奶酪乳清、牛粪和菌糠厌氧共消化产甲烷性能

文章以奶酪乳清、牛粪和菌糠为底物,对3种原料进行不同混合配比,研究不同混合比例下厌氧共消化产甲烷性能。试验结果表明:奶酪乳清与牛粪混合比为85∶15时得到最大甲烷产率为313±11 mL·g^(-1 )VS,奶酪乳清的添加会促进牛粪的产甲烷性能,而牛粪的少量添加亦能提高奶酪乳清的产甲烷性能;奶酪乳清与菌糠混合比为15∶85时得到最大甲烷产率为722±16 mL·g^-1VS,菌糠的添加能够提高奶酪乳清的产甲烷性能,而奶酪乳清的添加对菌糠厌氧消化有一定的抑制作用;牛粪的少量添加能够促进菌糠的厌氧消化性能,并在混合比15∶85时实现最大甲烷产率为773±16 mL·g^-1VS;当3种原料混合共消化时,在奶酪乳清、牛粪和菌糠混合比为10∶10∶80下,实现最大甲烷产率为763±12 mL·g^-1VS。     

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。     

法国梧桐落叶厌氧消化产沼气潜力及动力学研究

文章以法国梧桐落叶为原料,在35℃±2℃的中温条件下进行批式厌氧消化试验,发酵原料VS(挥发性固体)浓度设为2%,运行时间为50 d。结果表明,发酵过程中p H值先下降后上升,最后稳定在7.25左右,VFA呈先上升后下降的趋势,最终低于500 mg·L~(-1)。氨氮含量最高达700.4 mg·L~(-1),未出现氨氮抑制,SCOD整体呈现下降趋势,发酵结束时在1000 mg·L~(-1)以下。法国梧桐落叶TS(总固体)产气率为313.65 m L·g~(-1),VS产气率为356.76m L·g~(-1),TS和VS降解率分别为28.36%和33.41%,累积产甲烷量为8628.50 m L,单位原料甲烷产率为148.92m L·mg~(-1)。以修正后的Gompertz方程对厌氧消化过程进行动力学拟合,方程相关系数为R~2=0.9965,修正后的Gompertz方程能够真实地表征法国梧桐落叶厌氧消化过程。     

醋渣和芦苇混合厌氧消化产气潜力测定

文章考察了醋渣和芦苇的混合厌氧消化产气潜力,以4%NaOH预处理前后醋渣、芦苇、两者混合物料进行厌氧消化实验,并对实验结果进行了方差分析和修正Gompertz方程曲线拟合。结果表明:醋渣和芦苇有较好产气潜力,日产甲烷含量均可达58%,单位VS产沼气量为286 m L·g~(-1)VS和331 m L·g~(-1)VS,二者的混合发酵TS和VS去除率可达45.9%和48.9%;与未预处理的醋渣厌氧消化相比,用4%Na OH预处理醋渣,或将醋渣与芦苇混合,或醋渣-芦苇混合后再用4%Na OH处理,其厌氧消化均能明显提升产气性能。可使T90分别缩短4天,6天和10天,单位VS产甲烷量提高30.6%,29.0%和53.2%,TS(VS)去除率提高18.7%(25.0%),38.4%(15.3%)和56.0%(32.2%)。     

酸化处理提高玉米秸秆厌氧消化性能及其优化研究

为了提高木质纤维素的水解效率,酸化相的出料被用来提高玉米秸秆的厌氧产甲烷性能,文章利用单因素方法考察了原料负荷、酸化时间和接种量对挥发酸浓度(VFAs)的影响,采用响应面方法对玉米秸秆酸化相水解产酸构建二次回归模型进行优化,然后将酸化相出料接种厌氧污泥后进行产甲烷试验,比较酸化后玉米秸秆的甲烷产率,得出挥发性脂肪酸产率和甲烷产率关系的数学模型。结果表明,酸化时间为5 d,接种比为6,有机负荷为50 g TS·L~(-1)时产酸效果最优,VFAs产率为270. 50 mg·g~(-1)TS。3个因素对VFAs产率的影响依次为接种比有机负荷酸化时间。在最优酸化条件下甲烷相出料的系统稳定性好,甲烷产率为285. 97 m L·g~(-1)TS,比未处理组提高了81. 52%,回归性分析结果表明甲烷产率与VFAs产率有较高的相关性。因此,水解酸化可以明显提高木质纤维素的降解效率和甲烷产率。     

