有机垃圾干式厌氧处理连续运行中试实验研究

在自行设计的一套有机垃圾分选、预处理、厌氧处理系统上进行了有机垃圾干式厌氧发酵连续运行中试实验,实验历时70天,通过监测日产气量、累积产气量和pH值,VFA,氨氮、氧化还原电位、碱度等指标的变化、确定了进料量和进料计划,以保证厌氧消化连续稳定运行;通过自行设计的返混系统克服了传统搅拌系统的缺陷;经检测,该系统产生沼气CH4含量55%左右,杂质气体占1%。     

厨余垃圾含固率对干式厌氧发酵工艺在实际工程应用中的影响及控制

随着垃圾分类政策在全国各城市开始实施,厌氧发酵处理逐渐成为厨余垃圾处理的主流工艺投入使用。主要介绍了干式厌氧发酵工艺在厨余垃圾处理工程实践中的设计参数和运行情况。近2年的实际运行结果表明,干式厌氧发酵系统在高有机负荷、高含固率物料下可以稳定运行,VS降解率、产气率等运行指标都能达到设计水平,但是干式厌氧发酵系统对于原料的含固率和VS都有相应要求。通过对运行数据的整理分析,经过物料衡算建立了物料平衡方程,计算出了干式厌氧发酵系统处理厨余垃圾的污泥产率,为项目的稳定运行和今后同类型项目的设计提供了理论设计依据和工程实践参考。     

微量元素对餐厨垃圾厌氧发酵的影响实验

针对餐厨垃圾厌氧发酵效率和稳定性较低的问题,采用CSTR反应器在中温（37±1）℃下探究了微量元素Fe、Co、Ni、Se、Mo、W对餐厨垃圾厌氧发酵的影响。结果表明当水力停留时间为40d,有机负荷为3g/(L·d)时,添加微量元素溶液的处理组和未添加微量元素溶液的对照组的平均甲烷日产量分别为7.1、6.7L/d,两者的甲烷体积分数分别为62.7%和61.6%;当有机负荷为4g/(L·d)时,对照组甲烷体积分数下降为19.5%,而处理组稳定在60%左右,且对照组的pH值由7.35下降为5.24,厌氧发酵失败,而处理组的pH值保持在7.2左右,厌氧发酵仍能稳定运行。实验结果表明,微量元素能够在一定程度上提高餐厨垃圾厌氧发酵的产甲烷效率和稳定性。     

连续干式厌氧发酵中试系统设计与试验

设计了以卧式浆叶轴机械搅拌厌氧发酵罐为核心的干式发酵技术与成套装备.利用该技术建成干式厌氧发酵中试工程.工程包括预处理及进料系统、厌氧发酵系统、沼气净化与贮存、增温保温系统、出料系统等.工艺方案中克服了干式厌氧发酵进出料困难、传质传热不均的难题,实现了连续高温干式厌氧发酵产沼气.中试结果表明,系统运行稳定,产气效果较好,平均有效容积产气率达3.0 m3/(m3·d).     

沼液回流对牛粪厌氧发酵产气特性及其动力学的影响

在中温条件(37±1)℃下采用连续搅拌反应器(CSTR)研究了沼液长期回流对牛粪厌氧发酵过程中产气特性及其微生物动力学的影响,对不同有机负荷下发酵罐运行参数的动态变化进行了持续监测,并进行了相关的动力学分析。结果表明:在水力停留时间为40 d,有机负荷为3.0 g/(L·d)的条件下,将50%的沼液进行回流时,能够提高基质产甲烷率,促进厌氧发酵系统中微生物的合成代谢,但由于难降解物质累积,传质效果降低仍使得回流组日产气量及甲烷产量呈下降趋势,处理组的沼气容积日产气量从1.07 L/L逐渐降至0.83 L/L,降低了22.4%。沼液回流引起了p H值、NH+4-N、溶解性化学需氧量(SCOD)等指标的升高,但未达到抑制水平。回流导致牛粪厌氧发酵产气量下降的最主要因素可能是由于粘度从50 m Pa·s迅速升高至116 m Pa·s而引起的传热传质阻力变大。在以牛粪为原料的沼气工程应用沼液回流工艺时需要合理选择回流比例或在回流前对沼液进行适当的处理来保证工程的长期稳定运行。     

