低温短时水热预处理混合及初沉污泥的高温厌氧消化特性研究

以低温短时(90℃、30 min)水热预处理后的混合及初沉污泥为研究对象,分别进行了高温((55±1)℃)厌氧消化连续性试验.研究了该预处理条件下这两类污泥在水力停留时间(HRT)为20 d时的产气量、有机物分解率及物料平衡等,探讨了低温短时水热预处理对提高污泥厌氧消化性能的效果.结果表明:TS约为35 g·L-1的预处理混合污泥与初沉污泥经高温厌氧消化后,投加单位VS的产气量分别为(343.00±9.86)m L·g-1和(365.00±7.61)m L·g-1,VS去除率分别为38.9%和45.8%.COD物料平衡计算结果表明,混合和初沉污泥中分别有33.6%和43.9%的固体有机物被分解转化,生物气中CH4含量均在70%左右.     

麦秆酸预处理后与猪粪混合发酵提高产气量的效应研究

为了研究不同水平的酸处理对麦秆混合发酵过程中各指标变化的影响,本试验通过测定不同醋酸浓度、时间处理后的麦秆与猪粪混合厌氧发酵进程中还原糖、挥发性脂肪酸(VFA)含量,以及p H值变化和甲烷产量,探究各指标的关系并优化得出最佳醋酸处理组合,以期为酸预处理混合发酵实现高甲烷产量提供可靠的理论依据.结果表明,醋酸处理后的麦秆通过与猪粪混合发酵可明显提高甲烷单位产量,增幅为124.28%~207.40%.发酵过程中还原糖、VFA、p H值间相互影响.通过响应面法建立模型,得到醋酸处理的最优组合为浓度3.35%、时间6.75d,最大甲烷单位产量751.97 m L·g-1(以VS计).     

甲烷氧化菌在填埋场覆盖层中的工程应用(Ⅱ):基质选择性及长效性

针对已筛选获得的甲烷氧化混合菌,选取填埋场覆盖土(LCS)、矿化垃圾(AR)和塘渣(TZ)3种填埋场周边易得的材料为供试生存基质,从基质选择性及长效性角度进行了甲烷减排应用条件的探究及使用效能评估.结果表明,在TZ、LCS、AR、TZ-AR和LCS-AR这5种生存基质中,TZ-AR最适合甲烷氧化混合菌的生长,且TZ与AR的复配比例以5∶5为最佳.甲烷氧化混合菌在TZ-AR的粒径≤4 mm和含水率为20%时具有最高甲烷氧化能力.一次性接种甲烷氧化混合菌在静态体系中的最佳使用有效期为31 d.其在接种量为0.08、0.16、0.20 m L·g-1和0.25m L·g-1时甲烷氧化速率无明显差异,从工程应用角度而言,8%的接种量为最佳.     

四环素类抗生素和铜复合污染对猪粪厌氧消化的影响

兽用抗生素和矿物元素添加剂可起到预防动物疾病、促进动物生长、提高饲料转化率等作用,因此被广泛应用于畜禽养殖业。本研究以猪粪中温厌氧消化为研究目标,采用全自动甲烷潜势测试系统,考察了一定浓度的四环素(TC:30 mg·kg~(-1)dry weight,DW)、土霉素(OTC:50 mg·kg~(-1)DW)和金霉素(CTC:15 mg·kg~(-1)DW)对厌氧累积产甲烷量和日产甲烷速率的影响。结果表明,TC、OTC和CTC对猪粪中温厌氧消化累积产甲烷量和日产甲烷速率均有促进作用(累积产甲烷总量提高比例分别为7.9%、0.4%和5.4%)。另外,采用超高效液相色谱-四极杆串联质谱对猪粪厌氧消化前后样品中四环素类抗生素及其代谢产物进行了分析。结果表明,液相中的四环素类抗生素在猪粪厌氧消化过程中得到了明显的去除,去除率达到90%~100%;而固相中只有金霉素和差向异构金霉素有明显的去除效果,去除率分别为41.69%和41.58%。采用Tessier连续提取法对猪粪厌氧消化前后样品中5种形态的铜包括可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化结合态、有机物结合态、残渣态进行了分析,结果表明,猪粪厌氧消化后,可交换态、碳酸盐结合态和铁锰结合态的铜浓度比厌氧消化前分别降低了1%~9%、0.1%~3%、12%~19%,而有机态和残渣态的铜浓度却在厌氧消化后分别增加了15%~35%、1%~2%。厌氧消化后,70%~80%的铜都是以有机铜的形态存在。铜逐渐从不稳定态转化为相对稳定的有机态和残渣态铜,因此,厌氧消化过程使铜从可生物利用态转变为不可生物利用态,趋于稳定化。     

沼气产生菌的低温筛选及其复配研究

采用厌氧培养技术、低温培养技术(8℃)及多种菌群的混合培养技术,分别通过限制性培养基,分离筛选出产甲烷菌(MPB)、纤维素降解菌(FDB)、蛋白酶产生菌(PPB)、硫酸盐还原菌(SRB)以及产氢细菌(HPB),以猪粪、油菜秸秆、牛粪为发酵底物,进行复合发酵沼气试验。结果表明:当MPB、FDB、PPB、SRB、HPB混合比例为4∶3∶3∶1∶2时,甲烷的产量最高,其得率达200.13 m L/L,明显高于未添加复合菌剂时的甲烷产量(仅48.02 m L/L)。     

