有机负荷对餐厨垃圾厌氧消化性能影响及动力学分析

为探究有机负荷对餐厨垃圾厌氧消化系统的影响，在50 L全混合式厌氧消化反应器(CSTR)进行进料负荷从0.72增至3.86 kgVS·m^-3d^-1的梯度实验。同时采用Modified Gompertz模型研究不同进料负荷(1、2、3、4、5 kgVS·m^-3d^-1)产甲烷动力学特性，开展生化产甲烷潜力(BMP)试验。结果表明，日产气量和挥发性脂肪酸(VFA)随着负荷的增加而波动上升，而吨VS产气量和碱度则随之下降；在负荷3.15 kgVS·m^-3d^-1阶段，VFA为2000 mg·L^-1左右，酸碱比在0.13左右，容积产气率在2.25 L·L^-1左右，系统稳定性强且厌氧消化效率高，此负荷为最佳负荷。BMP试验显示Modified Gompertz模型适合描述餐厨垃圾厌氧消化过程，最大产甲烷量和最高产甲烷率均随着负荷的增加而提高。     

甘蔗叶添加对餐厨垃圾厌氧消化性能的影响

为研究餐厨垃圾各组分的厌氧消化性能,试验将餐厨垃圾分为果蔬类、主食类、肉类与混合餐厨分别进行厌氧发酵实验。结果表明,果蔬类餐厨产气最快,主食类餐厨产气峰值最大,混合餐厨累积产气量最大、产气性能最优;肉类、果蔬类、主食类和混合餐厨的单位干物质产气量分别为201.24,343.63,418.40和436.71 mL·g~(-1)TS。为提高餐厨垃圾的厌氧消化性能,解决我国南方大量甘蔗叶废弃、焚烧等引起的污染问题,文章以餐厨垃圾为主要发酵原料,研究添加甘蔗叶对餐厨垃圾中温厌氧发酵的产气特性,pH值,TS和VS去除率等参数的影响,寻求最佳的甘蔗叶添加量配比。结果表明,甘蔗叶添加后与餐厨垃圾发生协同作用,可以促进厌氧发酵,提高产气量,产气过程相对比较平稳;混合物料的累积产气量随甘蔗叶所占比例的降低而先升高后降低,当餐厨垃圾与甘蔗叶干物质比为4∶1时产气性能最佳,单位干物质产气量达到452.67 mL·g~(-1)TS,TS和VS去除率比纯餐厨垃圾分别提高了6.43%和11.98%。     

餐厨垃圾与青贮秸秆混合半连续厌氧消化

文章在中温(35℃)半连续实验条件下,以餐厨垃圾、青贮为原料,考察了4种混合比(10:0,9:1,8:2,6:4)原料的厌氧消化长期运行性能。结果表明,与单独餐厨垃圾厌氧消化相比,10%左右的青贮秸秆添加量能显著改善餐厨垃圾厌氧消化性能,在2.0 kg·m~(-3)d~(-1)负荷下,反应器内有机酸和SCOD浓度维持在较低水平;同时具有较高的有效碱度和较稳定的pH值;VS去除率在75%以上,单位VS产气量达到613 mL·g~(-1)VS。此外,研究发现,以餐厨垃圾为主要原料的厌氧消化系统容易出现乙酸型酸积累问题。     

高温厌氧消化处理餐厨垃圾试验研究

以食堂餐厨垃圾为原料,经分拣及粉碎预处理,按一定比例投入50 L厌氧反应器。利用大型秸秆沼气中温厌氧反应器内沼液作为接种菌种,控制厌氧消化温度在55℃±0.5℃,连续监测系统pH值,沼气产量及沼气成分,进行餐厨垃圾的产气性能及规律评价试验。研究结果表明:采用中温沼液作为菌种经缓慢升温驯化,经30天连续厌氧试验,每吨含水率16.7%的餐厨垃圾可降解产生107~111 m3沼气,沼气中甲烷含量约53%,硫化氢含量低于150 mg·m-3。餐厨垃圾厌氧消化初期酸化迅速,设计及调试过程中应控制进料有机负荷。     

餐厨垃圾与市政污泥混合比对共厌氧消化性能的影响

试验采用餐厨垃圾与市政污泥混合共厌氧消化的方法,在中温条件下(35℃±0.5℃),控制餐厨垃圾(F)与市政污泥(S)挥发性有机物(VS)的比例分别为0∶1,2∶1,1∶1,1∶2和1∶3,研究了不同混合比条件下,系统的产气性能,VS去除率以及对溶解性COD、溶解性蛋白质、溶解性碳水化合物的转化情况。结果表明,与市政污泥单独厌氧消化相比,混合共厌氧消化在提高产气量的同时也提高了系统内溶解性有机物的转化率。其中混合比例为2∶1组效果最佳,沼气产量达到451.29 mL·g~(-1) VS,相对于市政污泥单独厌氧消化提高了55.09%;VS去除率为66.51%,较市政污泥单独厌氧消化提高了20.51%;溶解性COD、溶解性蛋白质及溶解性碳水化合物转化率分别达到80.00%,94.38%和63.32%,比市政污泥单独厌氧消化分别提高了15.91%,42.17%及11.24%。说明餐厨垃圾和市政污泥混合共厌氧消化确实可以显著提高厌氧消化的效率。     

