两相厌氧消化工艺的研究与进展

两相厌氧消化工艺因产酸相和产甲迷地的分离而具有一系列的特点和优势，本文对其进行了总结，并讨论了产酸相酸化产物及酸化率、含硫酸盐废水的处理和有关反应器的选择等问题。     

UASB反应器酸化后的状态及恢复研究

进行了三组两相厌氧工艺中产甲烧相(UASB)反应器的酸化试验研究，考察了酸化后的状态并采取了三种不同的酸化后恢复手段。结果表明，反应器酸化后表现为COD去除率下降、PH值下降、碱度值下降、产气率减少，同时ORP值上升，菌群组成也发生明显变化；在恢复过程中用贮留的产甲烷相出水快速置换反应器中含有高浓度有机酸的污水，是反应器酸化后的快速恢复手段；工程运行中COD的常规监测有利于防止反应器的酸化；反应器气体产量可作为工程运行的指示性参数。     

城市有机垃圾厌氧干发酵菌群与代谢产物特性研究北大核心

文章以城市有机垃圾为原料,采用一次投料批式中温(37℃)厌氧发酵工艺,分析了厌氧干发酵过程中主要菌群,包括厌氧产酸菌、厌氧氨化菌、产甲烷菌和厌氧纤维素降解菌的数量变化及代谢产物的特性。结果表明:厌氧菌中产酸菌和氨化菌最先增殖,产酸菌先于氨化菌达到最大值并占据优势地位。产甲烷菌在启动阶段初期基本没有增殖,第25 d左右达到最大值3.25×10~9个·m L^(-1),随后产甲烷菌在整个盛产期数量维持在这一数量级上。厌氧纤维素降解菌菌数呈现缓慢增长的趋势,直到投料的第45 d才增加到10~6个·m L^(-1)。了解发酵过程中菌群间的作用及代谢产物的特性,协调各微生物的稳定生长,是保证沼气发酵正常运行的必要条件,本试验为城市有机垃圾的无害化处理和资源化利用奠定基础。     

餐厨垃圾和稻草混合产酸工艺优化提高产甲烷性能

为了考察餐厨垃圾和稻草混合的产酸及产甲烷性能,首先采用正交试验设计对影响酸化相产酸效果的4个因素即餐草比,有机负荷,酸化时间,F/M(VS/VS)比进行试验研究,然后将酸化相出料接种厌氧污泥后进行产甲烷试验。试验结果表明,当餐草比为4∶1,有机负荷为40 gVS·L-1,酸化时间为8天,F/M(VS/VS)=2∶1时,酸化相的产酸效果为最优,VFA和乙醇的总量为17200 mg·L-1,比单因素最优水平组合VFA和乙醇总量提高18%。四个因素对于VFA产量的影响依次为进料负荷﹥酸化时间﹥F/M(VS/VS)﹥餐∶草比。本次试验中,在最优的产酸工艺条件下产生的酸化出料,产甲烷性能最佳(即负荷累计产甲烷率为410.5 mL·g-1VS),系统稳定性也较好,比单因素最优水平组合甲烷产量提高11%。     

EGSB反应器的动力学模型研究(1)--模型的建立

本文基于Monod方程，对膨胀颗粒污泥床（EGSB）反应器建立了动力学模型。该模型将厌氧体系中的微生物简化为两大类，即产酸菌和产甲烷菌，并考虑了其生长和衰亡的动力学过程；将厌氧消化过程简化为碳水化合物的发酵产酸、挥发性脂肪酸产甲烷两个子过程；还引入了厌氧缓冲体系中的各类物化平衡；在已知进水水质和有关运行参数的条件下，模型可以预测出EGSB反应器出水COD和VFA浓度、反应器内部pH值和碱度变化、沼气产量及气相组成。     

