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%。     

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。     

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。     

混合原料厌氧发酵条件优化实验研究

文章以餐厨垃圾、牛粪和园林废弃物为发酵原料进行发酵,研究原料配比、接种比和温度单因素条件对混合原料厌氧发酵产甲烷的影响;利用正交实验,研究以上因素对混合原料发酵产气特性及甲烷产量的影响,实验以挥发性脂肪酸、氨氮浓度和辅酶F420为指标;借助SPSS软件对部分正交实验数据进行回归分析评价以测试验值并预测在发酵过程中未测量天数的值。结论如下:正交实验结果分析显示影响因子主次顺序为:混合原料TS之比预处理氨水浓度(%)温度(℃)接种率(%)。混合原料厌氧发酵产沼气最优化条件组合是:混合原料(T餐厨垃圾∶T牛粪=2∶1)和园林垃圾TS之比3∶1+预处理氨水浓度2%+温度45℃+接种率20%。对实验组Z4和Z5沼气日产气量回归分析显示,三次函数的R2统计量值分别为0.933和0.916,回归性较好,并且通过回归方程y1和y2可以预测未检测的实验值。     

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%。     

不同配比牛粪与农村生活废弃物混合发酵的产气潜力研究北大核心

在恒温35℃和发酵液TS为8%的条件下,研究了不同配比(TS质量比分别为1∶9,3∶7,5∶5,7∶3和9∶1)奶牛粪和果蔬废弃物、奶牛粪和餐厨垃圾以及肉牛粪和果蔬废弃物混合发酵的产气效果。结果表明,累计产气量和TS产气量最高的是配比为5∶5的奶牛粪和餐厨垃圾,分别达20702 mL和259 m L·g^(-1),最低的则是配比为3∶7的奶牛粪和餐厨垃圾,分别仅为1173 m L和15 m L·g^(-1)。发酵过程中牛粪与生活废弃物以5∶5,7∶3和9∶1配比混合发酵的pH值均维持在6.0~7.5之间,厌氧发酵累计产气量均较高;而配比为1∶9和3∶7时,发酵过程中pH值几乎均低于5.5,厌氧发酵受到明显抑制。因此,在牛粪与生活废弃物混合发酵时,增加牛粪比例可提高厌氧发酵的累计产气量和发酵液中pH值的稳定性。     

初始pH值对微波预处理颗粒污泥厌氧发酵制氢的影响

以高浓度有机废水为发酵底物,接种颗粒污泥进行厌氧发酵制氢,通过批量试验研究了初始pH值对经微波预处理后的颗粒污泥厌氧发酵产氢的影响.结果表明:初始pH为9.0时,产氢效果最好,此时的比产氢速率达到24.23 mmolH2·(gCOD·d)-1,COD去除率约为31％,出水挥发性脂肪酸浓度为3768 mg·L-1.     

牛粪与餐厨废弃物混合比例对厌氧发酵产氢的影响

为了提高厌氧产氢菌利用复杂原料产氢的能力和稳定性,在35℃条件下,采用批式试验,考察了牛粪与餐厨废弃物混合比例对混合厌氧发酵产氢的挥发性固体产氢率、pH值、液相末端产物组成和挥发性固体去除率等发酵特性的影响.试验结果表明,当牛粪与餐厨废弃物比例接近时,体系pH值维持在5.5左右,丁酸为主要液相末端产物,二者以40:40混合时,挥发性固体产氢率和挥发性固体去除率均达到最大值,分别为17 mL/g和27.9％;当底物以餐厨废弃物为主时,体系pH值在4.0以下,乙醇为主要液相末端产物,不产氢;当牛粪为主要底物时,体系pH值在6以上,乙酸为主要液相末端产物,产氢率低.     

