食品废物两相高温半干法厌氧发酵生产沼气初步研究

为了提高两相厌氧发酵工艺的生产性能,该文研究了一种新的两相半干法厌氧发酵沼气生产系统,即在水解相中批式发酵,每次从工作容积为4 L的产烷相中取500 mL接种液,与食品废物混合后发酵1～2 d,再全部输入产烷相继续生产沼气,如此循环.实验运行温度为50℃,食品废物总固体TS和挥发性固体VS分别为19.3%和16.1%,产烷相先在4gVS·d-1的进料率下单相运行至稳定,稳定期日产气量为(4.09±0.03)L(甲烷占69.0%),pH为7.50±0.02,TS和VS分别为(1.05±0.02)%和(0.64±0.02)%.稳定的产烷相与水解相联合后,水解相在60～700 g的进料量下都能正常产气,但氢气含量较低.产烷相在进料量600g时产气量最高,为29.1 L/d,随后受到抑制,受抑制前的甲烷含量为72.4%～74.0%,TS和VS含量也在该进料量后达到最高峰,分别为3.50%和2.32%.研究结果表明新的两相半干法厌氧发酵沼气生产系统有效提高了生产性能,在今后的研究中,需要降低从产烷相输入水解相的接种液量,以更好抑制水解相产烷微生物,提高产氢性能,还可使产烷相更加稳定,承受更高的进料量.     

NaOH固态化学预处理对麦秸沼气发酵效率的影响研究

采用NaOH对麦秸进行固态化学预处理以提高麦秸的厌氧消化效率和产气量,并对不同负荷率下麦秸的产气情况进行了试验研究。结果表明,经4%～10%（以麦秸干重计）NaOH预处理过的麦秸的总产气量、单位TS产气量、TS和VS去除率显著提高,厌氧消化时间最大可缩短22d。其中,经6%NaOH预处理后的麦秸在65g·L^-1负荷率下的单位TS产气量最高,为380.9mL·g^-1,与未处理麦秸相比,提高了49.9%,厌氧消化时间缩短了19d。说明NaOH固态化学预处理是一种提高麦秸厌氧消化效率和产气量的有效方法。     

进料负荷对中试规模餐厨和果蔬混合厌氧消化的影响

餐厨和果蔬垃圾作为城市生活垃圾的主体,产量巨大,其高含水率的特点给传统的垃圾处理方法带来极大压力。中试规模下将餐厨和果蔬垃圾按质量比8∶5混合后进行两相厌氧消化研究。在产甲烷相有机负荷为1,2,3 kgVS·m-3d-1时,系统pH值始终维持在7.0~7.3之间,产气性能良好,负荷产气量和VS去除率分别为0.97,0.78,0.72 m3·kg-1VS和84%,87%,83%。当产甲烷相负荷升至4 kgVS·m-3d-1时,由于进入产甲烷相的有机酸含量迅速增加,造成了有机酸的积累,pH值降至6.8以下,系统产气性能受到抑制,负荷产气量和VS去除率分别降至0.51 m3·kg-1VS和76%。研究发现:中试规模下,餐厨和果蔬混合厌氧消化在低负荷下可有效避免有机酸的积累,得到较高的沼气产量;高负荷下系统稳定性被破坏,导致沼气产量大幅降低。     

原料差异对厌氧消化微生物群落的影响

以餐厨垃圾、果蔬垃圾、麦秸3种不同原料分别进行厌氧消化,研究了各反应器在最佳运行条件下的消化特性和微生物群落组成。结果表明:VS产气率由高到低依次为餐厨垃圾(756.4mL·g-1VS-1)、麦秸(696.5mL·g-1VS-1)和果蔬垃圾(433.5mL·g-1VS-1),甲烷含量在51.5%～55.1%之间,利用PCR-DGGE技术系统地分析了不同原料消化系统内细菌和古菌的群落结构构成及差异。结果表明,虽然3组样品中细菌和古菌的群落存在相同的优势微生物,但其数量和群落结构差异也较为明显,细菌中以拟杆菌(Bacteroidetes)以及古菌中甲烷鬃菌属(Methanosaeta)和甲烷螺菌属(Methanospirillum)均为样品共有的优势微生物。     

餐厨垃圾超高温水解酸化过程研究

文章在超高温(70℃)条件下,以厌氧混合污泥作为接种物,对餐厨垃圾水解酸化过程中气、液代谢产物组成及其变化规律进行了分析研究,并确定了其发酵类型。结果表明,其气相代谢产物主要为CO2(73.79%)及少量H2,水解酸化48 h的单位VS产气量为31.78 m L·g-1VS;液相中VFAs主要为乙酸和乙醇(77.91%~89.06%),在水解酸化过程中乙酸含量变化较小,而乙醇增加较多,酸化结束时为初始的2.64倍;根据末端代谢产物种类和组成分析推测餐厨垃圾在超高温条件下的水解酸化类型为乙醇型发酵。     

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%。     

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。     

化粪池粪便与麦秸混合厌氧消化产气性能

文章研究了化粪池粪便与麦秸在不同有机负荷下按不同C/N在中温厌氧消化条件下的产气性能和协同作用效果。设计了3个不同有机负荷(50 g TS·L-1,65 g TS·L-1,80 g TS·L-1)和3种C/N(15,20,25)以及单一化粪池粪便和单一麦秸。研究结果表明,混合物料的产气性能明显高于单一化粪池粪便,其中混合C/N为25,上料负荷为80 g·L-1时,累积产气体积达到了最大值8220 m L,比其他混合物料的累积产气量高出3.1%~126.4%,其单位TS产气量可达到205.5 m L·g-1,单位VS产气量可达到230.9 m L·g-1,比相同负荷下单一化粪池粪便高出287.7%和284.2%。在C/N为15,上料负荷为80 g·L-1时,其协同作用值为38.16%,高出相同负荷下C/N为20和25的协同作用值的316.6%和112.6%,协同作用的贡献效果明显,可以为粪草混合原料厌氧消化提供设计和运行依据。