自搅拌厌氧折流板反应器连续处理猪场废水的效果

该研究以猪场废水为处理对象,采用自搅拌厌氧折流板反应器（self-agitation anaerobic baffled reactor,SaABR）开展200 d的连续中温厌氧消化试验,考察在水力停留时间（hydraulic retention time,HRT）3、2、1和0.5 d梯度缩短的过程中,SaABR截留微生物的效果以及反应器的产气性能、稳定性和污泥比产甲烷活性（specific methanogenic activity,SMA）。同时,该研究还开展了全混式反应器（completely stirred tank reactor,CSTR）78 d的连续对比试验。试验发现,SaABR具有良好的截留微生物的作用,在HRT 3 d时SaABR第1至第4取样口污泥挥发性固体（volatile solid,VS）浓度分别为10.2、4.1、44.2和2.5 g/L,而CSTR污泥VS质量浓度仅为2.6 g/L。较高的微生物量显著提高了有机物的降解率并降低了出水的有机酸浓度。随着HRT的缩短,SaABR的降解率也呈现下降。在HRT 1 d时,SaABR的单位VS产甲烷率为0.43 L/g,即使在HRT 缩短到0.5 d时,仍然可实现稳定的发酵产气（单位VS产甲烷率为0.24 L/g）,而CSTR反应器由于微生物洗出不能在HRT 1 d时连续产气。该研究的结果显示,SaABR反应器所具有截留微生物的良好特性,为养殖粪水的处理提供参考。     

NaOH处理玉米秸秆厌氧生物气化试验研究

提出通过NaOH化学处理以改善玉米秸秆的可生物消化性能、提高玉米秸秆厌氧消化产气量的方法。NaOH添加量为玉米秸秆干物质的8%。对未处理和经NaOH处理的玉米秸秆进行了厌氧消化对比试验研究，厌氧消化负荷率为35，50，65和80 g/L。分析并比较了两者在不同负荷率下的日产气量、累积产气量、单位TS和VS产气量等。结果显示，与未处理玉米秸相比，NaOH处理过的玉米秸的干物质消化率和产气量明显提高，在35，50，65，80 g/L负荷率下，产气量分别提高了13.1%，39.8%，48.3%和47.8%，单位TS、VS的产气率分别提高了13.1%～48.3%、23%～61.3%；两种玉米秸分别在35和65 g/L负荷率下获得了最高单位TS产气量。NaOH化学处理使玉米秸细胞壁结构和化学成分发生了明显的变化，分别有53.2%、46.9%和66.6%的木质素、纤维素和半纤维素被分解，其中1/2～2/3被转化成了易被厌氧菌利用的可溶性物质,这是产气量提高的主要原因之一。研究结果对提高玉米秸的产气效率、实现大规模应用具有重要指导意义。     

搅拌转速对稻草厌氧消化性能的影响

为了提高稻草厌氧消化效率,采用批式厌氧消化,研究了不同搅拌转速（高转速120 r/min、中转速80 r/min和低转速40 r/min）对稻草厌氧消化性能的影响。结果表明,搅拌转速对稻草厌氧消化的产气性能有很大影响。高转速搅拌时厌氧消化效果较好,单位挥发性固体VS产气量为451.6 mL/g,分别比中转速搅拌和低转速搅拌提高了20%和107%;高转速搅拌的消化时间T80为46 d,比中转速搅拌缩短了16 d。高转速和中转速搅拌时,厌氧消化反应器的混合效果良好,物料混合均匀,系统中适宜的pH值和较高的碱度有利于维持系统的稳定和较高的微生物活性,其总固体TS、挥发性固体VS降解率均高于低转速搅拌,产气性能明显优于低转速搅拌。因此,增加搅拌转速可以提高稻草的厌氧消化性能。     

