纤维素对污泥厌氧消化产气性能及微生物形态的影响

为考察纤维素对剩余污泥厌氧消化产气性能及微生物形态的影响,在温度为35℃±1℃条件下,采用半连续方式进样,剩余污泥和纤维素根据有机质(VS)的添加量,即VS污泥∶VS纤维素=5∶1,2∶1,1∶1,进行联合厌氧消化。通过对厌氧消化过程中的日产气量,稳定期的甲烷含量、产甲烷活性及微生物形态进行监测与分析。结果表明:纤维素的添加可提高厌氧消化混合物料的营养平衡,有利于厌氧消化的进行;三种不同纤维素添加量与污泥联合厌氧消化的日产气量分别约为对照组(未添加纤维素)日产气量的2.4倍,4.8倍和9.2倍;沼气中CH4所占比例分别约为对照组的1.6倍,2倍和2倍;产甲烷活性分别为45 m L·g~(-1)VSS·d~(-1)(对照组),73 m L·g~(-1)VSS·d~(-1),94m L·g~(-1)VSS·d~(-1)和120 m L·g~(-1)VSS·d~(-1)。稳定期的厌氧消化污泥中的微生物主要由球状菌、杆状菌和丝状菌组成,纤维素的添加可改善对照组中不同菌落混栖且分布不均的局面,促使同一菌落成团生长。其中,在VS污泥∶VS纤维素=1∶1的添加比例下,丝状菌菌落数量庞大,其它两种添加比例中在稳定期的微生物主要以球状菌和杆状菌为主,但球状菌在VS污泥∶VS纤维素=2∶1的添加比例下数量更多。     

稻草与畜禽粪便混合物厌氧消化快速启动研究

大型沼气工程的启动需要有大量的外源接种物,这使得启动成本增高。为了实现沼气工程低成本快速启动,文章以稻草与粪便(牛粪、猪粪)按0∶1,1∶2,1∶1,2∶1和4∶1(VS比)混合后,在不外加接种物的情况下直接启动。结果表明:除稻草与猪粪4∶1混合外,不同比例的稻草与粪便混合后均能启动成功。添加不同比例牛粪的启动效果优于添加猪粪的启动效果,同时在不外加接种物的情况下,少量稻草与粪便混合的启动效果优于单独粪便的启动效果。稻草与牛粪和猪粪的混合比例均为1∶2时效果最佳,单位VS产气量分别为258 m L·g~(-1)和187 m L·g~(-1),T_(80)(累积产气量达到总产气量80%时所需的时间)分别为29 d和39 d,氨氮分别为434 mg·L~(-1)和728 mg·L~(-1),碱度为5250 mg·L~(-1)和5300 mg·L~(-1)。两种混合方式都可以快速启动且厌氧系统性能稳定,该研究结果可为大型沼气工程启动提供技术支持并可大大节省启动成本。     

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。     

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。     

餐厨垃圾与玉米秸秆联合厌氧消化产甲烷性能的试验研究

将餐厨垃圾与玉米秸秆进行联合厌氧消化,可调节底物的碳氮比(C/N)在适合厌氧消化的范围,并缓解由于季节性造成的玉米秸秆厌氧消化原料供给不足的问题。为考察餐厨垃圾与玉米秸秆联合厌氧消化的产甲烷性能,设计原料C/N和初始有机负荷率(OLR)为因子的一般全因子试验,分析不同C/N和初始有机负荷率下的日产甲烷量、负荷产甲烷量、厌氧消化性能等。试验结果表明,当调节餐厨垃圾与玉米秸秆的混合比例,使原料C/N为20,初始有机负荷率为45 gVS·L-1时,负荷产甲烷量最大(311.83 mL·g-1VS),并高于相同负荷下餐厨垃圾或玉米秸秆单独厌氧消化的负荷产甲烷量。     

作物秸秆厢式厌氧消化反应器设计及试验研究

目前,以作物秸秆为原料的沼气工程中存在预处理能耗高、料液分层结壳、混合不均匀、出料困难等问题.该研究采用了自行设计的厢式厌氧消化反应器(CADR),测定了玉米秸秆在中温条件下的沼气产量、甲烷含量以及pH的变化情况.结果表明:玉米秸秆未经C/N调节,只经过简单切割和沼液浸泡两步预处理,即可进行有效的厌氧消化,30 d后进人满负荷运行阶段的产气量为19.94 L·d-1,原料TS产气率为0.495 m3· kg-1,比常规粉碎批式厌氧消化产气率提高了30.75％,pH稳定在6.5 ～7.2之间.采用CADR处理玉米秸秆,启动快速、运行稳定、产气率高.     

