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。     

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。     

小球藻与小麦秸秆联合厌氧消化产沼气研究

通过分批厌氧消化实验,文章考察了异养小球藻和小麦秸秆的厌氧消化性能。在实验条件下ISR(污泥底物比)=3∶1,TS=6%,异养小球藻和小麦秸秆(C/N=10∶1)的累积沼气产量分别为5515和973 m L;联合厌氧消化(C/N=20∶1)时,获得最高的沼气和甲烷产率,分别为694.4和342.69 m L·g~(-1)。厌氧消化结束后,沼液中的氨氮和COD分别为953 mg·L~(-1)和72000 mg·L~(-1)。结果表明,异养小球藻和小麦秸秆联合厌氧消化可以获得更好的厌氧消化性能。     

KOH/NH_3·H_2O复合预处理稻草厌氧消化优化研究

文章提出一种KOH/NH_3·H_2O复合预处理稻草进行厌氧消化的绿色环保高效预处理方法,既能使稻草木质纤维素更好地进行生物降解产生物甲烷,同时能调节厌氧消化过程中的C/N,节省营养元素调配成本,且厌氧消化后产生的沼渣含K可直接用作沼肥,不会产生环境污染。运用正交实验法对预处理剂浓度(1%KOH+1%NH_3·H_2O,2%KOH+2%NH_3·H_2O,2%KOH+4%NH_3·H_2O,4%KOH+2%NH_3·H_2O)、预处理温度(20℃,30℃,40℃,50℃)、水添加量(稻草干重的3倍,6倍,9倍,12倍)、预处理时间(1 d,2 d,3 d,4 d)进行了优化筛选,试验结果表明,复合预处理稻草厌氧消化甲烷总产量为8738～10492 mL,比未预处理稻草(7343 mL)提高了19.0%～42.9%,效果明显(p<0.05)。对1%KOH+1%NH_3·H_2O复合预处理与2%KOH,2%NH_3·H_2O单试剂预处理稻草厌氧消化性能进行了比较。试验表明,复合预处理组累积产甲烷量及单位VS产甲烷量分别为10404 mL,244 mL·g^-1VS,比未处理稻草提高41.7%,比2%KOH预处理组提高19.4%,比2%NH_3·H_2O预处理组提高16.4%;1%KOH+1%NH_3·H_2O复合预处理组T₈₀为34 d,比未预处理,2%KOH,2%NH_3·H_2O单试剂预处理组分别提前9 d,7 d,2 d。KOH/NH_3·H_2O复合预处理能够促进稻草厌氧消化产甲烷,缩短厌氧消化周期,增加沼渣沼液肥效。     

纤维素酶预处理对木糖渣沼气发酵性能的影响

为研究纤维素酶预处理对木糖渣发酵产沼气的影响,试验将经过纤维素酶预处理和未经纤维素酶预处理的木糖渣分别作为厌氧消化的底物,考察其沼气发酵性能。结果显示:按40 FPU·g~(-1)用量添加纤维素酶(酶活力400 FPU·mL~(-1))对木糖渣进行预处理后,酶解液中的还原糖浓度达到30 g·L~(-1),继续增加纤维素酶用量,还原糖含量增加不明显。试验组相比于对照组总固形物(TS)和挥发性固形物(VS)的利用率分别提高19.47%和21.85%。在20 d试验期内,试验组产气量是对照组的2.34倍。两实验组获得的沼气中甲烷浓度相当,均在60%左右。利用纤维素酶对木糖渣预处理可提高木糖渣的利用率和沼气生产能力。     

预处理和菌种驯化对剩余污泥连续厌氧消化的影响

为了提高剩余污泥厌氧消化的转化效率,文章探讨碱/超声联合预处理和菌种驯化对污泥厌氧连续消化的影响。实验结果表明:碱/超声联合预处理可以提高污泥的可生化性,污泥的SCOD增加了9742.9 mg·L~(-1),在后续的厌氧消化中甲烷产量提高20%;与原始菌种相比,驯化菌种可提高产甲烷量6%;污泥连续厌氧消化的最适有机负荷可达到2.3 kg VS·m~(-3)d~(-1),水力停留时间缩短为20 d。     

