搅拌频率对粪秸高含固率连续产甲烷反应器启动性能的影响

为实现粪秸清洁化、高效化厌氧产甲烷,试验在自制的纤维质物料高含固率连续产甲烷反应器中,以油菜秸秆和牛粪为原料,在中温条件(37℃±1℃)下研究了2个搅拌频率(8 r·min~(-1)和35 r·min~(-1))对该反应器启动阶段产甲烷效率的影响。结果表明,在仅添加牛粪和出料回填的条件下,低频率搅拌反应器(R1)和高频率搅拌反应器(R2)均能在5 d后稳定产气,产甲烷效率没有显著差异。在牛粪和秸秆混合进料、含固率分别为10%和15%的条件下,低搅拌频率会提高反应器甲烷产率,且会使物料在反应器内产生更加明显的空间异质性,反应器上部VFAs浓度显著高于下部。当TS=10%,进料VS为0.46 kg·d~(-1)时,R1的平均比甲烷产率和容积甲烷产分别为123.54 L·kg~(-1)VS_(added)和1.13 L·d~(-1),比R2高11.08%和10.78%;当TS=15%,进料VS为0.69 kg·d~(-1)时,R1的平均特殊甲烷产率和容积甲烷产率分别为94.84 L·kg~(-1)VS_(added)和1.31 L·d~(-1),比R2高11.68%和11.82%。上述研究结果为该反应器利用粪秸在高含固率条件下实现快速启动和高效产甲烷提供了理论依据和工艺参数。     

生活垃圾与餐厨垃圾厌氧消化产气潜能的研究

文章选取固废物生活垃圾与餐厨垃圾中有机垃圾作为研究对象,进行中温批量厌氧消化对照试验。结果表明:生活垃圾与餐厨垃圾原料产气潜能分别为19.36 L·kg~(-1),42.1 L·kg~(-1)。实验中,生活垃圾与餐厨垃圾分别经过67,82天的厌氧消化,得出生活垃圾原料的TS和VS产气率分别为131.54 L·kg~(-1)TS和260.66 L·kg~(-1)VS,餐厨垃圾组TS和VS产气率分别为237.56 L·kg~(-1)TS和405.56 L·kg~(-1)VS。     

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。     

沼液回流对棉花秸秆产甲烷效率及微生物群的影响

试验在中温条件下采用连续搅拌反应器(CSTR)研究了沼液长期回流对棉花秸秆厌氧发酵的影响,对固定进水负荷下的发酵罐运行参数的动态变化进行了持续监测。结果发现:在水力停留时间为15 d,进水有机负荷为4 g TS·L~(-1)d~(-1)的条件下,与未回流组相比,回流组在第153天时产气受到抑制,产气下降了23.1%;pH值在7.1上下波动而未回流组为6.8;氨态氮浓度为108 mg·L~(-1),未回流组在71 mg·L~(-1)左右;粘度由54 mPa·s增至139m Pa·s;VFAs含量高于未回流组,其中乙酸和乳酸积累较为明显。结果表明:一方面,沼液回流提高了反应器有机负荷率及缓冲能力,大大节约淡水资源,同时对产沼气体系产生搅拌作用,节约资源和能源。另一方面,回流组沼液粘度的增加、乙酸和乳酸的积累是其产甲烷率降低的原因,其纤维素分解菌种类较少,但主要产甲烷菌-甲烷鬃毛菌随着乙酸的积累而增长,对稳定沼液回流条件下的厌氧发酵体系起到了重要作用。     

不同温度和有机负荷下猪场粪污沼气发酵产气性能

文章通过猪场粪污半连续沼气发酵试验,研究不同温度(10℃,15℃,20℃,25℃,30℃,35℃)和不同有机负荷条件下的产气性能,评估污染物去除效果,出水p H值,NH_3-N和挥发酸等指标变化特征。结果表明:最大容积产气率取决于温度,在10℃,15℃,20℃,25℃,30℃,和35℃温度下的最大容积产气率分别是0.071 L·L~(-1)d~(-1),0.271 L·L~(-1)d~(-1),1.173 L·L~(-1)d~(-1),1.948 L·L~(-1)d~(-1),2.196 L·L~(-1)d~(-1),2.871 L·L~(-1)d~(-1);此时COD去除负荷分别为0.760 g COD·L~(-1)d~(-1),0.943 g COD·L~(-1)d~(-1),3.053 g COD·L~(-1)d~(-1),4.010 g COD·L~(-1)d~(-1)和4.693 g COD·L~(-1)d~(-1),COD去除率分别为71.8%,82.6%,80.3%,87.9%,88.1%和88.8%。在10℃~35℃温度下,挥发酸浓度均随着有机负荷的增加而增加。在20℃~35℃的高有机负荷阶段,已产生挥发酸积累的现象,但均在1000 mg·L~(-1)以下,未达到抑制浓度;在10℃,当有机负荷1 g TS·L~(-1)d~(-1),挥发酸浓度1000 mg·L~(-1),容积产气率开始下降。     