沼液回流提升推流式厌氧反应器运行效果研究

为了研究沼液回流对推流式厌氧反应器(PFR)厌氧消化效率的影响,文章采用有效容积为36 L的PFR,以牛粪为底物,进料浓度TS为7～10%,发酵温度38℃±1℃,水力停留时(HRT)为20 d条件下连续运行100 d。结果发现:50%的沼液回流能够提升反应器产气效率,在沼液回流运行期,日产气量最高达到57.92 L·d~(-1),容积产气率为1.58 L·L~(-1)d~(-1),甲烷含量为68.9%。平均挥发性有机物产气率为433.03 L·kg~(-1) VS (干物质产气率为366.99 L·kg~(-1) TS),相比于未回流沼液运行期提升42.46%,底物转化效率提高了17.84%。通过对沼液回流运行期的微生物群落组成分析可以看出,细菌主要以Firmicutes和Bacteroidetes具有降解纤维类及大分子的水解酸化菌为主。古菌则以Methanothrix和Methanospirillum为绝对的优势产甲烷菌为主。该研究结果可为以牛粪为原料的大型沼气工程提高整体效率和能量输出提供基础参考数据。     

二相UASB工艺微生物生态学的研究

采用Hungate严格厌氧操作技术,以人工葡萄糖配水为基质,对二相UASB,工艺的微生物生态学特性进行了初步研究。产酸相中,发酵细菌占优势,达10~7个/ml,比产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌高2～3个数量级。产甲烷相中,发酵细菌,产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌含量相差不大(约10~8个/ml),因此,产甲烷相的建立依赖于三大类微生物类群的良好代谢平衡。与对照的单相UASB反应器相比,二相UASB工艺的产甲烷相反应器产氢产乙酸细菌量较高,发酵细菌量较低,产甲烷细菌量则非常接近。这种细菌生态分布的差异,可能是导致反应器运行稳定性不同的原因之一。     

果蔬废物CSTR-ASBR强化酸化分相厌氧消化产气性能研究

采用CSTR-ASBR强化酸化分相工艺对果蔬废物厌氧消化产气性能进行研究.通过先将果蔬废物榨汁,果蔬渣水解酸化后再进入到甲烷相,果蔬汁直接进行甲烷化的方式,实现强化酸化与分相厌氧消化.结果表明:采用此种厌氧消化方式,可以使酸化相稳定运行的最高负荷达到16 gVS·L-1d-1,将酸化相的末端产物均换算成乙酸后,负荷产酸率平均在800 mg·gVS-1d-1以上,并形成稳定的乙醇发酵类型.甲烷相的有机负荷可从1 gVS·L-1d-1上升到5.5 gVS·L-1d-1,负荷产气率平均在500 mL·gVS-1 d-以上,CH4含量稳定在55％～60％之间.甲烷相运行的最优负荷为4 gVS·L-1d-1,负荷产气率与VS去除率分别可达557 mL·gVS-1d-1和83％,且系统稳定性能良好.     

疫病动物尸骸废水高温厌氧消化中的氨抑制

在不同的pH值和进水总氨氮(TAN)浓度下进行批次实验,对疫病动物尸骸废水高温厌氧消化中的氨抑制作用进行了研究。结果表明,分别固定pH值为7.0,7.4,7.8,8.2时,每个pH值下设置4个初始TAN浓度为100,800,1400,2400 mg·L~(-1),COD去除率分别下降了11.1%,26.7%,50.4%,74.4%,游离氨(FAN)浓度则分别从4,9,20,38 mg·L~(-1)上升到90,214,474,916 mg·L~(-1),FAN浓度的升高是反应器COD去除率下降的主要原因。产酸作用与产甲烷作用受氨抑制程度均随着TAN的升高而增加,且pH值越高,增加的趋势越明显,pH值为8.2时,FAN对两者的IC_(50)分别为843和453 mg·L~(-1),产甲烷作用比产酸作用对FAN更敏感,这导致VFA在反应器中积累。总VFA分别由26,48,129,214 mg·L~(-1)升至150,304,528,656 mg·L~(-1),其中乙酸分别由22,28,76,90mg·L~(-1)升至90,154,356,426 mg·L~(-1),VFA的积累类型表现为乙酸型,FAN抑制了乙酸营养型产甲烷菌的活性。     

利用河底污泥进行连续厌氧生物产氢的试验研究

利用河底污泥,以葡萄糖为基质,在pH值为5.0～5.2,温度为35 ℃,水力停留时间为6～8 h的条件下,实现了连续厌氧生物产氢.结果表明:当容积负荷为36 kgCOD·m-3d-1时,产气中主要含有氢气和二氧化碳,其中H2约为52.3%,反应器的容积产氢率最高达6.7 L ·L-1d-1,基质产氢率为1.3～1.4 mol·mol葡萄糖-1;液相中主要末端产物为乙醇、乙酸、丁酸,三者摩尔比约为1∶1∶0.6,另有少量丙酸.     