高斯混合模型下建筑工人高空作业失稳检测方法

为防止施工现场高处坠落事故,实现个性化矫正管理,在考虑个体异质性对运动信号造成的差异化影响基础上,提出一种基于高斯混合模型(GMM)的实时检测方法,可及时识别建筑工人高空作业失稳状态。首先,采用姿态传感器实时采集加速度和角速度数据,以刻画建筑工人的高空作业姿态特征;然后,基于GMM算法,建立建筑工人高空作业的个性化失稳检测模型,获得个性化阈值,以判断姿势失稳状态;最后,通过试验对比基于个体数据集和公共数据集2种方式构建的模型。研究结果表明：生成的个性化检测模型在准确度P、召回率R和综合评价指标F₁值上,均远优于公共数据集模型,具有更好的个性化检测效果。该失稳检测方法能够从工人的作业姿态习惯探究个性化的高空失稳风险,促进差异化安全预控和精准化安全培训。     

碳中和时代下我国能量自给型污水处理厂发展方向及工程实践

基于碳中和背景及污水处理可持续、低碳运行理念,分析了我国污水处理厂不同水质、工艺类型、规模等条件下的能源消耗及能源回收特点,提出了以“碳改向技术+低耗高效复合脱氮技术+污泥厌氧共消化技术+污水热能回收技术+节能降耗技术”的污水处理新模式是实现我国能源自给型污水处理厂的关键,并提出我国污水处理厂实现碳中和应分为“完全能源自给”及“能源供应工厂”两个目标.此外,对基于此背景下建设的北京某再生水厂的理论能源自给情况进行了分析,结果表明,通过节能降耗、引入外源有机物、污水源热泵回收等措施,北京某再生水厂能源自给率由12.2%分别提高至17.1%、21.6%、84.7%.     

不同含固率下零价铁提升厨余垃圾高温厌氧消化产沼体系运行稳定性研究

相比中温（35 ℃）厌氧消化,高温（55 ℃）厌氧消化中微生物代谢活性强,处理效率高,且无害化水平高,适合厨余垃圾的资源化处理及 利用.但由于厨余垃圾易降解,有机质含量高,水解速率快,极易在厌氧消化前期出现酸积累现象,这种现象在高温厌氧消化中更为显著,从而严重制约着高温厌氧消化的应用.本研究探究了零价铁（ZVI）对高温厌氧消化过程酸化现象的消除和控制,并对投加ZVI后不同含固率下 厌氧反应器严重酸化现象缓和效果进行评价.结果表明,高温条件下含固率为4%、6%的反应器在ZVI的促进作用下很快恢复产沼,甲烷产率相较低负荷反应器分别提高了52.05%、10.51%.含固率为8%的投加ZVI反应器在经历一个月的延滞期后也消除了“过酸化”,甲烷含量稳定在60%以上, 甲烷产率达到270.40 mL·g^-1.以加ZVI反应器沼液作为接种物的H-ICS反应器能够降低氢分压,但未能消除“过酸化”.含固率为10%的反应器在反应结束后仍处于酸化状态.高通量测序结果表明,所有外加ZVI的反应器中嗜氢产甲烷菌是绝对的优势菌.在恢复产沼的H-ZVI反应器以细菌Defluviitoga产生的乙酸盐、CO₂、H₂和丁酸转化来的乙酸为底物,嗜氢产甲烷菌Methanothermobacter作为唯一优势产甲烷古菌,与互营乙酸氧化菌Syntrophaceticus相互作用,实现互营乙酸氧化产甲烷（SAO-HM）途径,恢复产甲烷代谢.     

零价铁与磁铁矿促进半干式猪粪厌氧产甲烷的效能与机理研究

本实验探究了相同剂量（5 g·L^-1）的零价铁、磁铁矿和两者的混合物对半干式猪粪厌氧消化过程的影响,重点揭示了零价铁和磁铁矿对甲烷生产的协同促进效能与机理.结果表明,与无添加剂的对照组相比,零价铁、磁铁矿和混合添加剂分别使系统的甲烷产量提高了32.8%、21.8%和35.1%.与单独添加零价铁或磁铁矿相比,混合添加剂对产甲烷的提升效果更佳.零价铁与磁铁矿对厌氧消化的协同促进效应体现在以下4个方面：①能更好地维持低氢气分压环境,推动产甲烷种间电子传递;②可使反应器的总碱度维持在相对较高的水平,提高系统缓冲 能力;③能增加厌氧体系中溶解性铁离子浓度,进一步提高厌氧微生物的活性;④同时富集能够介导种间氢传递和种间直接电子传递的细菌和古菌,提高有机底物转化为甲烷的效率.     

藻酸盐降解菌群强化剩余污泥厌氧消化产甲烷

厌氧消化生产甲烷是实现剩余污泥(WAS)资源化的重要技术,水解阶段是WAS厌氧资源化的限速步骤。WAS中的酸性多糖(如藻酸盐和半乳糖醛酸等)能够与水中Ca2+等二价阳离子形成凝胶类物质,具有维持污泥结构并阻碍微生物水解的作用,被认为是结构性胞外聚合物的主要组分。首先利用藻酸盐为底物经过恒化器培养得到高活性的藻酸盐降解菌群(ADC)。结果表明:投加ADC菌群能够明显提高剩余污泥(WAS)厌氧消化的功能,即在接种比［m(ADC)∶m(VSS)］为0.03 g/g时,污泥的甲烷产量提高了53.6%。进一步分析表明,该菌群对WAS的几种典型有机成分(聚半乳糖醛酸、葡聚糖和酪蛋白等)均具有较好的厌氧降解能力。Illumina Miseq高通量测序结果表明该ADC菌群以拟杆菌属(Bacteroides,96.3%)为主。该成果为强化剩余污泥厌氧发酵产甲烷提供了一种新的微生物方法。