猪粪干式厌氧消化中试试验研究

试验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。结果表明,随着进料量由300 kg·d~(-1)提高到450 kg·d~(-1),系统表现出了较好的稳定性,沼气产量为30~35m3·d~(-1),甲烷含量在57%~62%范围内,含水率下降到81%~82%,VS下降到71%~72%,VS去除率在40%左右,p H值在7.98~8.20范围内,碱度由15000 mg·L~(-1)升高到23000 mg·L~(-1)。随着试验的进行,系统氨氮浓度不断增加,为了防止氨氮抑制情况的发生,从第42天开始对出料进行固液分离,只回流沼渣,最后氨氮浓度稳定在5000 mg·L~(-1)左右,游离氨浓度在750 mg·L~(-1)左右,厌氧消化系统没有出现明显的抑制现象。但就产气情况来看,随着进料量的提高,产气量并没有上升,系统现阶段处于抑制平衡状态。     

4种白腐菌预处理提高玉米秸秆厌氧消化性能研究

为提高玉米秸秆厌氧消化产气性能,文章采用4种白腐菌(Pleurotus ostreatus,Ceriporiopsis subvermispora,Trametes versicolor和Phanerochaete chrysosporium)对其进行预处理。通过测定白腐菌微生物生长曲线及进行厌氧消化实验验证,发现C.subvermispora预处理效果最佳,能够在15天时间内径向完全覆盖秸秆,生长速率大,为167.75μm·h~(-1),对木质素的相对选择降解系数最高,为0.85。厌氧消化实验结果显示,C.subvermispora预处理玉米秸秆累积产甲烷量为225.94 L·kg~(-1)VS,较未预处理提高了12.32%,T_(80)产气周期缩短8天。说明,C.subvermispora预处理能够提高玉米秸秆厌氧消化产气性能。     

沼渣水热炭添加对猪粪中温厌氧消化的促进作用

为探明沼渣水热炭添加对猪粪中温厌氧消化产气的影响,该研究以190℃水热炭化制备的猪粪沼渣水热炭(H-190)为研究对象,采用批次发酵实验,探讨H-190添加对猪粪中温(37℃)厌氧消化产气特性的影响。结果表明,TS=4.0%的猪粪中温厌氧消化系统中,添加H-190后系统的平均产气量和产甲烷量分别为313.07和191.35 m L·g~(-1)VS,较纯猪粪处理提高了29.81%和26.22%;而TS=8%的体系中,添加H-190后,二者分别为233.59和145.00 mL·g~(-1)VS,较纯猪粪处理提高了12.08%和13.39%。添加H-190可提高TS=4%猪粪中温厌氧发酵系统的消化效率,缩短厌氧消化的延滞期,但对TS=8.0%的系统则相反。沼渣水热炭优良的表面特性是缓解猪粪厌氧消化过程中中间代谢物质的抑制、促进微生物间的电子传递、提高系统消化产气和产甲烷的主要原因。该研究对养殖场粪污厌氧消化高效处理具有工程指导意义。     

醋渣和芦苇混合厌氧消化产气潜力测定

文章考察了醋渣和芦苇的混合厌氧消化产气潜力,以4%NaOH预处理前后醋渣、芦苇、两者混合物料进行厌氧消化实验,并对实验结果进行了方差分析和修正Gompertz方程曲线拟合。结果表明:醋渣和芦苇有较好产气潜力,日产甲烷含量均可达58%,单位VS产沼气量为286 m L·g~(-1)VS和331 m L·g~(-1)VS,二者的混合发酵TS和VS去除率可达45.9%和48.9%;与未预处理的醋渣厌氧消化相比,用4%Na OH预处理醋渣,或将醋渣与芦苇混合,或醋渣-芦苇混合后再用4%Na OH处理,其厌氧消化均能明显提升产气性能。可使T90分别缩短4天,6天和10天,单位VS产甲烷量提高30.6%,29.0%和53.2%,TS(VS)去除率提高18.7%(25.0%),38.4%(15.3%)和56.0%(32.2%)。     

