲烷效率及微生物代谢产物的影响

为明晰猪粪厌氧消化过程中抗生素对于反应体系的影响,对3种典型抗生素处理组下猪粪厌氧消化产气潜能、代谢路径及产物进行研究。四环素和磺胺嘧啶处理组的甲烷回收潜能更高,四环素处理组的最大累积甲烷产量可达到60.92~67.00 mL/g TS,磺胺嘧啶处理组可达到55.88~62.13 mL/g TS,均高于对照组58.15 mL/g TS;而土霉素处理组的甲烷产量为42.27~50.43 mL/g TS,仅有16%~19%的COD转化为CH₄。土霉素处理下,水解过程受促进,而产甲烷过程受到抑制。3类抗生素处理均会促进厌氧消化系统中厌氧微生物对溶解性蛋白质的转化,而抑制溶解性多糖的转化;进一步对发酵液中的溶解性有机物(dissolved organic matter,DOM)成分进行分析,发现土霉素处理组中富里酸和腐植酸类代谢产物相对于其他组更少。结果表明:不同种类抗生素对于厌氧发酵系统中厌氧微生物代谢降解产物与路径产生较大影响,进而影响有机物的能源转化及污染物处理效率。     

有机固废沼渣特性及其资源化探究

有机固废厌氧消化是固体废物领域实现"双碳目标"的重要途径,但沼渣处理的"梗阻"问题制约了其应用与发展。通过文献调研大中型厌氧消化工程案例的实际数据,分析了4类典型有机固废沼渣,厨余垃圾、市政污泥、农业固废、城市固废有机组分的基本性质、营养物含量与重金属含量。基于沼渣特性、结合政策与规范标准阐述了国内外沼渣处理模式异同,并探讨了我国沼渣发展的瓶颈与发展方向。最后,从运输距离、规模效益、经济成本、市场渠道、碳排放等方面重点探讨了沼渣传统资源化处置路径与新兴资源化技术的机遇与挑战,旨在为政策制定、技术发展和产业应用提供参考。     

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.