餐厨垃圾与玉米秸秆联合厌氧消化产甲烷性能的试验研究

将餐厨垃圾与玉米秸秆进行联合厌氧消化,可调节底物的碳氮比(C/N)在适合厌氧消化的范围,并缓解由于季节性造成的玉米秸秆厌氧消化原料供给不足的问题。为考察餐厨垃圾与玉米秸秆联合厌氧消化的产甲烷性能,设计原料C/N和初始有机负荷率(OLR)为因子的一般全因子试验,分析不同C/N和初始有机负荷率下的日产甲烷量、负荷产甲烷量、厌氧消化性能等。试验结果表明,当调节餐厨垃圾与玉米秸秆的混合比例,使原料C/N为20,初始有机负荷率为45 gVS·L-1时,负荷产甲烷量最大(311.83 mL·g-1VS),并高于相同负荷下餐厨垃圾或玉米秸秆单独厌氧消化的负荷产甲烷量。     

牛粪添加量对餐厨垃圾厌氧消化的影响

文章以餐厨垃圾和牛粪为原料,在餐厨垃圾16 g VS·L~(-1)的条件下,添加牛粪调节原料中餐厨垃圾与牛粪VS质量比为3∶1,2∶1,1∶1,1∶2和1∶3进行混合发酵,研究牛粪添加量对餐厨垃圾厌氧消化过程和产气效果的影响。结果表明,单独厌氧消化时,餐厨垃圾沼气产率和甲烷产率均显著高于牛粪。混合发酵时,消化过程中pH值先下降后上升,随着牛粪添加比例的提高,pH值下降程度变小,恢复上升速度加快;甲烷产量显著上升,但甲烷产率显著下降。餐厨垃圾和牛粪混合消化的甲烷产量均高于对应质量餐厨垃圾和牛粪单独厌氧消化产量之和,当牛粪的添加比例为2∶1时,甲烷产量提高效果最显著,提高率达到52.4%。可见,添加牛粪与餐厨垃圾进行混合厌氧消化可以增强消化体系的稳定性,提高厌氧消化效率。     

餐厨垃圾中的不同组分厌氧消化特性研究

为了探讨餐厨垃圾中各类组分的厌氧消化特性,对比其产气效率的高低,该试验对餐厨中的4种主要组成成分进行了中温厌氧消化研究。通过对比4种组分的累计产气量、每克挥发性固体的产气率、甲烷含量及消化液pH值的变化,研究餐厨垃圾不同组分厌氧消化的效率。结果表明:厌氧消化产气性能较好的组分为油脂类及蛋白质类,其次为碳水化合物类,最差的组分为蔬菜类。每克挥发性固体(VS)的累计产气量最高的为油脂类,达到了454 mL·g-1VS;最低的为蔬菜类,只有215 mL·g-1VS。4种餐厨组分在厌氧消化过程中所产沼气中的气体组成及含量差异不大,甲烷的含量均在45%～65%之间变化。在整个45 d的厌氧消化期间,各组分消化液的pH值基本保持稳定。     

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%。     

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。     

中温和高温条件下餐厨垃圾厌氧发酵产气动力学的研究

研究以餐厨垃圾为原料,在中温(37℃)和高温(55℃)条件下开展批次试验。通过测定各项产气指标探究不同温度对餐厨垃圾厌氧发酵产气性能的影响,并采用Gompertz模型和一级动力学模型对中温和高温条件下餐厨垃圾厌氧发酵累计产甲烷量进行拟合。结果表明,高温厌氧发酵最大产甲烷潜能为398.33 mL·g^-1VS,高出中温发酵32.37%,高温条件下餐厨垃圾厌氧发酵累积沼气产量和甲烷产量分别为665.89和399.41 mL·g^-1VS,显著高于中温条件下的累积沼气产量及甲烷产量。餐厨垃圾高温发酵甲烷生成速率常数k为0.43558 d^-1,高于中温发酵动力学常数(k=0.31367 d^-1),餐厨垃圾高温厌氧发酵产甲烷速率高于中温发酵。综上所述,相较于中温条件,高温条件下餐厨垃圾批次厌氧发酵产气性能更优异。     