氨水与冻融复合改性玉米秸秆对其高温厌氧消化过程的影响

文章采用CSTR高温反应器进行改性玉米秸秆厌氧消化实验,观察3个有机负荷(1.6,1.8和2.0 g·L~(-1)d~(-1))阶段下高温厌氧消化产甲烷性能变化和过程指标变化。实验结果表明,氨-冻融组玉米秸秆高温厌氧消化产甲烷性能最好,其单位VS产甲烷量在3个有机负荷条件下分别为314,309和306 mL·g■,比未处理组分别提高了16.1%,19.3%和22.6%,比水-冻融提高了8.9%,10.6%和13.8%。且随着有机负荷的提高,3个高温系统厌氧消化过程指标(挥发性脂肪酸、pH值、氨氮、碱度和溶解性COD)值呈现出了一定的规律,且稳定性均良好,其中,氨-冻融组厌氧消化系统过程中氨氮值为658～1148 mg·L~(-1),未达到抑制值。因此,对于工程应用来说,氨-冻融复合改性可作为提高玉米秸秆厌氧消化产甲烷量和生物降解性的一种重要方式。     

番茄茎叶与牲畜粪便协同厌氧消化性能研究

为确定番茄茎叶与牲畜粪便混合物料的协同作用对厌氧消化产甲烷的影响,文章研究了中温(37℃±1℃)和固体质量分数为12%时,牛粪或猪粪与番茄茎叶按挥发性固体比例(1∶0,3∶1,2∶1,1∶1,1∶2,1∶3,0∶1)混合厌氧消化产甲烷性能。结果表明:添加高比例的牲畜粪便对甲烷产量具有明显的协同促进作用。当牲畜粪便与番茄茎叶混合比例为3∶1时,甲烷产率和累计甲烷产量达到最大值,猪粪混合组分别为294.41 mL·g~(-1) VS和16087mL,较牛粪混合时分别提高了23.84%和10.79%。牛粪或猪粪与番茄茎叶混合厌氧消化协同作用值分别为-9.97%~25.48%和-7.05%~20.34%,混合比例为1∶3时产生了拮抗作用,甲烷产量分别降低了9.97%和7.05%。修正的Gompertz方程能较好反映物料混合厌氧消化产甲烷过程,拟合结果的R2在0.9855~0.9989之间。     

生活垃圾与人粪便不同比例混合对厌氧消化过程的影响北大核心

文章以城市有机生活垃圾和人粪便为发酵原料,研究不同原料配比1∶1(T1),2∶1(T2),3∶1(T3)对厌氧消化产气过程和消化效率的影响,结果显示:单位干物质累积产气量,T1组最高,达116.57 mL·g^(-1),T2和T3组分别为96.81 mL·g^(-1),77.69 mL·g^(-1);产气延滞期,T1组在初次产气之后再无二次产气高峰,T2和T3组分别在第6天,第10天,出现产气高峰,产气量分别达45.56 mL·g^(-1)d^(-1),39.41 mL·g^(-1)d^(-1);T2,T3组TS降解率较高,分别达31%,33%,T1组为26%,T1,T2,T3组VS降解率分别为39%,44%,55%,以期为生活垃圾与粪便进行混合厌氧消化生产实践提供科学依据。     