以水葫芦汁液为基质的内循环厌氧反应器高负荷启动试验及效率分析

为探究内循环厌氧反应器高负荷启动试验,在常温条件下,文章对自行设计的内循环厌氧反应器进行了以水葫芦汁液为模拟废水的高负荷启动试验。结果表明:在启动运行55 d后,进水有机负荷可以达到5 kg·m~(-3)d~(-1)以上,COD去除率达到了93%,池容产气率达到了1.39 L·L~(-1)d~(-1),甲烷含量达到了69%,颗粒污泥粒径达到了4~5mm。通过对比分析,高负荷启动方式较传统的低负荷启动方式效率要高,因此,内循环厌氧反应器的高负荷启动方式是可行的、高效的,为以后内循环厌氧反应器的工程应用提供一种新的启动参考方式。     

猪粪干式沼气发酵中试研究

生猪规模化养殖的发展在局部地区产生了大量猪粪,干式沼气发酵作为一种处理猪粪的技术手段,具备不需要稀释、沼液量少、容易等优势。笔者在已有小试的基础上,进行了为期12个月的猪粪连续干发酵中试。每日产气量,每月沼气成分、进出料的TS,VS,pH值,氨氮等指标的监测结果表明,该中试能正常产气,基本能顺利进出料,大多数月份甲烷含量稳定在53%以上,平均容积产气率为0.162 m~3·m~(-3)d~(-1),平均原料产气率为0.112m~3·kg~(-1)TS,pH值稳定在7.8~8.5之间,游离氨浓度在400 mg·L~(-1)以下基本不存在氨抑制问题,具备工程上推广应用的潜力。但是,由于没有升温保温,该中试的产气效率低,且产气不稳定。     

进料含固率对餐厨垃圾两阶段厌氧消化的影响

试验在中温(35℃)条件下利用主要由800 L高固反应器(HSR),200 L缓冲罐和1000 L升流式固体反应器(USR)组成的两阶段中试厌氧系统对餐厨垃圾进行了处理,比较从1%~10%的不同含固率(TS)对两阶段厌氧系统的COD_(cr),OLR,pH值,VFA,TS,SVI和甲烷产率的影响。结果表明,进料含固率在6%以下时,HSR对餐厨垃圾固体残渣去除效果明显,可以保证进入USR反应器内液体中固体含量小于1.5%,USR反应器COD去除率也同样保持在80%以上,同时产气效率最高达到294 L·kg~(-1)COD_(removal)。当原料TS大于6%时,HSR对餐厨垃圾残渣处理效果偏差,排液TS达到1.8%以上,同时USR反应器COD去除率和甲烷产率也受到影响,出现明显的降低。总体来说,两阶段反应体系进料TS浓度在6%以下时对餐厨垃圾处理效率、固体残渣处理效率和甲烷产率都得到了良好的效果。     

不同牲畜粪便厌氧发酵产沼气性能研究

为提高牲畜粪便厌氧发酵产沼气速率和综合利用率,文章以猪粪和牛粪及其混合物作为发酵原料,在常温条件下(25℃~35℃)进行厌氧发酵产沼气试验。结果表明:猪粪、牛粪及其混合物在发酵65 d内的累积产气量为15.42 m~3,5.33 m~3和11.30 m~3,单位TS产气率为0.33 m~3·kgd~(-1)TS,0.19 m~3·kgd~(-1)TS和0.30 m~3·kgd~(-1)TS,池容日平均产气率为0.16 m~3·m~(-3)d~(-1),0.055 m~3·m~(-3)d~(-1)和0.12 m~3·m~(-3)d~(-1)。猪粪甲烷含量在发酵开始9 d时稳定到50.0%以上,牛粪在发酵开始3 d时即达到57.5%,此后一直在50.0%以上,其混合组在发酵开始4 d时即达到59.7,此后一直在55.0%以上。不同牲畜粪便混合发酵能克服其单独发酵性能的不足之处,也是提高牲畜粪便产沼气速率和综合利用率的有效途径。     