不同预处理对餐厨垃圾厌氧联产氢气和甲烷的影响

通过批式两相厌氧消化实验,考察了不同预处理方式对餐厨垃圾和接种污泥厌氧消化联产H2和CH4的影响。酸预处理、碱预处理和热预处理都能够提高酸化阶段H2体积分数和累计负荷产氢体积,酸预处理时分别达到27.58%和40.06 m L·g-1VS,比餐厨未预处理的提高了2.03倍和2.76倍。酸化发酵液的组成与餐厨垃圾的预处理方式相关。采用碱预处理后VFAs与餐厨未经预处理的区别不大。酸预处理和70℃热预处理后乙醇含量显著降低,主要以乙酸和丁酸为主,乙酸、丁酸质量浓度之和分别达到5426.27 mg·L-1和5622.06 mg·L-1。不同方式预处理后的酸化发酵液在产甲烷阶段的累计负荷产CH4体积为631.43 m L·g-1VS~669.26 m L·g-1VS。酸预处理餐厨的酸化发酵液产甲烷阶段累计负荷产甲烷体积最高,达到669.26 m L·g-1VS,比未预处理的提高了9.10%,高于70℃热预处理的。酸预处理餐厨的单位负荷氢气甲烷联产净能量收益最高,为24.37 k J·g-1VS,比未预处理的21.94 k J·g-1VS提高了11.08%。     

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.     

响应面法优化餐厨垃圾厌氧消化工艺条件

选取有机负荷,C/N和油脂含量3个厌氧消化工艺参数,以沼气容积产气率作为厌氧消化过程的响应指标,运用响应面法(RSM)优化餐厨垃圾厌氧消化工艺条件。实验结果表明,根据实验数据建立的1个二次多项式数学模型都具有高度耦合性,根据二次多项式方程运用响应面法单独优化的最优条件分别为有机负荷9.0 kg VS·m~(-3)d~(-1),油脂含量20%,C/N为50。在该条件下,系统容积产气率达7.096 m~3·m~(-3)d~(-1)。通过响应面分析方法确定了影响餐厨垃圾厌氧消化系统工艺条件的关键因素序列为:C/N有机负荷油脂含量。     

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。     

餐厨垃圾固相物料与厨余垃圾混合中温厌氧消化工程中试研究

试验采用有效容积为4 m^3的全混式反应器,在中温(35℃)的条件下,分别进行了单一餐厨垃圾固相物料(S1)、餐厨垃圾固相物料(S1)与厨余垃圾(S2)的混合物料(S3)(混合比为2∶1)厌氧消化工程中试。结果表明,单一餐厨垃圾固相物料(S1)厌氧消化最佳运行工况为进料有机负荷(OLR)为80 kg·d^-1,停留时间(HRT)为50 d;当OLR增至115 kg·d^-1时,其平均容积产气率由2.04 m^3·m^-3d^-1降至2.02 m^3·m^-3d^-1,气体甲烷含量由61.1%降至38.4%。混合物料(S3)日进料量由80 kg提升至120 kg时,平均容积产气率由2.11 m^3·m^-3d^-1升高至2.30 m^3·m^-3d^-1,甲烷含量亦由61.9%升高至63.8%。因此,将餐厨垃圾固相物料与厨余垃圾进行混合可以有效改善物料厌氧性能,其有机负荷以及甲烷产率均表现出明显优势。     

鸡粪和餐厨垃圾中温厌氧发酵产甲烷特征及动力学

文章对鸡粪和餐厨垃圾中温厌氧发酵的产气特性和产甲烷动力学进行研究。鸡粪和餐厨垃圾按照混合比例(以VS计)为2∶1,1∶1和1∶2进行发酵,以鸡粪单独发酵和餐厨垃圾单独发酵为对照试验,底物浓度为15 gVS·L~(-1)。结果表明:鸡粪较少时(鸡粪与餐厨垃圾之比为0∶1,1∶2和1∶1)出现酸化,产甲烷的延迟期较长。甲烷产率和有机物去除率均随餐厨垃圾占比的增加而增大,餐厨垃圾单独发酵时最高,为254.4 mL·g~(-1)VS和54%。利用修正的Gompertz方程和一级动力学模型进行累积甲烷产量的动力学拟合,发现当鸡粪和餐厨垃圾的混合比例为2∶1时,获得最高的最大产甲烷速率3.65 mL·h~(-1)和转化速率常数0.4608 d~(-1),说明该混合比例下,产甲烷的代谢活性较高。     

餐厨垃圾三相分离的固态残渣与水稻秸秆混合干式厌氧消化的产气规律研究

餐厨垃圾三相分离后的固态残渣碳氮比较低,通过添加水稻秸秆调节其碳氮比后开展干式厌氧消化序批实验,考察其产气规律.结果显示:在65 d的发酵周期内,纯餐厨废渣的干式厌氧消化产气潜力为389.5 mL·g-1 VS,按5∶1的比例加入水稻秸秆的产气潜力可以达到409.9 mL·g-1 VS,二者混合发酵产气率较单一原料增加...     

餐厨垃圾与牛粪联合厌氧消化效率研究北大核心

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,VFM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7d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.     

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%。