玉米秸中温与常温厌氧生物气化的比较研究

为解决玉米秸的资源化利用问题，提出通过厌氧消化的方法把其转化成生物气体。比较了在中温和常温条件下，不同负荷率（35、50、65 g/L）对玉米秸秆日产气量、累积产气量、总干物质（TS）和挥发性有机物（VS）消化率的影响。试验结果显示，不论是在中温还是在常温条件下，50 g/L TS负荷率都获得了较高的累积产气量；相对于常温而言，中温厌氧消化的累积产气量提高了63%，总干物质（TS）和有机物（VS）消化率分别增加33%和49%，产气速率也明显提高。因此，使用50 g TS/L负荷率，在中温条件下对玉米秸秆进行厌氧消化是比较好的。该试验结果可为玉米秸秆的大规模生物气化提供重要设计依据。     

温度对4种不同粪便厌氧消化产气效率及消化时间的影响（简报）

为研究温度和粪便厌氧消化产气效率及消化时间的关系,该试验通过自行研究设计的可控性恒温发酵装置,以猪粪、牛粪、鸡粪和人粪为消化原料,以常温厌氧发酵池的底物为接种物,在25～40℃温度范围内,以5℃为梯度,进行了批量厌氧消化试验,研究了不同粪便厌氧消化的产气量、消化时间和展优消化温度.结果显示,影响猪粪、牛粪、鸡粪和人粪厌氧消化的最优消化温度及相应的消化时间和最大干物质累积产气量分别为(35.9℃,81 d,0.495 L/g),(33.8℃,74d,0.398L名),(32.2℃,73 d,0.324L/g)和(25.1℃,84d,0.294 L/g).不同粪便厌氧消化在其最优消化温度范围内产气速率最大,产气量随着温度的升高而增大;当超出最优温度范围,产气速率减小,产气量下降·消化时间不是随着温度的升高而缩短,单一以温度来断定消化时间的长短是不切合实际的.     

进料浓度对玉米秸秆与牛粪全混式厌氧发酵特征影响研究

目前,中国大多数沼气工程均采用农作物秸秆与畜禽粪便为主要原料,但对于实际沼气工程的工艺控制,尤其是对于沼气工程进料混配及发酵浓度等控制工艺仍缺少参考和支撑。该研究采用玉米秸秆与牛粪原料,在中温条件下,利用纯牛粪、纯秸秆以及秸秆与牛粪干物质比(S:CM)=1:1、1:3、3:1条件的混合原料,按照不同干物质浓度(total solid,TS)=3%、6%、8%,梯次启动CSTR反应器,系统探讨物料配比与发酵浓度对反应器产气量、甲烷体积分数、pH值、氧化还原电位(oxidation-reductionpotential,ORP)、挥发酸(volatilefattyacids,VFAs)含量等运行特征的影响。结果表明,正常运行时,纯秸秆与纯牛粪条件下厌氧发酵产气效果显著低于混合原料,且所有条件下反应器的产气量基本都随着发酵浓度升高而升高。在发酵浓度为8%条件下,S:CM=3:1和1:1的反应器容积产气率在运行130和150 d后分别达到峰值0.78和0.76 L/(L·d)。随着反应器的持续运行,170 d后各反应器的产气率与pH值降低,而VFAs与ORP升高。S:CM=3:1和1:1的反应器容积产气率降低至0.6 L/(L·d),pH值降低至6.5左右。这主要是由于恒定的搅拌功率条件下,随着反应器内TS升高,搅拌转速降低,进而在反应器内产生搅拌死区与浮渣等问题,导致反应器内局部酸化,造成系统整体失稳。在启动期间,所有5个条件下反应器内ORP呈缓慢上升趋势。运行172 d后,S:CM=1:1条件下ORP迅速增加至高于–300 mV。总体而言,厌氧系统中VFA浓度随着进料中秸秆比例增加而增加,且丙酸积累发生并变得更加严重。这也在一定程度上表明,与采用秸秆与粪便混合原料厌氧发酵相比,采用纯秸秆原料厌氧发酵生产沼气厌氧反应器的运行稳定性较差。     