易腐垃圾干法厌氧沼气工程工艺运行分析

文章对近1年来厦门市生活垃圾分类处理厂厌氧沼气工程的工艺、生产运行状况进行了分析和汇总,结果表明:水平推流式干法厌氧发酵工艺适合易腐垃圾厌氧消化和沼气生产。该型发酵工艺进料适应性广,易腐垃圾TS 20%~53%,VS 40%~70%均可正常进料;运行固含量20%~28%,运行有机负荷率(OLR)达到12 kg VS·m~(-3)d~(-1);平均容积甲烷产率约3.2 Nm~3·m~(-3)d~(-1),有机质降解率(ηvs)60%~70%,有机干物质甲烷产率平均约300 Nm~3·t~(-1)。确定了易腐垃圾在pH值7.5~8.3,VOA/TAC 0.4~0.6,乙酸含量100~1500 ppm条件下,工艺运行稳定、甲烷产率高。     

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。     

绿化废弃物与污水污泥混合比对污水污泥厌氧消化性能的影响

文章以污水处理厂污水污泥和干湿绿化废弃物(Gd,Gw)为研究对象,采用中温(35℃)共厌氧消化的方法,研究了干湿绿化废弃物与污水污泥(S)VS混合比分别为1∶2,1∶3时,与单纯污水污泥厌氧消化相比,在产甲烷量和溶解性有机物转化率上的差异,明确添加绿化废弃物对污水污泥厌氧消化性能的影响。研究结果表明,在相同VS条件下,绿化废弃物与污水污泥混合体系的甲烷产量与有机物转化率均明显高于单纯污水污泥体系;不同混合比对绿化废弃物和污水污泥共厌氧消化的甲烷产量有明显影响,且相同VS混合比的湿绿化废弃物较干绿化废弃物产甲烷量高;湿绿化废弃物与污水污泥VS混合比为1∶2时,混合体系单位VS累积产甲烷量最高,达291.58m L·g-1VS,较污泥单独厌氧消化提高了14.29%,较相同VS混合比干绿化废弃物提高了6.27%;最优产气工况Gw∶S为1∶2时,SCOD和溶解性碳水化合物、溶解性蛋白质和VS的转化率较污泥单独厌氧消化分别提高了2.28%,10.22%,16.89%和14.70%。由于添加绿化废弃物后,混合体系相比单独污水污泥系统,提高了有机物转化效率,是其产甲烷量较高的根本原因。     

回流对餐厨垃圾和稻草混合两相厌氧消化的影响

文章以餐厨垃圾和稻草为原料,研究了不同进料负荷和回流对半连续式两相厌氧消化产气及系统能量平衡的影响。试验结果表明,不回流的酸化相(A1)和甲烷相离心液回流的酸化相(A2)的产酸量随着负荷的提高而显著增加,其对应的甲烷相(R1,R2)的日产甲烷量随着进料负荷的提高也逐渐增大。在酸化相中,当进料负荷为10 g VS·L-1d-1,水力停留时间为10天时,A1和A2的产酸量同时达到最大,分别为30583 mg·L-1和47559 mg·L-1,A2比A1的产酸量提高了55%。在甲烷相中,当负荷为4 g VS·L-1d-1时,R1,R2的单位VS产气率达到最大,分别为0.43 L·g-1VS和0.51 L·g-1VS,R2比R1单位VS日产甲烷率提高了18.6%。     

碱预处理提高剩余污泥厌氧产甲烷性能研究

文章针对剩余污泥细胞壁难打破、水解难,厌氧消化产甲烷效率低的问题,采用中温批式厌氧消化实验探讨了不同浓度碱预处理对其产甲烷性能的影响。结果表明采用0.1,0.5和1.0 mol·L~(-1)的NaOH对污泥在厌氧消化前进行预处理,可有效促进污泥胞内有机物溶出,使可溶性COD含量比对照组分别提高了1.5倍,2.2倍和3.5倍。0.1和0.5 mol·L~(-1) NaOH预处理的污泥甲烷产量分别为170.8和253.6 mL·g~(-1)VS_(added),比对照组分别提高了101.7%和199.4%。动力学模型参数表明,0.5 mol·L~(-1) NaOH预处理的污泥的水解速率常数和最大产甲烷速率分别为0.091 d~(-1)和15.13 mL·g~(-1)VS·d~(-1),均明显高于其他处理组,另外该预处理组厌氧消化的延滞期由对照组的2.5 d缩短至1.2 d,说明碱预处理促进了污泥的水解和缩短了厌氧产甲烷过程启动周期。     