温度对猪粪厌氧发酵中Cu,Zn,Cr形态的影响

文章试验以猪粪为发酵原料,采用厌氧发酵技术,在接种物为20%,TS为12%,pH值为7的条件下进行25 d,研究20℃和35℃对猪粪厌氧发酵沼渣沼液中重金属形态的影响,结果表明:1)20℃条件下发酵前后总有效态Cu含量由13.43 mg·kg~(-1)降为9.59 mg·kg~(-1),发酵后在沼渣中占87.9%;35℃总有效态Cu含量升为14mg·kg~(-1),在沼渣中占95.93%。2)20℃发酵前后总有效态Zn含量由73.76 mg·kg~(-1)降为59.74 mg·kg~(-1),发酵后在沼渣中占88.87%;35℃总有效态Zn含量降为43.87 mg·kg~(-1),在沼渣中占81.51%。3)20℃发酵前后总有效态Cr含量由0.28 mg·kg~(-1)升为0.59 mg·kg~(-1),发酵后在沼渣中占49.15%;35℃总有效态Cr含量升为1.05mg·kg~(-1),在沼渣中占87.62%。20℃和35℃猪粪厌氧发酵后重金属含量均低于国内外关于有机肥的标准。     

氨水与冻融复合改性玉米秸秆对其高温厌氧消化过程的影响

文章采用CSTR高温反应器进行改性玉米秸秆厌氧消化实验,观察3个有机负荷(1.6,1.8和2.0 g·L~(-1)d~(-1))阶段下高温厌氧消化产甲烷性能变化和过程指标变化。实验结果表明,氨-冻融组玉米秸秆高温厌氧消化产甲烷性能最好,其单位VS产甲烷量在3个有机负荷条件下分别为314,309和306 mL·g■,比未处理组分别提高了16.1%,19.3%和22.6%,比水-冻融提高了8.9%,10.6%和13.8%。且随着有机负荷的提高,3个高温系统厌氧消化过程指标(挥发性脂肪酸、pH值、氨氮、碱度和溶解性COD)值呈现出了一定的规律,且稳定性均良好,其中,氨-冻融组厌氧消化系统过程中氨氮值为658～1148 mg·L~(-1),未达到抑制值。因此,对于工程应用来说,氨-冻融复合改性可作为提高玉米秸秆厌氧消化产甲烷量和生物降解性的一种重要方式。     

铵氮对ASBR装置厌氧污泥产甲烷活性的影响

为研究铵氮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铵氮(NH~+_4-N)浓度负荷的对应关系两种判断方法,用于确定铵氮(NH~+_4-N)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厌氧序批间隙式反应器(Anaerobic sequencing batch reactor,以下简称ASBR)的进水基质,测定铵氮(NH~+_4-N)对厌氧污泥产甲烷活性的毒性负荷,发现厌氧污泥对铵氮(NH~+_4-N)有一定的耐受能力;在进水铵氮(NH~+_4-N)浓度≤1 g·L~(-1)时,对厌氧污泥的产甲烷活性无显著影响,但当进水铵氮(NH~+_4-N)浓度在1.5～7.5 g·L~(-1)d~(-1)之间时,厌氧污泥产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铵氮浓度呈现明显负相关关系,由此可得,使厌氧污泥活性下降10%和50%的铵氮(NH~+_4-N)浓度分别为1.61 g·L~(-1),1.88 g·L~(-1)和6.82 g·L~(-1),6.69 g·L~(-1)。实验说明适当的铵氮(NH~+_4-N)可以提升ASBR中厌氧污泥的产甲烷活性,但过高的铵氮(NH~+_4-N)浓度则会抑制产甲烷活性。     