横推流式连续干法厌氧发酵设备设计与试验

我国干法厌氧发酵技术仍然处于试验示范阶段,尤其是连续式干法厌氧发酵技术仍停留在实验室小试阶段。针对上述问题,基于螺旋输送和真空负压出料原理,研究了横推流式连续厌氧干法发酵装置设计方法,并试制1套有效容积180 L的中试设备。该平台主要由螺旋进料、干法厌氧发酵、负压出料、气体净化收集、固液分离、在线控制等单元组成。在牛粪与玉米秸秆干物质混合质量比为3∶1、接种量30%、混合原料总固形物质量分数20%的条件下,分3个阶段启动和调试中试平台,整个调试过程共持续103 d。第1阶段,反应器在室温下运行33 d,平均容积产气率为0.17 m~3/(m~3·d);第2阶段,提升反应器温度至中温38℃,反应器平均容积产气率升至0.25 m~3/(m~3·d)左右,但pH值有明显降低,且沼气中甲烷含量降低;反应器运行68 d后进入第3阶段,通过添加沼液提高接种量,之后反应器的容积产气率快速升高,最高可达0.58 m~3/(m~3·d),此阶段中试装置平均容积产气率为0.48 m~3/(m~3·d),甲烷质量分数稳定在56%左右,混合原料的干物质降解率达到48%以上。结果表明,该横推流式连续厌氧干法发酵平台可实现固体物料的连续进出料和稳定连续产气,达到了设计要求。     

太阳能控温的干湿厌氧发酵对比试验研究

太阳能控温的厌氧发酵具有广阔的应用前景,目前国内外已有研究主要集中在太阳能控温湿发酵过程,尚没有太阳能控温的厌氧干发酵过程研究,为此搭建两套太阳能控温的干/湿厌氧发酵系统,在实际工况下进行批式厌氧发酵,研究太阳能控温下干/湿厌氧发酵启动情况,升温速率,温度波动性,发酵罐热负荷和典型天气下系统内各温度的变化情况。试验结果表明:在太阳辐射为1.2～21.6 MJ/m~2,平均环境温度变化范围为15.2℃～27.5℃的情况下,全玻璃真空管太阳能集热器能够确保干/湿发酵罐正常启动并维持干/湿发酵料液温度37℃±1℃恒温发酵,启动阶段湿发酵罐平均温度一直比干发酵高,温差最高可达2.5℃。增温过程中湿发酵罐平均散热损失比干发酵高0.14～0.27 MJ/d;而在控温阶段当系统经历连续阴雨天时,发酵温度波动不超过1.5℃,说明真空管太阳能集热器控温能力较强,可以满足发酵罐恒温发酵所需热量。     

风光储一体化的配电网研究

为了实现能源的优化利用和系统的稳定运行,对能源管理控制中的能量管理控制方法进行研究,设计以风光储为中心的新型配电系统,本系统包含交流、直流、配电网、风能和太阳能系统,与储能、交直流负荷连接,既可并网运行,也可孤岛运行,系统的拓扑结构利用仿真试验验证了在风速、光强、负荷变化的情况下,储能系统的调节使系统能量稳定流动,直流母线电压保持稳定。     

氨氮对厌氧发酵脂肪酸浓度的影响研究

厌氧发酵技术在有机垃圾处理中的应用越来越广泛,但在工程运行中氨氮的抑制问题比较突出。试验对餐厨垃圾厌氧发酵中的氨氮毒性抑制特性进行了研究,通过设置不同氨氮梯度探讨了氨氮对发酵过程产气量、脂肪酸和碱度的抑制影响。试验证明氨氮可以引起发酵系统脂肪酸的积累,尤其是丙酸的积累会造成发酵过程受到抑制。氨氮浓度较低时,可以刺激厌氧发酵的进行,使发酵产气量增加,当氨氮浓度增高到抑制浓度时,发酵产气量明显减少。反应器的碱度都随着发酵过程逐渐升高,但在高氨氮浓度下,C和D反应器的碱度含量相对较低,不足以缓冲发酵体系的pH值,因此反应器发酵过程不稳定。同时高氨氮污水的产生对后续污水的处理也带来了难度。试验证明发酵系统发生氨氮抑制后很难恢复,运行中应加大对氨氮的监测,通过调节物料进入和注入清水等措施控制氨氮浓度。     

有机固体废弃物渗滤床高温干式厌氧发酵的中试研究

本研究以有机固体废弃物为对象,采用高温渗滤床干式厌氧发酵技术对其进行处理。将经过简单人工预处理的餐厨垃圾和果蔬垃圾,在自制的厌氧发酵装置内进行高温干式厌氧发酵,研究了有机固体废弃物发酵过程中的沼气累计产量、日产气量、pH值变化、氧化还原电位变化、COD变化、VFA变化、氨氮变化以及碱度的变化。结果表明,有机固体废弃物用渗滤床厌氧发酵工艺处理是可行的;减量化效果很明显。该研究为有机固体废弃物的大规模资源化利用提供了设计依据。     