碳氮比对猪粪与玉米秸秆混合厌氧消化产沼气性能的影响

厌氧共消化是解决当前单一农业生物质废弃物厌氧消化过程中因碳氮元素比例不平衡而造成系统产能不高的问题的有效途径。该研究以猪粪和玉米秸秆为底物在连续搅拌厌氧消化反应器中进行中温厌氧共消化联产气肥,调控底物C/N分别为13.45(完全以猪粪为底物)、20、25、30、35和300(完全以玉米秸秆为底物),考察了底物C/N对工艺性能的影响。试验结果表明,当底物C/N为25时,厌氧共消化反应系统运行稳定,气肥联产性能最优,其中比产气率、甲烷体积分数和总养分质量浓度分别为514.75 mL/(g·d)、64.01%和660.26 mg/L。该研究为开发农业生物质废弃物高效发酵气肥联产工艺提供了技术参数和实践指导。     

果蔬垃圾与餐厨垃圾混合厌氧消化产气性能

研究了果蔬与餐厨垃圾不同混合比例和不同进料负荷下的厌氧消化产气性能。以果蔬与餐厨垃圾为原料,比例分别为0∶8、2∶8、5∶8、8∶8和8∶0,不同比例的混合原料分别按2%、4%、6%（TS）的进料负荷进行厌氧消化。结果表明：果蔬与餐厨的比例为5∶8、进料负荷2%时产气性能最佳,其单位TS甲烷总产量为600 mL/g,比同比例进料负荷4%和6%分别高5.4%和10%,比2%～6%的单一餐厨和单一果蔬原料分别高4.5%～18%和7.1%～510%,消化周期小于50 d,第20天即达到产气高峰,且峰值单位TS日产气量可达95 mL/g。低负荷运行可有效地避免VFA中丙酸及氨氮的积累,提高负荷、增加果蔬的比例则会导致丙酸和氨氮的积累和抑制,影响厌氧消化体系的稳定性,导致单位TS甲烷总产量降低。研究结果可为城市生活垃圾有机废物厌氧消化处理提供设计和运行依据。     

鸡粪高固体浓度进料厌氧消化连续运行性能

以鸡粪为处理对象,进料总固体（Total Solids, TS）浓度控制在15%,进行鸡粪高固体浓度进料厌氧消化试验,在水力停留时间（Hydraulic?Retention?Time, HRT）为 60 d的条件下,连续运行155 d考察发酵性能。试验结果表明,在有机负荷（Organic Load Rate, OLR）为1.5 g/(L·d)（以Volatile Solids, VS计算）和氨氮（Total Ammonia Nitrogen, TAN）浓度7.5 g/L的条件下,甲烷产率达到326 mL/g,总挥发性脂肪酸（Total Volatile Fatty Acids, TVFA）浓度在0.5 g/L左右, pH值在8.3以上,实现了低有机酸残留的鸡粪高固体浓度进料厌氧消化的稳定运行。鸡粪的水解率、酸化率以及产甲烷率分别为61%、47%和47%。厌氧污泥的比产甲烷活性（Specific Methanogenic Activity, SMA）为0.042 g/(g·d),显示有较好的代谢活性,利用一级动力学模型进行模拟,动力学常数为0.202 d-1,相关性系数为0.982。该研究验证了通过延长HRT适当降低OLR的方式,鸡粪高固体浓度进料厌氧消化可以耐受极高的氨氮浓度,为工程应用提供了可能性。     

氨化预处理对稻草厌氧消化产气性能影响

为了节省秸秆厌氧消化阶段另加N源调配营养的运行成本,同时又要保持良好产气效率。本试验选用氨化法对秸秆进行预处理,研究了不同浓度的氨对稻草厌氧消化产气性能的影响。以NH3·H2O为预处理药剂,按2%、4%、6%（相对于稻草的干质量）的NH3质量分数对稻草进行氨化,分别以50、65、80 g/L 3个不同负荷进行厌氧消化。结果表明：不同浓度的氨化预处理中,4%NH3氨化预处理效果最好。在65 g/L负荷率下,4%NH3预处理的消化70 d累积产气量为37?010 mL,消化产气量达总体积的90%（计T90）时产气量为33?920 mL,分别比未预处理稻草、2%和6%NH3预处理稻草T90时产气提高了38.3%、14.6%和8.2%,甲烷总产量分别提高了34.8%、15.1%和9.6%,比未预处理稻草同期（45 d）累积产气量以及甲烷总产量分别提高了60.8%和60.3%,产气周期提前10 d结束。消化后总固体（TS）、挥发性固体（VS）的减少量分别由41.6%和46.6%提高到了46.4%和58.6%,半纤维素和木质素质量分数分别由27.7%和6.9%减少到20.8%和5.2%,粗蛋白质量分数从4.0%提高到10.1%。本研究提供了一个有效地提高产气量的方法,研究结果将为大中型秸秆沼气工程提供设计依据。     