沼渣水热炭添加对猪粪中温厌氧消化的促进作用

为探明沼渣水热炭添加对猪粪中温厌氧消化产气的影响,该研究以190℃水热炭化制备的猪粪沼渣水热炭(H-190)为研究对象,采用批次发酵实验,探讨H-190添加对猪粪中温(37℃)厌氧消化产气特性的影响。结果表明,TS=4.0%的猪粪中温厌氧消化系统中,添加H-190后系统的平均产气量和产甲烷量分别为313.07和191.35 m L·g~(-1)VS,较纯猪粪处理提高了29.81%和26.22%;而TS=8%的体系中,添加H-190后,二者分别为233.59和145.00 mL·g~(-1)VS,较纯猪粪处理提高了12.08%和13.39%。添加H-190可提高TS=4%猪粪中温厌氧发酵系统的消化效率,缩短厌氧消化的延滞期,但对TS=8.0%的系统则相反。沼渣水热炭优良的表面特性是缓解猪粪厌氧消化过程中中间代谢物质的抑制、促进微生物间的电子传递、提高系统消化产气和产甲烷的主要原因。该研究对养殖场粪污厌氧消化高效处理具有工程指导意义。     

污泥接种率对厨余垃圾糖化残渣沼气发酵的影响研究

该课题组根据厨余垃圾的特性,采用乙醇-甲烷组合发酵,即糖化分离后,糖化液进行乙醇发酵,糖化残渣进行沼气发酵。文章采用厨余垃圾糖化残渣(简称糖化残渣)作为发酵原料,接种消化污泥进行厌氧消化。在接种污泥:糖化残渣(以VS质量计,简写ISRs)=0.5,1.0,2.0,3.0条件下监测了发酵过程中的甲烷产量、有机酸含量及组成、碱度、pH值等发酵指标。结果表明:当ISRs为1.0时,糖化残渣沼气发酵的效果最佳,累积甲烷产量和有机物(VS)去除率分别达到263.73 mL·g~(-1)VS和57.78%。通过分析发酵过程中重要指标TVFA/碱度比值、丙酸浓度、丙酸/乙酸比值等,发现TVFA/碱度比值介于0.40～1.40时,糖化残渣甲烷产率相对较大;丙酸浓度需要控制在0.5 g·L~(-1)以下甲烷产率较高;丙酸/乙酸比值控制在小于0.10是糖化残渣沼气发酵稳定进行的必要条件。     

城市生活垃圾特性及其厌氧消化产甲烷潜能研究

文章以城市生活垃圾为原料,对比分析城市生活垃圾快速好氧发酵预处理前后理化特性的变化,并通过批式厌氧消化实验对预处理前后的厌氧消化产甲烷潜能进行了对比研究。结果表明,经过快速好氧发酵预处理,城市生活垃圾pH值升至7.86,C/N下降至30~35,碱度出现明显增加,易降解有机物部分降解,难降解有机物的百分含量增加。厌氧消化阶段,未处理和预处理城市生活垃圾中有机物单位VS累积产甲烷量分别为265.0~301.6 mL·g-1VS和308.3~358.4 mL·g-1VS,预处理垃圾单位VS累积产甲烷量比未处理高16.34%~18.83%;未处理和预处理城市生活垃圾中有机物VS去除率分别为75.87%~81.19%和81.28%~88.00%,预处理垃圾VS去除率比未处理高5.41%~6.81%。     