厌氧发酵碱度和有机酸在线监测系统设计与实验

厌氧发酵过程中发酵液缓冲能力不足容易导致系统酸化,碱度是衡量发酵液缓冲能力的重要指标,其在线监测成为控制厌氧发酵过程稳定运行的重要手段。设计了一种基于碱度和有机酸（VFA）联合滴定的在线监测系统,详细介绍了基于LabVIEW的软件系统设计。该系统能够同时测定碱度和VFA,实现了pH值标定、微量液体自动滴定和补充、实时生成滴定曲线、自动分析计算等功能。实验验证结果表明：该系统具有快速测定发酵液碱度和VFA的能力,相对标准偏差基本在5%左右,低于手动滴定值,测定的准确度和精度较高。     

碱法草浆造纸蒸煮黑液厌氧生物降解及其主要微生物类群研究

采用中温(35±1℃)UASB AF相结合的反应器处理碱法草浆造纸蒸煮黑液,设计了两种试验方案。试验方案Ⅰ-碱法草浆黑液酸化后进行厌氧发酵,Ⅰ号反应器内装陶粒。试验方案Ⅱ-黑液用化学法(HCl)去除木质素后进行厌氧发酵,Ⅱ号反应器内装软填料。进行HRT、有机负荷和有机污染物(COD_(cr)、BOD_5)去除效率、沼气产气率相关性试验。在厌氧发酵稳态运行条件下,采用Hungate厌氧操作技术,MPN计数法对UASB AF反应器内厌氧污泥中的主要微生物类群区系组成进行了生态分析研究。     

沼气工程厌氧发酵过程的监测与控制北大核心

沼气工程能够对有机废弃物进行无害化处理和资源化利用,产生清洁能源,近年来受到了越来越多的重视。厌氧发酵过程的可控性与稳定性影响着沼气工程的推广应用。文章通过对沼气工程中厌氧发酵过程的温度、p H值,C/N,水力停留时间和有机负荷率等重要的工艺参数以及挥发性脂肪酸、抑制物浓度、沼气产量与组成、容积产气率和降解率等关键指标进行分析,描述了在厌氧发酵过程中需要监测的参数,进而实现对沼气厂厌氧发酵过程的监测与控制,这对沼气工程实验室监测体系的建立、沼气厂运行稳定性的提高以及厌氧发酵过程的工艺优化等具有重要意义。     

不同粪便交替发酵对固定床厌氧反应器发酵性能的影响

为研究畜禽粪便厌氧发酵产沼气时,不同类型粪便的交替发酵对反应体系性能的影响,进行了牛粪和猪粪这两种最典型粪便的连续交替发酵实验。实验阶段,水力停留时间(HRT)为5天,第1~18天,进料为猪粪,COD先为5000 mg·L-1,后提高到10000 mg·L-1。第19~42天,交替进料为牛粪,COD先为10000 mg·L-1,后提高到15000 mg·L-1。结果表明,进料猪粪时的COD去除率为75%~88%,产气6~9 L·d-1,pH值波动范围大,增大负荷后,罐体容易酸化。而交替成牛粪后的COD去除率下降至60%,产气3~5 L·d-1,pH值经短暂缓冲后迅速恢复稳定在6.8~7.0,罐体耐负荷冲击能力较强,不易酸化。整个粪便交替过程中,产甲烷含量较高,CO2没有积累,菌群结构基本稳定,反应器运行正常,可通过提高负荷得到更高的甲烷产量。     

规模化沼气工程预警监控系统设计与实验

针对目前规模化沼气工程中以挥发性脂肪酸(VFAs)和碳酸氢盐(TIC)质量浓度为指标预警的监测装置自动化程度较低的现状,基于Nordmann滴定法和工业控制计算机,设计了一种可检测厌氧发酵过程中pH值、VFAs和TIC,并根据异常进行修复的自动预警诊治系统。从系统所要实现的功能出发,确定系统开发的总体设计方案,选用Visual Studio 2017软件开发平台,采用C#高级语言进行工控机软件编程,将整个系统分为数据远程传输模块、总控制模块、显示模块、运动控制模块、滴定模块、清洗模块、进样模块、I/O控制模块、数据采集模块等9大模块,不仅可以实现规模化沼气工程厌氧发酵过程的自动监测、预警、运行状态诊断及发送,用户也可远程管理沼气工程的运行。实验验证结果表明,实际鸡粪发酵液的检测准确度和精密度均在95%以上,高于手动滴定结果。     