餐厨垃圾与堆肥预处理的玉米秸秆混合厌氧发酵

试验采用经堆肥处理过的玉米秸秆与餐厨垃圾混合厌氧发酵来提升厌氧发酵系统的稳定性。结果表明:经Modified Gompertz模型拟合,餐厨垃圾与堆肥预处理的玉米秸秆以8∶2配比有最高的甲烷产气速率49 mL·g~(-1)VSd~(-1)(甲烷积累量543 mL·g~(-1)VS)。对发酵结束时氨氮和游离氨氮浓度的分析结果显示,餐厨垃圾与玉米秸秆或经过堆肥预处理的玉米秸秆混合发酵均能降低发酵体系中的氨氮和游离氨氮浓度。对发酵过程中pH值和CO_2/CH_4进行分析显示,玉米秸秆经堆肥预处理可以使厌氧发酵系统更稳定。     

干湿耦合厌氧发酵工艺设计与发酵特性试验

针对目前大中型沼气工程存在原料单一及沼液沼渣处理难的问题,提出了干法发酵与湿法发酵相结合的干湿耦合厌氧发酵工艺,即畜禽粪便采用湿发酵,将湿法发酵产生的沼液沼渣与秸秆混合进行干法发酵.并研究了干湿耦合比例——沼液沼渣与秸秆比例(BRSR)及干法发酵渗滤液回流对发酵特性的影响,结果表明,随着湿干比例的增加启动时间缩短、产气量增加;干法发酵的渗滤液总固体质量分数为1％以下,达到了固液分离的效果,有利于循环利用和喷淋,解决了湿法厌氧发酵沼液沼渣处理难的问题,实现了沼液的循环利用.     

微量元素对餐厨垃圾厌氧发酵的影响实验

针对餐厨垃圾厌氧发酵效率和稳定性较低的问题,采用CSTR反应器在中温（37±1）℃下探究了微量元素Fe、Co、Ni、Se、Mo、W对餐厨垃圾厌氧发酵的影响。结果表明当水力停留时间为40d,有机负荷为3g/(L·d)时,添加微量元素溶液的处理组和未添加微量元素溶液的对照组的平均甲烷日产量分别为7.1、6.7L/d,两者的甲烷体积分数分别为62.7%和61.6%;当有机负荷为4g/(L·d)时,对照组甲烷体积分数下降为19.5%,而处理组稳定在60%左右,且对照组的pH值由7.35下降为5.24,厌氧发酵失败,而处理组的pH值保持在7.2左右,厌氧发酵仍能稳定运行。实验结果表明,微量元素能够在一定程度上提高餐厨垃圾厌氧发酵的产甲烷效率和稳定性。     

生物氢烷耦合微藻养殖的畜禽粪污资源化系统质量流分析

目前畜禽废弃物厌氧产甲烷技术具有发酵周期长和发酵液处理难等问题,相比之下,耦合两阶段厌氧发酵和微藻技术制取氢气和甲烷(氢烷)可缩短发酵周期,发酵液通过养殖微藻实现营养回收,且生物量增值可用于制取更多氢烷气体,是一种具有应用前景的集成系统。文章在实验室规模下构建日处理量为6 kg猪粪的耦合系统,并对其进行质量流分析。耦合系统质量流分析表明,与仅厌氧发酵产生物氢烷相比,耦合系统能量回收率提高了23.61%,且耦合系统可更有效利用氮元素,为畜禽粪污资源化途径提供参考。     

不同物料厌氧消化最佳酸化时间的研究

该试验以生活垃圾、餐厨垃圾、粪便、污泥以及它们的混合物料(生活垃圾∶粪便∶污泥∶餐厨垃圾=10∶5∶1∶1,以TS计)作为发酵原料,主要研究在常温(20℃±1℃)和中温(35℃±1℃)的条件下,不同物料达到pH值稳定状态的最佳酸化时间以及在酸化过程中TS,VS,pH值,COD理化性质的变化。最终研究结果表明:在常温条件下,生活垃圾、餐厨垃圾、粪便、污泥以及它们的混合物料(生活垃圾∶粪便∶污泥∶餐厨垃圾=10∶5∶1∶1,以TS计)的最佳酸化时间分别是5天,4天,7天,7天和4天;在中温条件下,生活垃圾、餐厨垃圾、粪便、污泥以及它们的混合物料(生活垃圾∶粪便∶污泥∶餐厨垃圾=10∶5∶1∶1,以TS计)的最佳酸化时间,分别是4天,3天,6天,5天和3天。据实验数据可知,中温条件酸化效果比常温条件酸化效果好。     

餐厨垃圾厌氧消化残余物土壤利用现状调研分析

我国餐厨垃圾处理主要采用厌氧消化技术,通过有机物的分解可以获取再生能源沼气,同时也产生大量的消化残余物(沼渣和沼液).餐厨垃圾经过厌氧消化后,大部分营养元素都保留在消化后的残余物中,具有重要的再利用价值.文章通过调研餐厨垃圾消化残余物的理化特性、营养成分的分布特点、卫生指标和植物毒性等特性指标,并与土壤利用相关标准中的...     