分段组合式厌氧反应器的运行性能

为研发高效厌氧生物反应器,采用模拟有机废水,对分段组合式厌氧反应器的运行性能进行了研究。试验结果表明：该反应器具有很高容积效能,容积负荷可达110.97?g/(L·d),容积负荷去除率可达84.35?g/(L·d),容积产气率可达57.00?L/(L·d)。该反应器内的基质浓度及中间产物浓度较高,平均化学需氧量和挥发性有机酸浓度分别是常效反应器相应值的18.49倍与37.52倍,可提供较大的反应推动力。该反应器具有良好的运行性能,但趋近满负荷时性能参数波动较大,易导致反应器工况失稳。     

水冷式低温等离子体反应器的性能试验

为有效控制放电区温度,对自行设计的水冷式低温等离子体反应器进行试验,研究了该NTP(non-thermal plasma)反应器的性能,分析了放电区表面温度为60、90、120和150℃时,工作电压、工作频率和空气流量等因素对放电功率、O3和NO2体积分数的影响,并探讨了等离子化学反应机理。结果表明,反应器的放电功率随工作电压、工作频率和放电区表面温度的升高而增大;空气流量对放电功率的影响较小;当放电区表面温度不同时,O3和NO2体积分数随工作电压和工作频率的变化规律呈现不同趋势;当放电区表面温度不变时,O3和NO2体积分数随空气流量先增大后降低;降低放电区表面温度可以有效提高O3和NO2体积分数。研究结果为进一步研究间接低温等离子体技术降低柴油机排放和再生微粒捕集器提供依据。     

低温等离子体发生器工作参数优化

低温等离子体（non-thermal plasma,NTP）发生器放电产生的活性物质可有效去除柴油机颗粒捕集器（diesel particular filter,DPF）中沉积的颗粒物（particulate matter,PM）,而发生器的工作参数直接影响活性物质的浓度,选取合适的工作参数有利于活性物质的产生。该文以空气为气源,考察了放电区表面温度、放电电压、放电频率、空气流量4个因素对NTP发生器产生活性物质浓度的影响。以O3质量浓度作为试验指标,进行了正交试验设计,并对试验结果进行单因素影响规律的分析、极差分析以及方差分析。研究表明：较低的放电区表面温度和放电频率有利于O3的生成,O3质量浓度随着空气流量的增大先升高后降低,随放电电压的变化没有明显的增减趋势;放电区表面温度、空气流量为显著因素,放电电压和放电频率为不显著因素;各因素对试验结果影响的大小顺序为：空气流量＞放电区表面温度＞放电频率＞放电电压;NTP反应器产生活性物质的较优组合是：放电区表面温度40℃、放电电压19 kV、放电频率7 kHz、空气流量5 L/min。研究结果对开发用于分解柴油机PM的NTP系统、优化NTP技术再生DPF的研究有重要的指导意义。     

