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。     

进料含固率对餐厨垃圾两阶段厌氧消化的影响

试验在中温(35℃)条件下利用主要由800 L高固反应器(HSR),200 L缓冲罐和1000 L升流式固体反应器(USR)组成的两阶段中试厌氧系统对餐厨垃圾进行了处理,比较从1%~10%的不同含固率(TS)对两阶段厌氧系统的COD_(cr),OLR,pH值,VFA,TS,SVI和甲烷产率的影响。结果表明,进料含固率在6%以下时,HSR对餐厨垃圾固体残渣去除效果明显,可以保证进入USR反应器内液体中固体含量小于1.5%,USR反应器COD去除率也同样保持在80%以上,同时产气效率最高达到294 L·kg~(-1)COD_(removal)。当原料TS大于6%时,HSR对餐厨垃圾残渣处理效果偏差,排液TS达到1.8%以上,同时USR反应器COD去除率和甲烷产率也受到影响,出现明显的降低。总体来说,两阶段反应体系进料TS浓度在6%以下时对餐厨垃圾处理效率、固体残渣处理效率和甲烷产率都得到了良好的效果。     

柑橘渣和茶渣共发酵产甲烷及动力学特性

文章针对四川省农产品加工业中产生的柑橘渣和茶渣再利用效率低的问题,采用批次厌氧发酵工艺,在中温(37℃±1℃)条件下,研究了基于挥发性固体不同混合比(10∶0,7∶3,5∶5,3∶7和0∶10)的产甲烷过程,通过分析产甲烷效率和物料分解效率,比较了不同混合比物料的产甲烷特性;采用Modified Gompertz模型分析了产甲烷动力学,以期为两种有机固体废弃物的高效化产甲烷提供可靠的工艺参数。结果表明,单一的柑橘渣和茶渣均能正常产甲烷,但混合物料能产生显著的协同效应,甲烷产量和底物分解效率均显著高于单一物料;当柑橘渣和茶渣混合比例为5∶5时,物料的总固体分解率、挥发性固体分解率、原料甲烷产率和容积甲烷产率均最高,分别为58.81%,75.29%,143 mL·g~(-1)VS_(added)和0.48 L·L~(-1)d~(-1)。根据动力学分析结果,延滞期(λ)随茶渣添加量的增加而延长,具有较高甲烷产量的混合比物料(5∶5)的水力停留时间为7 d。     

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%。     

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。     

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。     

猪粪干式厌氧消化系统稳定性及其耐氨氮机制分析

随着我国畜牧业快速发展,畜禽粪便量激增,已经成为许多城市及农村的新兴污染。文章采用牛粪消化液为接种物,在中温(36℃)条件下,对猪粪进行了干式厌氧消化中试试验,旨在探索其最佳的进料量、系统稳定性和潜在的氨抑制问题。研究结果表明,当进料量为600 kg·d~(-1)时,沼气产量,甲烷含量,VS降解率,物料产气率,甲烷产率分别为45~55 m~3·d~(-1),62%,50%,117~143 mL·g~(-1)VSd~(-1),72~88 mL·g~(-1)VSd~(-1)。从综合产气率和VS降解率两方面评价,当进料量为600 kg·d~(-1),该干式厌氧消化中试系统运行稳定、处理效率高,并可获得较好的产气效果。在该条件下,氨氮与游离氨浓度与系统产气性能没有直接线性关系,且在浓度分别高达5000 mg·L~(-1)和1100 mg·L~(-1)时系统没有明显的抑制作用,因为系统内的微生物尤其是产甲烷菌在高浓度氨氮的环境下受到一定程度的驯化,对高浓度氨氮有了更强的抵抗力。     

雄安新区白洋淀芦苇和牛粪干式厌氧发酵制气研究

文章以雄安新区白洋淀芦苇秸秆生物质原料为研究对象,设计两种方案:分别以芦苇秸秆/牛粪混合物料、纯芦苇秸秆进行干式厌氧发酵,对发酵前后的芦苇秸秆进行微观结构观察,对比分析总固体含量(TS)、挥发性固体含量(VS)、酸碱度(pH值)、电导率、碳元素、氢元素、氮元素、碳氮比值的变化,以及产生沼气的甲烷浓度变化。结果表明:芦苇秸秆经发酵之后,物理结构上发生了较大的变化,呈松散、不规则、疏松多孔的状态,表面也变得不平整;对比物料发酵前后理化性质,TS和VS含量明显下降,pH值、电导率变化范围不大,碳元素含量下降;芦苇秸秆/牛粪混合物料发酵效果优于纯芦苇秸秆发酵,混合物料发酵沼气累计产量为578.60 mL·g~(-1) VS_(added),甲烷浓度最高为65.08%,纯芦苇秸秆发酵沼气累计产量为420.21 mL·g~(-1) VS_(added),甲烷浓度最高50.54%。     

