蔬菜类废弃物甲烷发酵的产气潜能及过程特征

蔬菜废弃物具有适合厌氧发酵的特性。采用Batch实验方法,对5种常见的蔬菜废弃物的产气潜能进行研究,并在此基础上进一步对厌氧发酵过程限制性步骤及物质转化特征进行分析。研究结果表明:5种蔬菜废弃物累积产甲烷量在发酵0～10 d内增加较快,土豆和白菜废弃物产甲烷潜能最大,分别达到102 mL·g-1(VS),和83 mL·g-1(VS),而黄瓜废弃物的甲烷化潜能较低,只有35 mL·g-1(VS)左右。动力学参数拟合表明:土豆和白菜废弃物厌氧发酵水解、酸化、乙酸化和甲烷化各过程转化速率都明显高于其他废弃物,并且各过程最大转化潜能也较其他类蔬菜高出2倍之多。厌氧发酵限制性步骤分析表明,快速水解生成的SCOD不能有效地转化为VFAs,限制了白菜废弃物厌氧消化的后续转化,而VFAs的累积则是胡萝卜、黄瓜和土豆废弃物厌氧发酵的限制性步骤, SCOD以及VFAs同时累积是茄子废弃物发酵过程的显著特征。对各物质发酵过程物质转化特征分析表明,各废弃物由于4 d以后甲烷菌对乙酸的利用减慢,导致丙酸向乙酸的转化减慢而发生累积现象,10 d以后由于产酸过程的减弱,累积的丙酸盐逐渐转化。     

猪粪与酒糟混合厌氧发酵的产甲烷和三元pH缓冲体系特征

以猪粪和酒糟为发酵原料,考察了5种混合比例（猪粪与酒糟总固体含量（TS）比100:0、95:5、90:10、80:20、50:50）下混合厌氧发酵的产甲烷特性,并研究了其三元pH缓冲体系特征。结果表明,混合比例显著影响猪粪与酒糟混合发酵的甲烷产率（P-1（VSadded））,比纯猪粪厌氧发酵的甲烷产率提高了6.2%。纯猪粪、猪粪与酒糟TS比为95:5的2组累积产甲烷量符合修正Gompertz方程(R2=0.993 3; R2=0.989 6),无明显滞后期。酒糟含有的大量硫酸盐影响了甲烷产量。VFAs-氨氮-TIC三元pH缓冲体系特征的研究结果表明,由于酒糟的碱度严重缺失,酒糟添加量过大时,体系偏离合适的pH缓冲区域,体系酸度过高,抑制了厌氧发酵的进行。     

脂肪酶对餐厨垃圾厌氧产气的影响

在序批式厌氧反应器中探究了脂肪酶对餐厨垃圾厌氧消化的影响,结果表明脂肪酶能强化甲烷的积累量,且最佳的脂肪酶投加量为0.4 g·L-1,相应的甲烷积累量为356 mL·g-1 VSS,该数值是空白对照组的1.3倍。进一步机理研究表明脂肪酶能够促进溶解性COD的释放,提高生物脱氢酶的活性而减少长链挥发性脂肪酸的积累,进而提高甲烷的积累量。     

城市餐厨垃圾前处理的工艺优化

为提高餐厨垃圾资源化,利用自动化分选设备组合处理餐厨垃圾,考察餐厨垃圾快速减量化和资源化的可行性,对自动化分选前后餐厨垃圾成分进行分析,发现分选前其总量为243.05 t·d-1,TS为12.69%,VS为93.26%,分选后总量为242.00 t·d-1,TS为10.97%,VS为91.93%,其有机物含量稳定,利于厌氧发酵处理的工艺控制;对分选后餐厨垃圾进行厌氧发酵处理,考察其pH和NH4+-N变化,发现反应初期pH值出现弱酸性,NH4+-N浓度较低;随着反应进行,pH稳定在7.6~7.8,NH4+-N浓度约为1 200 mg·L-1左右。最后对厌氧发酵产气量进行考察发现,反应前期受到pH、NH4+-N以及温度等反应条件影响,产气量和甲烷含量较低;随着实验趋于稳定,产气量为22 000 m3·d-1左右,甲烷含量范围在65%~72%。结果表明,使用新型餐厨垃圾预处理设备,其分选效率较高,能提高后续厌氧发酵产气量和甲烷含量,较大程度实现餐厨垃圾资源化。     