回流液的曝气处理对两相联合厌氧发酵过程的影响

在两相联合厌氧发酵产氢气-甲烷系统中,采用上清液回流可以避免产氢相中的酸积累现象,但容易导致菌种混合,影响有机质降解。针对该问题,论文将回流液经过曝气处理,研究曝气时间和曝气方式对发酵系统产气及有机质降解特性的影响规律。试验发现,曝气可以有效抑制产氢相中产甲烷菌活性、提高气体产量,经过间歇曝气10 min的处理组,产氢相气体产量最高,比对照组提高29.7%,同时发酵液的VFA浓度峰值也最高,但曝气对产甲烷相气体产量有消极作用。曝气处理对产氢相及产甲烷相的挥发性脂肪酸浓度变化趋势无明显影响。间歇曝气、曝气时间分别为7 min和10 min的试验中发酵系统总COD降解率最高,分别达到82.1%,78.7%,比空白组分别提高了30.1%,26.7%,但连续曝气工艺在提高产气量和COD去除率方面不如间歇曝气效果显著。     

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%。     

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。     

碱性树脂对厌氧发酵的影响

为研究碱性树脂的添加对秸秆厌氧发酵活性污泥的影响,比较研究了中温37℃条件下,接种污泥利用糖为底物进行驯化时的产气率、产甲烷率、pH值等指标的变化情况。研究结果表明,经碱性树脂驯化的活性污泥总固形物(TS)和可挥发性固形物(VS)含量与未经碱性树脂驯化的活性污泥相比降低了12.66%和19.25%。利用秸秆发酵产气阶段,对照组在第10d达到产气高峰,最高总产气量1100ml,产甲烷率为71%;而加入碱性树脂的实验组在发酵的第3~6d就形成一个产气高峰,并且最高总产气量为1550ml气体,产甲烷率可达到83%。     

酒糟厌氧消化产甲烷特性与微生物菌群结构分析

酒糟是酿酒生产过程中的副产物,以酒糟为研究对象,分别考察不同底物总固体（Total solid, TS）质量分数（0.5%、1%、1.5%、2%）、接种比（接种污泥与酒糟的挥发性固体质量比）（0.25、0.5、0.75、1、1.5）和温度（25、37、50℃）条件下酒糟的厌氧消化产甲烷特性。结果表明,随着TS浓度的增加,产甲烷量逐渐增加, 2%TS条件下可获得最大的累计产沼气量（532.8mL/g）和产甲烷量（294.7mL/g）。接种比是影响厌氧消化系统的重要因素,随着接种比的增大,系统累计产沼气和产甲烷量呈先增加后减少的趋势,在接种比为0.25和0.5的条件下,系统发生崩溃,并未产甲烷,当接种比为1时,获得最大的累计产沼气和甲烷量。当TS质量分数为2%、接种比为1.5、发酵温度为50℃的条件下,获得最大的累计产沼气量为559.4mL/g,相较37℃条件下提高了10.2%,而获得的累计产甲烷量为284.0mL/g,相较37℃并未显著提升（P>0.05）。利用修正的Gompertz模型进行产气动力学分析后,发现TS质量分数越高、接种比越大、温度越高,产甲烷迟滞期越短。同时对不同温度反应体系中的微生物群落进行了分析,发现Bacteroidetes和 Firmicutes为优势菌门,随着温度的升高,产甲烷菌逐渐由氢营养型代替乙酸营养型。因此, TS浓度、接种比和温度是厌氧发酵重要因素,初步确定2%TS、接种比为1的中温酒糟厌氧发酵产甲烷性能相对较好。