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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

多元混合物料协同厌氧消化产甲烷性能研究

为研究农牧废弃物多元混合物料协同厌氧消化对产甲烷性能的影响,文章以牛粪、蔬菜废弃物和玉米秸秆为发酵原料,分别设定了单一原料、两种及3种混合原料发酵组,在中温(37℃±1℃)和固体质量分数为12%条件下进行厌氧消化实验。结果表明:混合厌氧消化的协同作用贡献率为25.84%~39.83%,显著提高了产甲烷能力。三物料混合厌氧消化产甲烷性能明显优于两种混合物料,当牛粪、蔬菜废弃物和玉米秸秆VS混合比例为1∶0.4∶0.6时,累计甲烷产量达到最大值20713 m L,比其他单一物料和混合物料厌氧消化甲烷产量提高了11.86%~23.65%。修正的Gompertz方程能较好反映物料厌氧消化产甲烷过程,拟合结果的R2在0.9872~0.9986之间。该研究结果可为农牧废弃物多元混合物料厌氧消化产沼气工程提供参考。     

废弃食用油脂中温厌氧发酵特性研究

为了研究废弃食用油脂中温厌氧发酵特性,对废弃食用油脂进行了中温35℃±1℃批式发酵,主要考察了不同原料与接种物比(F/I)和碳氮比(C/N)条件下,甲烷产量和FVA的变化情况,并运用修正的Gompertz模型对其产气模型进行动力学拟合。实验结果表明,在中温条件下,F/I比值为1∶6,1∶3,1∶2和2∶3时,废弃油脂都能较好地进行厌氧发酵产甲烷,最大产甲烷产量分别为737,418,342和300 m L·g~(-1)TS。采用修正Gompertz模型分别对1∶6,1∶3,1∶2和2∶3实验组产甲烷曲线进行拟合,得到产甲烷潜力分别为823.68,461.12,379.43和339.20m L·g~(-1)TS,最大产甲烷速率分别为56.25,31.03,24.79和20.63 m L·d~(-1)g~(-1)TS。C/N值为28∶1,14∶1,7∶1和4∶1时,随着C/N减小最大产甲烷产量不断增大,分别为185,308,395和460 m L·g-1TS。     

生物炭在柑橘皮厌氧发酵中作用机理研究

该研究主要调查柑橘皮废料厌氧消化能力在不同类型的生物炭和不同比率下的影响。柑橘皮对厌氧消化有抑制作用。生物炭的存在有两种影响:相对于只有柑橘皮废料的培养来说,它减少了迟滞期的长度,并且使甲烷的产量更高。微生物迟滞期随着柑橘皮与生物炭比例的增加而降低,在比例为2∶1时停滞期最长,为9.4 d,在比例为1∶3时迟滞期最短,为7.5 d。生物炭和柑橘皮培养中累积的甲烷产量在163.9到186.8 mLCH_(4 )·g~(-1)VS之间变动,而只有柑橘皮培养中的甲烷产量只有165.9 mLCH_(4 )·g~(-1)VS。在检测生物炭材料时发现了推测的产甲烷菌群。D-柠檬烯吸附和微生物固定化的协同作用在生物炭的影响下会提高厌氧消化的性能。     

果汁生产废弃烂果的产甲烷能力及厌氧消化影响因素研究北大核心

为了有效处理苹果汁工业生产过程中产生的高碳氮比(C/N=51.4)和低碱度的固体废弃物烂苹果,该研究采用序批式和连续式发酵工艺,评估烂苹果的厌氧消化产甲烷能力,并考察了氮源、碱度的添加和回流工艺对反应体系稳定和产甲烷效率的影响。研究表明,烂果的比甲烷产率可到达472.1 m L·g^(-1)VS。添加40 mg·g^(-1)TSNH_4Cl和50 mg·g^(-1)TS Na_2CO_3可以补充厌氧消化反应中消耗的碱度和氮源,提高反应体系的缓冲能力,并分别提升比甲烷产率11.6%和1.2%。消化污泥的上层固体的回流有助于提高反应效率,实现资源和能量的回收利用,负荷为1.6 g TS·L^(-1)d^(-1)时烂果的比甲烷产率可以达到398.0 m L·g^(-1)VS,提高22.3%,烂苹果中89.9%的能量能以甲烷的形式回收。     