剩余污泥和粪便厌氧消化产气潜能研究

文章选取污泥和粪便作为研究对象,进行中温批量厌氧消化对照试验。结果表明:污泥和粪便的原料产气潜能分别为27.3 m3·t~(-1)和4.1 m3·t~(-1),粪便和污泥厌氧发酵周期较短。以粪便和污泥作为厌氧消化原料的发酵过程中,酸化现象不明显,较快进入产甲烷阶段,发酵后期p H值和氨氮值升高。粪便COD,TS,VS产气率分别为0.16 m3·kg~(-1)COD,0.14 m3·kg~(-1)TS和0.24 m3·kg~(-1)VS,污泥COD,TS,VS产气率分别为0.36 m3·kg~(-1)COD,0.55 m3·kg~(-1)TS和0.62 m3·kg~(-1)VS。     

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。     

牛粪与超声预处理污泥中温混合厌氧消化效果

文章以牛粪和超声预处理污泥为发酵原料,在恒温35℃±1℃及底物浓度为15 gVS·L~(-1)的条件下,采用正常运行的大型沼气池沼液作为接种物,研究不同配比(VS_(污泥)∶VS_(牛粪)分别为1∶0,2∶1,1∶1,1∶2,0∶1)对混合厌氧消化效果的影响。研究表明,在35℃±1℃条件下,超声预处理污泥与牛粪的比例为1∶2时累积产气量高于其他4种比例,VS产气率达到了470.33 mL·g~(-1),甲烷产量在发酵稳定后达到了58.68%。发酵过程中pH值,NH_4~+-N,COD的变化表明了混合厌氧消化能够平衡营养物质,稀释有毒物质,具有协同作用,发酵过程中未出现酸抑制以及氨抑制。进一步研究得出,将超声预处理污泥与牛粪按一定比例混合发酵可以将产气高峰提前,并出现"双峰",提升产气速率,大幅提升了原料的产气潜力。     

秸秆动态厌氧发酵影响因子研究

文章以玉米秸秆为例,研究了搅拌和进出料方式对秸秆厌氧发酵产气潜力的影响。结果表明,对于顶部进料动态厌氧消化装置,适当搅拌可以显著增加产气量,平均池容产气率比不搅拌反应器提高了65.4%。相对于底部进料,"顶部进料-搅拌"方式并没有表现出运行优势,其池容产气率仅提高了2%,并且表现出出渣困难。研究还表明,底部进料方式下秸秆高温(52℃±1℃)动态厌氧消化运行的最高有机负荷为4.71 kg TS·m~(-3)d~(-1)左右,产生的沼气中甲烷含量恒定在45%~47%之间。     

啤酒糟产沼气潜力试验研究

文章以啤酒糟为发酵原料,在厌氧发酵温度35℃±1℃条件下进行序批式沼气发酵试验,发酵历时60 d,总固体TS浓度为6%时,其原料产气率为115 mL·g~(-1),TS产气率为139 mL·g~(-1)TS,VS产气率为149 mL·g~(-1)VS,池容产气率为0.11 mL·mL~(-1)d~(-1)。结果表明,啤酒糟是较好的沼气发酵原料。     

短程硝化液提升市政污泥中温厌氧消化产沼能力的工程试验分析

文章通过控制桂平市污泥处理厂中沼液多级好氧生化系统的曝气量,获得含游离亚硝酸(FNA)的短程硝化液并回流至有效容积为100 m3的中温厌氧反应器,与市政剩余污泥进行联合厌氧消化产沼气.试验结果表明:短程硝化液的加入可显著提高市政污泥中温厌氧消化产酸产气效率.当反应器中HNO2-N浓度为178 mg·L-1时,SCOD的...     

不同浓度和温度下猪场粪水厌氧发酵产气特性及能效分析

该研究以养殖场新鲜猪粪为原材料在不同温度(15℃,20℃,25℃,30℃和35℃)和不同TS浓度(3%,4%,5.5%,7%和8%)条件下进行产气特性研究及效能分析。结果表明15℃~35℃平均池容产气率分别为0.121,0.605,0.615,0.906和1.065 L·L~(-1)d~(-1),甲烷含量分别为42.25%,49.78%,47.25%,52.56%及53.35%。在相同温度条件下,TS越高,COD的去除效率越低。在相同底物浓度条件下,随着温度的升高,COD降解率逐渐增加。在15℃~35℃范围内并没有发生明显的酸化现象,pH值稳定在6~7.5之间。在15℃温度条件下,进料浓度在8%时,pH值最低,为5.8。在15℃~35℃范围内,发酵浓度TS在7%时由拟合方程y=0.0083x~3-0.579x~2+13.23x-95.17 (Adj.R~20.999),得到在20.6℃时产能/耗能的值最大,此时的池容产气率为0.615 L·L~(-1)d~(-1),E/Q为4.0937。     