立式筒仓反应器堆肥技术工艺优化研究

反应器堆肥技术作为一种新型快速堆肥方式逐渐被人们所认可，该技术包括反应器堆肥处理和陈化两个阶段，但反应器堆肥时长和通气方式等工艺参数对堆肥全过程的影响尚不清楚。因此，本研究立足生产中的实际问题，利用12 m³立式堆肥反应器，开展了反应器堆肥工艺优化调控试验，以鸡粪和锯末为原料，分别研究了连续供气和间歇供气（风机开3 min，关7 min）两种供气方式下，反应器处理周期对堆肥有机质降解率、产品含水率、氮素损失和运行成本的影响。研究结果表明：反应器堆肥10 d比2 d的处理物料有机质降解率分别增加60.7%（间歇）和66.2%（连续），产品含水率分别降低41.2%（间歇）和40.7%（连续）。反应器堆肥阶段是物料降解的主要阶段，利用反应器堆肥的时长越长，堆肥产品生产时间越短；但运行成本的增加也对反应器堆肥时长造成了限制，同时增加反应器堆肥时长也会增加堆肥物料的氮素损失，其中连续供气反应器堆肥10 d比2 d氮素损失增加17.5%。连续供气方式可提高堆肥效率，较间歇供气处理堆肥周期平均缩短32.1%，产品全氮含量平均提高7.4%，虽然反应器堆肥阶段每日能耗较间歇供气高20.2%，但堆肥周期的缩短使全程连续供气平均运行成本降低16.5%。其中，连续供气下反应器中处理6 d、8 d和10 d，堆肥产品理化性质无显著差异。综合考虑堆肥效率、产品和经济，本试验建议选择“连续供气方式+反应器内堆肥8 d”处理，既可提高反应器堆肥处理效率，在实际生产中又具有较高的经济效益潜力。     

Anammox反应器的启动及其菌群演变的研究

为了研究工艺条件对反应器内微生物多样性的影响，该论文采用城市污水处理厂活性污泥接种，通过培育硝化污泥，进行了启动厌氧氨氧化(Anammox)反应器的试验，并对启动过程中细菌的多样性变化作了跟踪研究。研究结果表明，以好氧活性污泥作为接种物，可成功地培育硝化生物膜；通过反应器运行条件的控制，硝化生物膜可从进行好氧氨氧化反应过渡到进行厌氧氨氧化反应。在此过程中，异养型细菌的数量大幅度下降，硝化细菌、反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌的数量增大，推测它们都与厌氧氨氧化作用有关。运用PCR-DGGE技术证明，随着反应器运行时间的延长，菌群发生明显变化并呈现简化趋势。     

红茶在超微－酶解反应器中的萃取特性研究

本文通过研究红茶在超微－酶解反应器(超微粉碎与酶解反应耦合)中作用所得茶汤的品质变化情况，探讨超微－酶解反应器在红茶萃取方面的优越性，并寻求一条生产茶汤的新途径。结果表明：经过超微－酶解反应器后的茶汤的可溶性固形物含量和茶多酚含量，随着剪切温度、剪切频率、剪切时间、加酶量的增大呈增大的趋势；较过胶体磨后的茶汤，二者含量分别提高了6.7%～12.6%和1.5%～8.0%；较直接热水萃取，二者含量分别提高了16.0%～20.1%和6.2%～24.4%。红茶加酶后在反应器中反应较不加酶所得茶汤茶多酚含量显著提高23.3%～35.6%。     

基于固着藻类反应器的生态沟渠构建

为使池塘循环水养殖系统中人工湿地出水更加满足养殖水质要求,在长×宽×深为150 m×0.5 m×0.6 m的养殖池塘排水沟内借助固着藻类反应器原理设计构建了生态沟渠,研究了生态沟渠对人工湿地出水溶氧恢复状况及深度净化效果。研究结果显示,人工湿地出水溶氧经过生态沟渠后显著提高至4.41～7.91 mg/L,pH值显著提高（P﹤0.05）。在150?m长度范围内,生态沟渠水中溶氧量随着沟渠长度的增加呈线性增加的趋势（P﹤0.05）。生态沟渠对人工湿地出水中NH4+-N、IMn和PO43--P等具有进一步去除效果,去除率分别达19.46%、13.38%和31.09%,对总大肠菌群的去除率范围在12.5%～78.13%。上述结果表明基于固着藻类反应器的生态沟渠能使人工湿地出水溶氧低的状况得到改善,N、P等物质得到进一步去除,可以作为与人工湿地配套的水回用系统。     