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。     

响应面法优化餐厨垃圾厌氧消化工艺条件

选取有机负荷,C/N和油脂含量3个厌氧消化工艺参数,以沼气容积产气率作为厌氧消化过程的响应指标,运用响应面法(RSM)优化餐厨垃圾厌氧消化工艺条件。实验结果表明,根据实验数据建立的1个二次多项式数学模型都具有高度耦合性,根据二次多项式方程运用响应面法单独优化的最优条件分别为有机负荷9.0 kg VS·m~(-3)d~(-1),油脂含量20%,C/N为50。在该条件下,系统容积产气率达7.096 m~3·m~(-3)d~(-1)。通过响应面分析方法确定了影响餐厨垃圾厌氧消化系统工艺条件的关键因素序列为:C/N有机负荷油脂含量。     

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。     

玉米秸秆中高温厌氧消化产甲烷性能影响研究

玉米秸秆厌氧消化技术是生产可再生能源以解决部分地区能源短缺的重要途径之一。文章采用CSTR反应器进行玉米秸秆中高温(35℃,45℃和55℃)厌氧消化实验,观察3个有机负荷(80,90和100 g TS·L~(-1))阶段下中高温厌氧消化产甲烷性能变化。实验结果表明:55℃厌氧消化温度条件下产甲烷性能最好,其单位TS产甲烷量在3个有机负荷条件下分别为260.60,261.71和252.31 mL·g TS~(-1),比45℃厌氧消化温度条件分别提高了9.03%,48.22%和44.68%,比35℃厌氧消化温度条件分别提高了31.57%,63.79%和64.08%。且随着有机负荷的提高,玉米秸秆高温厌氧消化产甲烷提高量呈明显上升趋势,说明高温厌氧消化系统可以容纳更高有机质负荷进行沼气生产。玉米秸秆经高温厌氧消化后的物质转换率也得到了显著的提高,且高温厌氧消化系统稳定性较中温厌氧消化系统更稳定。因此,对于工程应用来说,高温厌氧消化可作为提高玉米秸秆产甲烷量和生物降解性的一种重要方式。     

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。     

不同杂粮作物秸秆厌氧发酵产气特性研究

秸秆的开发与利用对于污染治理和资源循环利用意义重大,其中关于杂粮作物秸秆沼气发酵潜力的研究却鲜有报道。该研究采用批次试验,发酵体积700 m L,总TS为8%,中温(35℃±1℃)条件下探究了玉米、水稻、大豆、谷子、糜子和绿豆6种秸秆厌氧发酵产气特性。结果表明:发酵进行到11 d时,秸秆TS产气率从大到小依次为绿豆131. 0 m L·g~(-1),玉米126. 8 m L·g~(-1),糜子117. 5 m L·g~(-1),谷子114. 1 m L·g~(-1),水稻105. 3 m L·g~(-1)和大豆84. 0m L·g~(-1)。绿豆秸秆甲烷含量最高可达60. 2%,其次分别为糜子秸秆53. 5%,玉米秸秆52. 8%,谷子秸秆50. 0%,水稻秸秆49. 7%和大豆秸秆48. 4%。绿豆秸秆的总有机碳和总氮的减重率最大,分别为43. 25%和21. 77%。绿豆秸秆的纤维素、半纤维素和木质素的降解率最大,分别为15. 43%,9. 86%和7. 24%。各秸秆发酵液C/N分别为玉米29. 04,水稻36. 58,大豆48. 69,谷子35. 90,糜子30. 54和绿豆23. 31。6种秸秆的累积产气量与其总氮减重率,纤维素和半纤维素降解率,C/N显著相关。该研究为不同种类秸秆,尤其是杂粮作物秸秆厌氧发酵提供了一定的数据支撑。     