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。     

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。     

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。     

秸秆动态厌氧发酵影响因子研究

文章以玉米秸秆为例,研究了搅拌和进出料方式对秸秆厌氧发酵产气潜力的影响。结果表明,对于顶部进料动态厌氧消化装置,适当搅拌可以显著增加产气量,平均池容产气率比不搅拌反应器提高了65.4%。相对于底部进料,"顶部进料-搅拌"方式并没有表现出运行优势,其池容产气率仅提高了2%,并且表现出出渣困难。研究还表明,底部进料方式下秸秆高温(52℃±1℃)动态厌氧消化运行的最高有机负荷为4.71 kg TS·m~(-3)d~(-1)左右,产生的沼气中甲烷含量恒定在45%~47%之间。     

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。     

搅拌时间和顶空低压对猪粪产甲烷速率的影响

文章讨论了搅拌持续时间和发酵罐顶空低压对猪粪高温厌氧发酵甲烷生产率的影响。结果显示,间歇搅拌(搅拌频率为2 h·d~(-1))发酵罐的产甲烷速率显著(P0.05)高于连续搅拌(24 h·d~(-1))。当水力停留时间为20d和15 d时,间歇搅拌的发酵罐相比连续搅拌发酵罐的产甲烷速率分别高8%~17%和4%。当水力停留时间为20 d时,顶空低压(0.9 atm)处理的发酵罐产甲烷速率比连续搅拌发酵罐高9%。但是,当水力停留时间为15天时,则没有明显差异,产甲烷速率仅高了4%。以上结果得出,高温厌氧消化过程中,间歇搅拌和顶空低压可以增加猪粪的厌氧发酵效率。     

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。     

蜀葵发酵产沼气潜力研究

为解决蜀葵废弃物浪费及污染环境问题,以蜀葵叶子、蜀葵秸秆、蜀葵花籽为原料,分别进行中温(35℃±1℃)条件批量式沼气发酵实验;发酵料液的TS浓度均为6%,沼气发酵实验的运行时间为22 d。实验结果表明:蜀葵叶子、蜀葵秸秆、蜀葵花籽发酵产沼气的潜力分别为397 mL·g~(-1)TS,481 mL·g~(-1)VS; 264 mL·g~(-1)TS,280 mL·g~(-1)VS; 290 mL·g~(-1)TS,314 mL·g~(-1)VS;池容产气率分别为0.39 mL·mL~(-1)d~(-1),0.26 mL·mL~(-1)d~(-1),0.28 mL·mL~(-1)d~(-1),蜀葵叶子的产气潜力明显大于蜀葵花籽和蜀葵秸秆的产气潜力,且蜀葵叶子的甲烷含量也较后两者高,说明蜀葵叶子产出的沼气品位较后两者好。与其他原料相比表明:蜀葵适合用作发酵产沼气的原料,且蜀葵叶子发酵产出的沼气品质较好。     

水热预处理对提高牛粪厌氧产甲烷性能的研究

为了研究水热预处理对牛粪厌氧产甲烷性能的影响,文章采用不同的温度(50℃,70℃,90℃,100℃,150℃和200℃)分别对牛粪进行预处理(5 min～3 d),再进行中温批式厌氧消化实验。结果表明:最优的预处理条件是70℃预处理3 d,牛粪的甲烷产量最高,达到176.36 m L·g~(-1)VS,比未经处理的提高了21.00%;VS去除率为39.64%,比未经处理的提高了6.34%。此外,牛粪经不同水热预处理后的VS水解率达到2.78%～16.25%。部分预处理组的还原糖和VFAs浓度分别达到66.20～118.51 mg·L~(-1)和8230.14～12135.72 mg·L~(-1),分别比对照组提高了7.31%～92.11%和8.03%～59.29%。所以水热温度和时间是预处理过程中的重要影响因素,并且在较低温度下预处理效果最好。     

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。     

牛粪和厨余废物不同混合比例下厌氧消化的试验研究

对不同比例的牛粪和厨余废物混合厌氧消化进行了试验研究。试验结果表明,牛粪和厨余废物的混合比例对于消化效果有显著影响。根据系统的稳定性、COD去除率和甲烷产率等进行综合考虑,确定牛粪和厨余废物中VS最佳比例为1∶1。在此比例下,其甲烷产率和COD去除率比牛粪单独消化时分别提高了76%和26.4%,去除COD的产气率为0.19L.g-1,VFA/TA比值为0.35,系统稳定性很好。当牛粪和厨余废物VS比例为1∶3和1∶6时,酸化相和甲烷相反应器中有丙酸抑制现象。本试验没有发现氨氮抑制,但是随着厨余废物比例增加,系统的稳定性变差。