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。     

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。     

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。     

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。     

渗滤液与菜场生物质垃圾厌氧消化研究

在CSTR系统下采用逐渐提高有机负荷的半连续进料方式,研究中温(35℃)条件下渗滤液与菜场生物质垃圾混合厌氧消化的规律和性能。研究表明,试验在有机负荷条件下,以垃圾填埋场渗滤液为培养液的CSTR厌氧消化系统能顺利的进入甲烷化阶段,两种不同物料填料下,甲烷产率均稳定。当有机负荷提升到1.25 gVS·L-1d-1时,系统出现了最大日产气量、最大日产甲烷量和最大单位产甲烷率,其中以菜场生物质垃圾为物料的VS分别为6.25 L·g-1,4.58 L·g-1和0.62 L·g-1;以菜场生物质垃圾与渗滤液按7∶3比例混合填料的VS分别为6.10L·g-1,4.15 L·g-1和0.67 L·g-1。1.25 gVS·L-1d-1有机负荷时,产气性能更佳。     

盐分对ASBR装置厌氧污泥产甲烷活性的影响

为研究盐分对处理餐厨垃圾的厌氧污泥产甲烷活性的影响,文章设计了甲烷转化率和日均甲烷产量与进水Na Cl浓度负荷的对应关系的两种判断方法,用于确定盐分对厌氧污泥产甲烷活性的毒性负荷。结果表明:中温条件下(30℃～35℃),以模拟餐厨垃圾组分的混合短链脂肪酸为ASBR的进水基质,测定盐分对厌氧污泥产甲烷活性的毒性负荷,发现厌氧污泥对盐分有一定的耐受能力;在进水Na Cl浓度≤16 g·L~(-1)时,对厌氧污泥的产甲烷活性无显著影响,但当进水中的Na Cl浓度在24～64 g·L~(-1)d~(-1)之间时,厌氧污泥甲烷活性毒性负荷两种判定方式,即厌氧污泥中的甲烷日均产量和甲烷转化率均与Na Cl浓度呈现明显负相关,由此可得,使厌氧污泥活性下降10%和50%的Na Cl浓度分别为22.07 g·L~(-1),21.73 g·L~(-1)和51.22 g·L~(-1),50.74 g·L~(-1)。说明适当的盐分可以提升ASBR中厌氧污泥的产甲烷活性,但过高的盐分浓度则会抑制产甲烷活性。     

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。     

沼液回流比与有机负荷对秸秆厌氧发酵特性的影响

以混合秸秆为唯一原料,混合接种瘤胃液与污泥,在半连续固态进料反应器中研究不同回流比和有机负荷组合对甲烷产率、发酵特性的影响。结果表明,在6个阶段中,当有机负荷(OLR)为4 g/(L·d),回流比为1∶1时,甲烷平均产率达到了768 m L/(L·d);单位秸秆TS产甲烷量为202 m L/g,具有明显成本优势。当OLR升高到6 g/(L·d)时,VFA积累明显,丙酸质量浓度高达6.54 g/L,并且出现丁酸的积累;该阶段氨氮质量浓度明显升高,达到了632.51 mg/L。固渣中纤维素和半纤维素在第2阶段降解程度最高,降解率达到了88.81%,而水解酶活和产甲烷效率的变化相关。通过三维荧光光谱分析,发现沼液中类酪氨酸产物、辅酶F420及腐殖酸类有机物的变化受回流比和有机负荷的影响,能直接反映产甲烷和发酵特性,而且腐殖酸类物质的积累是产甲烷作用受到抑制的重要原因。因此,合适的回流比和有机负荷对秸秆沼气工程长期稳定运行尤为关键。     

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。     

存储时间和固体含量对水泡粪甲烷发酵性能的影响

在规模化养猪场中,生猪的转栏和出栏使猪舍储粪池水泡粪的存储与排放具有周期性,而季节性用水量的差异还会导致水泡粪总固体物(TS)含量的显著变化,影响其后续甲烷发酵的效能。文章利用静态发酵试验,对比研究了存储时间(14 d,28 d)和TS(3%,5%和7%)对水泡粪甲烷发酵性能的影响。结果表明,较长的存储时间和较低的TS可使水泡粪甲烷发酵的产甲烷效能和污染物去除性能更佳,而存储时间的影响要显著大于TS的影响。对于存储时间为28 d,TS为3%的水泡粪,其累积甲烷产量和比产甲烷速率分别可达3.02 L·L-1和0.13L·L-1d-1,溶解性COD和挥发性固体物的去除率分别达到63%和55%。对于存储时间为14 d的水泡粪,由挥发性脂肪酸积累导致的较低pH值,会严重抑制产氢产乙酸菌群和产甲烷菌群的生长代谢,是限制其甲烷发酵性能的主要因素。