餐厨垃圾与牛粪联合厌氧消化效率研究

试验对餐厨垃圾(FW)与牛粪(CM)联合厌氧消化效率进行了研究。在初始总固体(TS)负荷为6.7%和中温(35℃)条件下,考察不同的餐厨垃圾与牛粪TS配比(0∶1,1∶1,2∶1,3∶1,4∶1,1∶0)对联合厌氧消化过程的影响。结果表明:FW与CM联合厌氧消化单位VS沼气产量与甲烷含量均明显提高。FW∶CM为2时(T3),沼气产量和甲烷含量均最高,分别为574.15 mL·g-1VS和69.78%。整个厌氧消化过程T1~T5的pH值稳定在6.0~8.0之间,未出现挥发性有机酸(VFAs)抑制现象,VFAs浓度随着FW的比例增加而升高,FW单独发酵时,VFAs大量累积,第7 d时达到35600 mg·L-1。产甲烷菌群利用丙酸转化为甲烷的效率较低,VFAs中丙酸浓度下降的幅度明显低于乙酸、丁酸。厌氧消化过程中T1~T5也未出现氨抑制现象,氨氮浓度整体呈现先迅速升高,后缓慢下降,再缓慢升高的变化规律。在常温沼气工程应用中,初始总固体(TS)为6.7%时,建议FW与CM的TS比为2∶1。     

单相与两相厌氧发酵处理马铃薯渣性能研究

文章采用马铃薯渣为底物建立单相与两相厌氧发酵系统进行批示实验,考察其在不同系统F/M比下的运行性能。运行数据表明:两相厌氧系统在产甲烷潜能、甲烷产率、比产甲烷效率及能量回收效率方面均比单相厌氧系统呈现出更高的性能。在最优的F/M比8下,两相厌氧系统产氢相最大产氢潜能、氢产率及比产氢效率分别为384.2±11.6 mL,18.9±2.2 mL·h~(-1)和56.7±2.2 mL·g~(-1)VS_(removed),产甲烷相最大产甲烷潜能、甲烷产率、比产甲烷效率分别为391.2±12.8 mL,7.8±1.2 mL·h~(-1)和102.1±12.6 mL·g~(-1)VS_(removed),系统最大能量回收效率为5.5×10~(-3)kW·h。     

小球藻与小麦秸秆联合厌氧消化产沼气研究

通过分批厌氧消化实验,文章考察了异养小球藻和小麦秸秆的厌氧消化性能。在实验条件下ISR(污泥底物比)=3∶1,TS=6%,异养小球藻和小麦秸秆(C/N=10∶1)的累积沼气产量分别为5515和973 m L;联合厌氧消化(C/N=20∶1)时,获得最高的沼气和甲烷产率,分别为694.4和342.69 m L·g~(-1)。厌氧消化结束后,沼液中的氨氮和COD分别为953 mg·L~(-1)和72000 mg·L~(-1)。结果表明,异养小球藻和小麦秸秆联合厌氧消化可以获得更好的厌氧消化性能。     

玉米秸秆中高温厌氧消化产甲烷性能影响研究

玉米秸秆厌氧消化技术是生产可再生能源以解决部分地区能源短缺的重要途径之一。文章采用CSTR反应器进行玉米秸秆中高温(35℃,45℃和55℃)厌氧消化实验,观察3个有机负荷(80,90和100 g TS·L~(-1))阶段下中高温厌氧消化产甲烷性能变化。实验结果表明:55℃厌氧消化温度条件下产甲烷性能最好,其单位TS产甲烷量在3个有机负荷条件下分别为260.60,261.71和252.31 mL·g TS~(-1),比45℃厌氧消化温度条件分别提高了9.03%,48.22%和44.68%,比35℃厌氧消化温度条件分别提高了31.57%,63.79%和64.08%。且随着有机负荷的提高,玉米秸秆高温厌氧消化产甲烷提高量呈明显上升趋势,说明高温厌氧消化系统可以容纳更高有机质负荷进行沼气生产。玉米秸秆经高温厌氧消化后的物质转换率也得到了显著的提高,且高温厌氧消化系统稳定性较中温厌氧消化系统更稳定。因此,对于工程应用来说,高温厌氧消化可作为提高玉米秸秆产甲烷量和生物降解性的一种重要方式。