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。     

奶牛粪压榨液厌氧消化过程中氨和硫化氢抑制原位解除工艺研究

厌氧消化是实现畜禽粪污资源化利用的重要手段,但传统厌氧消化过程运行效率较低,处理过程中氨(NH_3)和/或硫化氢(H_2S)抑制是造成系统不稳定甚至崩溃的主要原因。该研究利用自主研发的厌氧消化耦合氨和/或硫化氢抑制原位解除系统,以奶牛粪压榨液为原料,探讨实现其稳定、高效处理的可行性。监测了厌氧消化过程中不同有机物负荷下产气效果和消化液理化性质,包括pH值,NH_4~+,SO_4~(2-),有机酸(volatile fatty acids,VFAs),可溶性有机碳(soluble total organic carbon,TOC)等的变化情况。结果表明,奶牛粪压榨液高温厌氧消化最大负荷达10 g VTS·L-1d-1,沼气生产效率和甲烷含量分别为920.5 m L·L-1d-1和63.7%。通过沼气内循环并向反应器通入微量空气(通入量为沼气产生量的3%),可以使反应器内NH_4~+浓度维持在1000 mg·L-1以下,沼气中H2S的含量维持在50 ppm以下,沼气质量明显改善。     

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。     

城市垃圾渗滤液厌氧消化试验研究

文章通过试验分析30℃条件下城市垃圾渗滤液的沼气发酵潜力。试验以垃圾渗滤液为发酵原料,实验室长期驯化的秸秆类厌氧活性污泥和猪粪为接种物,在30℃条件下,进行批量式沼气发酵试验。结果表明:接种物的种类和性质影响垃圾渗滤液的厌氧消化过程。以秸秆类厌氧活性污泥作为接种物,城市垃圾渗滤液的原料产气率为0.80 m L·g~(-1)COD,COD降解率为78.83%,氨氮含量提高了1.38倍,总磷含量有所下降,降解率为9.7%。但以长期驯化的猪粪为接种物,垃圾渗滤液厌氧消化过程发生酸化,不能成功启动。     

酶添加对酿酒废糟干式厌氧消化产沼气效果的影响

酿酒废糟是白酒生产过程的主要副产物,其处理及资源化利用是亟待解决的问题。该研究拟采用干式厌氧消化技术处理日益增加的酿酒废糟,同时生产生物能源沼气。为了提高沼气产量,探讨了酶添加对酿酒废糟高温干式厌氧消化效果的影响,并监测了厌氧消化过程中污泥pH值,有机酸(volatile fatty acids,VFAs),可溶性有机碳(soluble total organic carbon,TOC)等系统参数的变化情况。结果表明,直接利用酿酒废糟进行干式厌氧消化,系统启动初期有有机酸积累,稳定发酵条件下的沼气产量约为270.7 m L·g~(-1)VS。向酿酒废糟厌氧消化过程中添加淀粉酶、糖化酶和纤维素酶能够显著促进沼气产量,沼气产率提高到337.6 m L·g~(-1)VS,有机酸浓度保持在较低的水平。分别对两体系中细菌和古菌16S rRNA基因进行定量PCR,结果表明,酶添加体系同对照相比参与厌氧消化过程的微生物数量显著增加。     

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。     

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。     

湿贮存对玉米秸秆厌氧消化性能的影响

文章以华北地区和东北地区的玉米秸秆为原料,经前期原料特性分析及沼气发酵潜力的对比研究,分别进行实验室规模和工业规模湿贮存试验,研究湿贮存对原料产气潜力的影响并通过修正Gompertz模型进行动力学分析。研究结果表明,湿贮存可明显提高玉米秸秆厌氧发酵日均产甲烷峰值和甲烷含量。两个地区的玉米秸秆的沼气累积净产量分别为395 m L·g-1VS和396 m L·g-1VS,经过湿贮存60天的玉米秸秆品质较佳,沼气累积净产量分别提高7.5%和14.7%;在青贮壕内湿贮存365天的玉米秸秆品质明显降低,沼气累积净产量降低了23%。采用修正Gompertz方程能够较好模拟湿贮存前后玉米秸秆厌氧消化性能。因此玉米秸秆的高效湿贮存是其沼气工程高效稳定运行的前提。