作物秸秆厢式厌氧消化反应器设计及试验研究

目前,以作物秸秆为原料的沼气工程中存在预处理能耗高、料液分层结壳、混合不均匀、出料困难等问题.该研究采用了自行设计的厢式厌氧消化反应器(CADR),测定了玉米秸秆在中温条件下的沼气产量、甲烷含量以及pH的变化情况.结果表明:玉米秸秆未经C/N调节,只经过简单切割和沼液浸泡两步预处理,即可进行有效的厌氧消化,30 d后进人满负荷运行阶段的产气量为19.94 L·d-1,原料TS产气率为0.495 m3· kg-1,比常规粉碎批式厌氧消化产气率提高了30.75％,pH稳定在6.5 ～7.2之间.采用CADR处理玉米秸秆,启动快速、运行稳定、产气率高.     

接种量对农牧业混合原料干发酵产气性能的影响

为了更高效、环境友好化地利用甘肃省玉米秸秆和甘蓝尾菜等生物质资源,文章研究接种量对混合原料干发酵过程产气性能与启动速度的影响。试验在中温(37℃±1℃)TS为20%条件下,不同数量接种污泥与牛粪玉米秸秆或牛粪甘蓝菜叶混合后的干发酵过程,监测了接种量分别为20%,30%,40%时pH值、氨氮含量、日产气量、甲烷含量、累计产气量和累计产甲烷量等参数变化。结果表明:当接种污泥与牛粪玉米秸秆混合时,接种量40%的混合原料干发酵累计产气量最高,为207.46 L,平均甲烷含量52.2%,日最高产气量为11.76 L,日平均容积产气率为1.09 L·L^-1;当接种污泥与牛粪甘蓝叶混合时,接种量为30%的混合原料干发酵累计产气量最高,为159.96 L,平均甲烷含量47.8%,日最高产气量为8.90 L,日平均容积产气率为0.84 L·L^-1;除20%接种量与牛粪玉米秸秆混合试验组第3天才开始产气外,其余干发酵均在第1天就开始产气;由于接种污泥的缓冲作用,所有厌氧干发酵过程中氨氮含量一直低于1500 mg·L^-1,没有发生厌氧反应被抑制的现象。混合原料恒温干发酵可以实现生物质资源更合理的应用。     

猪粪干式厌氧消化系统稳定性及其耐氨氮机制分析

随着我国畜牧业快速发展,畜禽粪便量激增,已经成为许多城市及农村的新兴污染。文章采用牛粪消化液为接种物,在中温(36℃)条件下,对猪粪进行了干式厌氧消化中试试验,旨在探索其最佳的进料量、系统稳定性和潜在的氨抑制问题。研究结果表明,当进料量为600 kg·d~(-1)时,沼气产量,甲烷含量,VS降解率,物料产气率,甲烷产率分别为45~55 m~3·d~(-1),62%,50%,117~143 mL·g~(-1)VSd~(-1),72~88 mL·g~(-1)VSd~(-1)。从综合产气率和VS降解率两方面评价,当进料量为600 kg·d~(-1),该干式厌氧消化中试系统运行稳定、处理效率高,并可获得较好的产气效果。在该条件下,氨氮与游离氨浓度与系统产气性能没有直接线性关系,且在浓度分别高达5000 mg·L~(-1)和1100 mg·L~(-1)时系统没有明显的抑制作用,因为系统内的微生物尤其是产甲烷菌在高浓度氨氮的环境下受到一定程度的驯化,对高浓度氨氮有了更强的抵抗力。     

冬瓜皮特征成分及厌氧发酵处理可行性研究

为考察冬瓜皮厌氧生物处理的可行性试验,试验首先对冬瓜皮的特征成分进行检测分析;其次,在中温条件下,对冬瓜皮进行厌氧发酵产气特性试验研究。理化性质检测结果显示,冬瓜皮中的碳氮比为16.4∶1,挥发性物质(VS)约占干物质(TS)45.05%,理论上讲,冬瓜皮不太适合厌氧生物法处理;厌氧发酵试验结果表明,冬瓜皮的厌氧发酵产沼气潜力比较高,即单位原料质量产气量达0.379 L·kg~(-1)TS,最大产甲烷速率为0.015L·kg~(-1)TSd-1,但是从产气成分看,甲烷含量明显偏低,最高只有39.7%。从文章研究综合分析,冬瓜皮不适宜厌氧发酵生物处理。