4省市沼渣沼液养分含量和重金属分析

沼肥施用有利于农业废弃物的资源化利用,但目前关于沼渣沼液特性的研究多限于单一地区同一类型沼气池的沼渣沼液分析。对于不同区域,不同大小沼气池,沼渣与沼液间的特性差异并没有深入的研究。文章对湖南宁乡、浙江江门、安徽安庆和河南郑州4个地区的户用沼气池和小沼工程中的沼渣、沼液中养分物质含量和重金属进行了研究,旨在了解不同地区、不同类型沼渣沼液的养分和安全风险差异,为科学利用提供依据。结果表明,小沼工程的沼渣沼液在大部分营养组分和重金属含量方面,普遍少于户用沼气池。4个地区沼液中有机质,TN,TP,TK,速效N的最高含量分别为111.94 g·L~(-1),3.38 g·L~(-1),0.426 g·L~(-1),6.59 g·L~(-1),1682.60 g·L~(-1);而沼渣中的最高含量分别为773.2 g·kg~(-1),34.62 g·kg~(-1),33.63 g·kg~(-1),40.40 g·kg~(-1),4110.00 g·kg~(-1)。沼渣养分含量的变异系数小于沼液。4个地区沼渣与沼液的重金属含量变异系数都较大,有7组样本的沼液中重金属的变异系数超过了100%。沼渣20组样本有11组样本重金属超标,沼液20组样本共有16组样本重金属超标。沼渣中的超标重金属分别为镉和砷,沼液中5种主要有毒重金属均有样本超标,且汞与砷的超标现象最为严重。与沼液相比,沼渣拥有更高的营养含量,更低的重金属污染。     

有机磷农药乐果在厌氧消化系统中降解的实验研究

为了解决有机磷农药对环境造成的持久性污染,文章研究了利用厌氧消化法来降解有机磷农药。厌氧消化的原料采用废弃大白菜,有机磷农药采用乐果。利用乐果对乙酰胆碱酯酶具有抑制作用得原理,采用分光光度法测定乐果在废弃白菜厌氧消化系统(湿发酵)中的浓度变化。实验结果表明乐果农药在厌氧消化系统中具有降解趋势,初始乐果滴入量越少厌氧消化罐中的乐果降解周期越短,在实验所设置的厌氧消化系统负荷之下,160 mg·L~(-1)的乐果是此系统能够消解的极限。实验结果同时表明,乐果的浓度达到90 mg·L~(-1)以上时,逐渐开始出现对厌氧消化系统产沼气的抑制作用,系统的产沼气能力降低,乐果浓度在150 mg·L~(-1)以上时已对产气造成了严重抑制。     

链霉素菌渣与酱油渣混合厌氧发酵协同作用

为提高链霉素菌渣厌氧发酵效率,文章以链霉素菌渣含固率20 gVS·L~(-1)为基础,通过添加不同比例的酱油渣(依次为5 gVS·L~(-1),10 gVS·L~(-1),15 gVS·L~(-1),20 gVS·L~(-1)),中温30℃,进行批式混合厌氧发酵。定期监测体系的产气情况和发酵液理化性质,结果发现链霉素菌渣与酱油渣进行混合厌氧发酵,显著提高系统启动速率,总产气量和产气能力相比于两种原料单独处理均显著提高,链霉素菌渣+酱油渣的添加量为20+15 gVS·L~(-1)时的产气能力最高。4种比例混合处理发酵过程中的pH值,氨氮,SCOD,VFA等变化趋势基本一致。对混合发酵过程中的BMP实验结果进行产沼气协同效果评估,菌渣和酱油渣添加比例为(20+5～20+15)gVS·L~(-1)时,两种底物混合发酵具有显著协同作用,提高沼气产量20%以上。     