ABR反应器中颗粒污泥的微生态特性

以葡萄糖和生活污水人工配制的废水对ABR反应器中颗粒污泥的微生态特性进行了研究.研究表明,ABR反应器中呈现出明显的相分离特征,颗粒污泥微生物随反应器隔室不同的微生态环境而有不同的优势菌属.高负荷条件下(反应器前端隔室)的产酸颗粒污泥颗粒大、表面粗糙,其优势微生物为产气杆菌属,而位于反应器中部隔室的产甲烷颗粒污泥结构紧密,表面光滑,其优势菌属为甲烷球菌;低负荷条件下(反应器后端隔室)的颗粒污泥颗粒小、结构较松散,其优势菌属为甲烷丝菌属.据此,分析了ABR中颗粒污泥的形成机理.     

高有机负荷下UASB及UBF处理垃圾渗滤液效果对比

在（38±2）℃条件下，分别采用UASB和UBF厌氧反应器技术对生活垃圾渗滤液进行处理。结果表明:在厌氧运行过程中，有机负荷提升至15 kg COD（m3·d），HRT为5 d，UASB厌氧反应器原料产气率为25.4~29.6 m3t，COD去除率高于94%，容积产气率为5.77~6.02 m3m3，CH4含量70%以上，pH值为7.21~8.25；UBF厌氧反应器原料产气率为22.7~25.4 m3t，COD去除率高于90%，容积产气率为4.99~5.60 m3m3，CH4含量66%左右，pH值为7.29~8.01。UASB厌氧反应器处理生活垃圾渗滤液效果优于UBF厌氧反应器。      

鸡粪与玉米秸秆混合“干-湿两相”厌氧发酵启动研究

目前我国的厌氧发酵沼气工程多是单一物料和单相发酵,产气效率不高。针对这一问题,试验利用干发酵和湿发酵各自优势,研究了两相厌氧反应器对玉米秸秆和鸡粪不同配比情况下厌氧发酵的启动过程。产酸相选用TS浓度20%的干发酵,产甲烷相选用TS浓度3%的湿发酵,发酵温度均为37℃±1℃。试验结果显示两相反应器均能较快完成启动。产酸相启动试验中纯秸秆组、混合组和纯鸡粪组的产酸相停留时间(HRT)分别为4天,6天和9天。产甲烷相启动试验中纯秸秆组、混合组和纯鸡粪组的产甲烷相启动时间分别为23天,21天和15天。     

牛粪产氢产甲烷联合发酵产能效率的实验研究

为了克服产氢发酵和产甲烷发酵都存在的能源转换效率低这一瓶颈,实验将产氢发酵和产甲烷发酵进行联合,以牛粪为原料,进行产氢产甲烷联合发酵产能效率的研究,以期提升整体厌氧生物处理的产能效率;在产氢发酵阶段,通过调节pH值至5.0,抑制产甲烷菌、中断产甲烷过程的手段来实现产氢发酵,使其在产生氢气的同时生成小分子有机酸及醇类等有机物,当产氢发酵结束后,将产氢余液提供给产氢产乙酸菌和产甲烷菌进行产甲烷发酵,使小分子有机酸及醇类等物质继续代谢生成甲烷;结果显示牛粪产氢产甲烷联合发酵的能源转换效率为28.15%,明显高于牛粪产氢发酵的(9.76%)以及牛粪单独产甲烷发酵的(25.8%);结果表明本实验所建立的产氢产甲烷联合发酵模式能显著提升传统厌氧生物处理的能源转换效率。     