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。     

污泥预处理强化厌氧水解与产甲烷实验研究

污泥传统厌氧消化因水解瓶颈而导致有机物转化甲烷产率低下。选择适当工况对污泥实施预处理可同时实现对污泥中木质纤维素破稳和污泥微生物细胞破壁,从而释放出较多溶解性COD(SCOD),使有机物水解变得容易进行,最终导致甲烷产率大幅提高。本研究通过热水解(T=150℃,t=30 min)、超声波(P=500 W,t=2 h)、碱解(pH=13,t=2 h)和酸解(pH=2,t=2 h)等4种预处理方式对原污泥实施最优工况预处理,分别获得了50.9%、39.1%、31.0%和22.4%的COD溶出率。对预处理后污泥进行传统条件下(SRT=20 d)厌氧消化,分别获得了53.6%、40%、26.8%和24%的甲烷产率(mL/g VSS)增量。同时,预处理后污泥中木质纤维素类物质降解率亦大大增加。缩短SRT(10 d)会导致传统厌氧消化甲烷产率急剧减少,但是,污泥预处理却非常有利于甲烷产率的提高,因此可通过外在预处理方式来逾越内在厌氧水解的瓶颈。     

电弧流溶胞技术促进污泥厌氧消化

为提高污水厂处理污泥时的厌氧消化速率,利用电弧流溶胞技术处理剩余污泥,研究电弧流溶胞技术对污泥破解预处理效果的影响.实验结果表明,与未经预处理的污泥相比,电弧流溶胞处理能够明显提高污泥厌氧消化效率,增加有机物含量和沼气产量.其中,经处理后的污泥TS、VS剩余量分别降低了8.3%和6.3%,COD增加了11.9%.厌氧系统平均产气量平均增加79.76 L/d,增加率45.82%,甲烷含量增加1.03 L/d,增加率102%.由此说明,电弧流溶胞技术可以提高厌氧消化反应中有机物的去除率,有效促进厌氧消化中污泥的水解过程,显著增加甲烷气体的产生量.在综合考虑运行费用和污泥消化效果的前提下,采取适宜的电弧流强化处理措施有一定的积极意义.     

纳米Fe3O4对污泥厌氧产沼气性能的影响

对采用共沉淀法制备的纳米Fe₃O₄颗粒进行表征,并探究在中温(35 ℃)厌氧消化过程中纳米Fe₃O₄浓度对产气性能的影响。结果表明:纳米Fe₃O₄浓度为100 mg/L时可使厌氧体系中的氨氮浓度维持在600~1 200 mg/L,pH为7~8,TCOD_Cr以及SCOD_Cr去除率分别提高了8.35%和9.90%;该浓度下厌氧体系中产生的挥发性脂肪酸(VFA)浓度最大,可达4 300 mg/L,且强化了对乙酸的利用;该试验组的产气性能最好,相对于空白组,其累积产气量提高了28.08%,产气周期缩短了2 d,甲烷浓度提高了6%。     

水热+厌氧消化对污泥碳、氮、磷溶出的影响

研究了水热预处理和厌氧消化联合作用时温度对污泥中碳、氮、磷溶出的影响。结果表明:水热处理温度越高越有利于污泥中碳氮磷的溶出,当水热温度为200 ℃时,SCODCr的溶出率较原泥提高了5.9倍;氨氮和总氮的溶出率分别提高了7.2和8.7倍;磷酸根和总磷的溶出率分别提高了0.2和6.1倍。厌氧消化后污泥中碳磷浓度下降,而氮浓度上升。厌氧消化后累积产气量与水热温度有关:当温度为160 ℃时,最大累积产甲烷量为12 223 L/mg-CO D C H 4 (以每mg COD的产甲烷量计),较原泥提高了14.5倍。根据试验结果,提出了从水热和厌氧消化污泥中回收氮磷的策略,即水热处理污泥后可在污泥清液中投加镁源进行磷的回收,厌氧消化中溶出的氮可通过加入吸附材料进行吸附回收。在污泥中氮磷资源回收的同时,可通过水热过程提高污泥厌氧过程中累积产甲烷量。     

微好氧预处理对市政污泥厌氧消化产甲烷的影响

针对目前市政污泥处理资源化与减量化效率低的问题,利用微好氧预处理技术进行预处理,提高其甲烷产量。利用有机物溶出效率、VSS减量、甲烷产量3项指标对预处理效果进行了评价;研究了不同参数条件下微好氧预处理对市政污泥厌氧消化产甲烷的影响;探讨了微好氧预处理对污泥胞外聚合物的影响。结果表明,微好氧预处理可以促进污泥溶解性有机物释放、提高VSS去除率;在最佳反应条件下(曝气强度0.30 m³·(min·m³)⁻¹、预处理时间12 h),相对于未经过预处理的工况,甲烷产量可提高26.77%;微好氧预处理对剩余污泥活性细胞的影响主要发生在胞外聚合物部分,同时也存在对活性微生物的破解作用。市政污泥经过微好氧预处理后,可有效提升后续中温厌氧消化或高温厌氧消化的甲烷产量。