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。     

疫病动物尸骸废水高温厌氧消化中的氨抑制

在不同的pH值和进水总氨氮(TAN)浓度下进行批次实验,对疫病动物尸骸废水高温厌氧消化中的氨抑制作用进行了研究。结果表明,分别固定pH值为7.0,7.4,7.8,8.2时,每个pH值下设置4个初始TAN浓度为100,800,1400,2400 mg·L~(-1),COD去除率分别下降了11.1%,26.7%,50.4%,74.4%,游离氨(FAN)浓度则分别从4,9,20,38 mg·L~(-1)上升到90,214,474,916 mg·L~(-1),FAN浓度的升高是反应器COD去除率下降的主要原因。产酸作用与产甲烷作用受氨抑制程度均随着TAN的升高而增加,且pH值越高,增加的趋势越明显,pH值为8.2时,FAN对两者的IC_(50)分别为843和453 mg·L~(-1),产甲烷作用比产酸作用对FAN更敏感,这导致VFA在反应器中积累。总VFA分别由26,48,129,214 mg·L~(-1)升至150,304,528,656 mg·L~(-1),其中乙酸分别由22,28,76,90mg·L~(-1)升至90,154,356,426 mg·L~(-1),VFA的积累类型表现为乙酸型,FAN抑制了乙酸营养型产甲烷菌的活性。     

奶牛养殖污水厌氧消化液好氧后处理的试验研究

文章采用批式厌氧消化试验加试验模拟序批式活性污泥法(SBR)工艺处理奶牛场养殖污水。研究了该组合模式对奶牛场养殖污水的处理效果,同时讨论了对化学需氧量(COD),NH4+-N,总氮(TN)和总磷(TP)去除原因。厌氧消化停留时间分别为3,6,9,12,15,18 d;试验模拟SBR工艺周期为12 h。试验表明在厌氧消化9 d时,COD和BOD5的去除率分别为82.1%和96.9%,接近最大去除潜力,剩余的主要为难降解COD。在试验模拟SBR活性污泥条件下,好氧段对于厌氧消化时间在0～9 d内的厌氧消化液的NH4+-N去除效果比较好,最高可以达到97%。厌氧-好氧组合除氮除磷的效果是较理想的,去除率均达到近90%。在厌氧消化3～9 d内,好氧段12 h,能够将奶牛场养殖污水原水的TN含量从731 mg.L-1降解到99 mg.L-1,TP含量从66 mg.L-1降解到7 mg.L-1。如果厌氧消化时间过长,超过9 d,厌氧消化液碳氮比值很低,对厌氧消化液好氧后处理带来不利影响。研究结果为进一步优化养殖污水沼气工程处理提供了一定的参考价值。     

沼液预处理玉米秸秆与牛粪混合厌氧消化产气性能的研究

文章用沼液预处理玉米秸秆后与牛粪按3∶1混合,进行中温(35℃±1℃)批式厌氧消化实验,考察沼液预处理玉米秸秆对混合厌氧消化产气性能的影响。通过全因素实验设计,对不同沼液浓度(过5目,10目,20目,40目滤网的沼液)和不同沼液固体含量(10%,15%,20%,25%)条件下预处理的玉米秸秆与牛粪混合厌氧消化的产甲烷性能进行分析。结果表明:不同浓度的沼液在不同的固体浓度下预处理玉米秸秆后与牛粪混合厌氧消化的负荷产甲烷量较未预处理组显著提高,消化时间明显缩短。当沼液过5 M筛网,预处理固体浓度为15%时可获最大负荷产甲烷量238.35 mL·g~(-1)VS,相比未预处理组173.43 mL·g~(-1)VS提高37.43%,而厌氧消化周期T90(26天)相对未预处理组(39天)缩短33.33%。