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%。     

F/M对餐厨垃圾厌氧消化的酸化特性影响

文章系统地研究了F/M对餐厨垃圾厌氧消化中酸化特性的影响,分别以F/M(Food/Mud)0.5,1.0,2.0,2.5,3.0,4.0(VS/VS)为条件,观察96 h时间内酸化出料pH值、碱度、乙醇和挥发性脂肪酸(VFAs)、产气状态等特性。结果表明:当F/M≤1时,丙酸+乙酸含量达到56%~80%,以丙酸型发酵为主,并伴有甲烷产生,碱度仅为3000~4000 mg·L~(-1),系统稳定性较差,不利于后续甲烷化进程;当1F/M≤2.5时,丁酸+乙酸含量为77%~85%,且单位负荷产酸率大于250 mg VFAs·g-1VS,高于其他实验组,为丁酸型发酵,碱度达到5650 mg·L~(-1),该发酵类型稳定,可为后续甲烷化过程提供更多可利用的VFAs;当F/M2.5时,乙醇+乙酸含量为80%~92%,为乙醇型发酵,发酵96 h的pH值仅为5(F/M=3)和4.3(F/M=4),系统酸化现象严重,稳定性差,会使后续甲烷化进程受到阻碍。因此,F/M的范围可决定发酵类型,在合理范围内控制F/M可为后续甲烷化进程提供目标性产物。     

高浓度变性淀粉生产废水厌氧生物处理

利用膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器厌氧生物处理高浓度变性淀粉生产废水,通过逐步提高厌氧反应器的有机负荷在65天内完成厌氧反应器的启动,主要标志为颗粒化污泥的出现以及稳定的有机物(以COD表示)去除效果(达到74%),有机负荷达到6kg/m3.d.通过工程实践表明EGSB厌氧反应器可以有效地降解高浓度变性淀粉生产废水中的有机物.     

活性污泥厌氧初期吸附降解木醋液产甲烷试验

试验研究活性污泥厌氧初期吸附降解木醋液及产甲烷情况。结果表明,活性污泥对木醋液的厌氧初期吸附在10min内达到动态平衡,木醋液降解率为15.6%,主要是物理性吸附;10min后,吸附为物理性和生物性吸附共同作用;伴随着吸附过程木醋液中有机物的水解酸化,醋酸和丙酸含量增加,pH值下降;被吸附降解的有机物以酚类化合物为主;木醋液及其主要有机物的吸附过程可以很好地用Freundlich吸附等温方程描述;甲烷产量随着木醋液初始体积分数的增加而增加。     

猪场废水厌氧消化液好氧处理最适pH值的研究

文章采用序批式活性污泥反应器(SBR),进行了pH值及加碱量对猪场废水厌氧消化液好氧处理影响实验,并分析了实际工程中设施建造投资和运行中加碱的成本。实验结果表明,初始pH值在6.0～7.0范围,pH值每上升0.5个单位,氨氧化速率提高约1倍。pH值从6.0增加到7.5,氨氧化速率提高接近3倍。加碱量从0.4增加到1 g·L~(-1) NaOH,出水pH值从5.82增加到7.95,氨氮去除率从75.5%增加到95.6%,对COD的去除也有一定提升,对总磷的去除没有影响。综合考虑工程建设投资和加碱费用,对于氨氮浓度400 mg·L~(-1)的猪场废水厌氧消化液,好氧后处理阶段添加0.4 kg·m~(-3)的NaOH,使初始pH值提升至7时,综合费用最低。     

微氧预处理对有机废水厌氧消化产甲烷的影响

为了考察微氧预处理对有机废物厌氧消化产甲烷过程的影响，论文以合成废水为试验材料进行了试验研究。结果表明，在厌氧消化反应前进行一定时间的微氧预处理，可以强化水解产酸菌的作用，促进有机底物的水解酸化，从而有效促进甲烷的产生。微氧预处理4 h可以提高甲烷产量28%，提高最大产甲烷速率57.5%。10 h的预处理则对产甲烷菌具有毒害作用，甲烷产量显著降低，预处理时间过短，促进效果不明显。最佳的预处理时间为4～6 h。微氧预处理在控制好处理时间时可促进有机物水解酸化，因此可应用于复杂有机物如厨余垃圾等的厌氧发酵。