固定床厌氧反应器处理高浓度糖蜜废水

为开发高效处理高浓度有机废水的厌氧沼气发酵技术,以活性炭纤维作为生物膜载体,在实验室规模上对固定床厌氧反应器处理高浓度糖蜜废水的运行性能进行了研究。初始进水COD为5 000 mg/L,水力停留时间（HRT）保持在2 d左右。在进水COD为47 000 mg/L以内时,相应的有机容积负荷（OLR,COD含量）达到21.38 kg/(m3×d),COD去除率保持在86%以上,沼气容积产气率为9.51 L /(L×d),甲烷容积产气率为6.46 L /(L×d);当OLR进一步从21.38 kg/(m3×d) 逐步升高到35.13、39.06、44.88 kg/(m3×d) 时,COD去除率从86.48%分别降低到74.40%,67.02% 和63.50%,相应的沼气容积产气率为13.71,13.98和11.44 L/(L×d),甲烷容积产气率为8.84,8.67和5.89 L/(L×d)。进水的pH值通常在3.5～5.6之间,OLR低于35.13 kg/(m3×d) 时,无需对pH值进行中和调节,出水的pH值自然维持在6.8～7.6的良好状态,超出此范围,则需加碱对进水的pH值作适当调节。最终进水COD高达78 600 mg/L,相应的OLR为44.88 kg/(m3×d)。在165 d的运行过程中污泥形成量小,没有发生堵塞现象,固定床厌氧反应器表现出高效的处理酸性高浓度有机废水和较强的抗负荷冲击的能力。     

两次投加竹炭对UASB反应器污泥颗粒化的促进作用

为考察竹炭不同投加方式对UASB反应器污泥颗粒化过程的影响,以猪场废水为培养基质,对比分析了试验组（启动初期和颗粒污泥形成后两次投加粉末竹炭）和对照组（仅在启动初期投加1次粉末竹炭）两台UASB反应器中污泥颗粒化过程。结果表明：在颗粒污泥出现后再次投加粉末竹炭可促进颗粒污泥的增殖与稳定,有利于大粒径颗粒污泥的形成和致密化,改善颗粒污泥沉降性能,进而提高有机物去除效果。试验运行至第57 天,试验组反应器底部和上部污泥颗粒化程度（SGR）分别为94.5%和60.7%,比对照组分别高出了7.9%和17.3%,其中试验组反应器底部粒径大于 1.7 mm的颗粒污泥质量分数达到了41.7%,而对照组仅为32.4%;试验组反应器化学需氧量（COD）去除率为81.6%,明显高于对照组（75.7%）。试验结果证明,在UASB污泥颗粒化过程中,于颗粒污泥出现后再次投加粉末竹炭,可加快UASB 反应器的启动。     

无轴螺旋连续热解装置上的生物质热解特性

连续热解是一种高效的生物质能转化技术,无轴螺旋式连续热解装置不仅可减轻送料部件的质量,而且为热解挥发性产物的排出提供了有效空间,是极具发展前景的连续热解装置。为了解无轴螺旋式生物质连续热解特性,该文在无轴螺旋连续热解装置上,开展了以稻壳、花生壳和木薯茎秆为生物质原料的热解试验,分析了3种生物质在不同热解温度下的三态产物分布特性、热解气体组分变化规律及热解炭的组织结构和表面形貌特征。结果表明:炭产率随热解温度升高逐渐下降,气体产率逐渐上升,液体产率先上升再下降,在450℃时达到最大,产物分布特性与其他热解反应器的一致;不同原料炭产率由高到低依次为:稻壳花生壳木薯茎秆,液体产率由高到低依次为:稻壳花生壳木薯茎秆,气体产率与液体产率相反。热解气体组分受温度影响较大,热解温度升高,可燃气体组分含量不断上升,不可燃气体组分含量不断下降,不同原料对气体组分含量影响较小。热解炭的工业分析结果与原料的工业分析结果存在相关性,热解温度升高,热解炭中挥发分含量逐渐下降,固定碳及灰分含量增加,木薯茎秆炭的挥发分含量最高,花生壳炭的固定碳含量最高,稻壳炭的灰分含量最高;低温热解炭的表面官能团较为丰富,随热解温度升高官能团种类逐渐减少;原料自身结构特性对热解炭的表面形貌影响较大,随着热解温度升高,生物质原料的表面结构不断被破坏,热解炭表面出现孔隙结构,花生壳炭与木薯茎秆炭表面孔隙结构比稻壳炭更为发达。