基于Fluent流场模拟的半干式连续厌氧发酵反应器的设计及中试试验

为实现干清粪便的无害化处理，提高干清粪便的厌氧发酵效率，设计了一款300 m³适合干清粪便的半干式连续厌氧发酵反应器。介绍了半干式连续厌氧反应器的基本构造与工作原理，通过对发酵罐体的结构参数，主要装置部件等设计计算，利用有限元分析进行强度的校核，并利用Fluent流场模拟软件对物料运动状态进行仿真，确定了厌氧发酵反应器结构参数，并进行中试试验。试验结果表明：半干式连续厌氧反应器可在工作过程中维持稳定的工作环境，并且能够迅速将发酵原料进行厌氧消化反应，能够维持平均日产气量在410.6 m³,容积产气率达1.37 m³·m^-3d^-1。针对畜禽干清粪便厌氧发酵来说，半干式连续厌氧发酵更为适合，并且能够维持较高的产气效率，沼气工程整体运行稳定，工作性能可靠。     

规模化沼气工程总挥发酸与碳酸氢盐自动滴定装置

为及时有效地监测和预警厌氧发酵系统的运行稳定性,根据Nordmann滴定法的原理,设计了一种沼气工程厌氧发酵液总挥发酸(VFA)质量浓度和碳酸氢盐(TIC)质量浓度自动滴定装置。本装置以Lab VIEW为平台,可精确测定厌氧发酵液的VFA质量浓度和TIC质量浓度,并能够实现p H计自动标定、自动滴定与补液、生成实时滴定曲线、数据处理与存储等功能。利用该装置对人工配制的混合模拟样品溶液和实际沼气工程的猪粪厌氧发酵液进行滴定试验,结果表明:测定混合模拟样品溶液和实际厌氧发酵液VFA质量浓度和TIC质量浓度的相对标准偏差均在5%以内,结果重复性好,准确度和精密度均比手动滴定法高,可有效避免手动滴定人为误差,提高工作效率,降低劳动强度;装置在连续运行15 h条件下测定结果稳定,运行性能良好,该装置在沼气工程监测和预警方面具有推广价值。     

沼液回流比与有机负荷对秸秆厌氧发酵特性的影响

以混合秸秆为唯一原料,混合接种瘤胃液与污泥,在半连续固态进料反应器中研究不同回流比和有机负荷组合对甲烷产率、发酵特性的影响。结果表明,在6个阶段中,当有机负荷(OLR)为4 g/(L·d),回流比为1∶1时,甲烷平均产率达到了768 m L/(L·d);单位秸秆TS产甲烷量为202 m L/g,具有明显成本优势。当OLR升高到6 g/(L·d)时,VFA积累明显,丙酸质量浓度高达6.54 g/L,并且出现丁酸的积累;该阶段氨氮质量浓度明显升高,达到了632.51 mg/L。固渣中纤维素和半纤维素在第2阶段降解程度最高,降解率达到了88.81%,而水解酶活和产甲烷效率的变化相关。通过三维荧光光谱分析,发现沼液中类酪氨酸产物、辅酶F420及腐殖酸类有机物的变化受回流比和有机负荷的影响,能直接反映产甲烷和发酵特性,而且腐殖酸类物质的积累是产甲烷作用受到抑制的重要原因。因此,合适的回流比和有机负荷对秸秆沼气工程长期稳定运行尤为关键。     

蚓粪对厌氧发酵影响的初步研究

为了探究蚓粪对废水厌氧发酵的影响，在厌氧发酵瓶中加入了质量为废水质量5％的蚓粪，使其与不加蚓粪的发酵瓶在同等条件下进行厌氧发酵，从产气量、pH值、COD降解速度等方面进行了两期的对比研究。试验结果表明在加入蚓粪初始，即第一期，试验组比对照组产气量高，pH值有利于发酵进行，但由于蚓粪的加入，厌氧发酵瓶内废水的COD浓度也增大了，这样会加大前期厌氧反应器运行负荷；而在消除蚓粪本身产气的第二期，发酵产气量、COD降解速度都明显优于对照组。试验结果表明，蚓粪对厌氧发酵微生物有明显的促进作用，沼气发酵反应器中加入5％的蚓粪，可以提高沼气产率与GOD降解速率，使pH值更趋稳定。     

利用PLC和组态软件构建沼气生产自动控制系统研究

针对厌氧发酵生产沼气的工艺特点与控制要求,提出了两级监控系统方案,并进行了系统的总体设计,阐述了系统的软件实现及上下位机之间的通讯。该系统上位机由工业计算机和力控组态软件组成,下位机则采用西门子S7-300系列可编程逻辑控制器(PLC)。通过控制系统的建立,实现了沼气生产的自动、高效和稳定运行。