以沼渣和牛粪接种餐厨垃圾厌氧发酵效果研究

随着社会发展,餐厨垃圾产量逐年增加,亟需寻求一种综合处理餐厨垃圾的技术。运用厌氧发酵处理餐厨垃圾转化为清洁能源沼气,对于解决我国日益严重的餐厨垃圾污染问题具有十分重要的意义。以沼渣和牛粪接种餐厨垃圾厌氧发酵效果研究结果表明,采用沼渣沼液和新鲜牛粪接种餐厨垃圾,发酵产气效果良好,40℃条件下产气周期为15 d。可缩短发酵周期,提高产气效率,为餐厨垃圾资源化处理提供理论参数和技术指标。     

热水除油对餐厨垃圾产沼气量的影响

[目的]研究不同温度热水浸泡除油对餐厨垃圾厌氧消化产沼气量的影响。[方法]在40℃条件下,通过厌氧发酵试验分析不同温度热水浸泡除油后餐厨垃圾厌氧消化产气潜力。[结果]热水除油处理降低餐厨垃圾脂肪的含量,提高p H值,提高水解率;常温处理(25℃)、60℃、80℃及100℃热水浸泡除油后餐厨垃圾的单位挥发性固体(VS)产气潜力分别为745、557、603、646 m L/g;随着热水除油温度的提高,餐厨垃圾厌氧发酵的总固体和挥发性固体降解率增大。[结论]热水浸泡除油可提高餐厨垃圾的水解率,提高产气潜力。     

牛粪分离液与餐厨垃圾混合发酵试验参数优化

将牛粪固液分离处理,在分离液单独发酵基础上,添加不同比例餐厨垃圾连续发酵试验,考查各比例混合物料在不同水力停留时间下发酵性能,优化最佳配比、相应发酵工艺条件和参数。研究确定牛粪分离液和餐厨垃圾混合发酵适宜配比为7:3,HRT为25 d,获得VS甲烷产率226.67 m L CH_4·kg~(-1)VS,容积产气率1.20 L·L~(-1)·d-1,VS去除率达到47.94%。     

零价铁驯化污泥对餐厨垃圾厌氧消化产甲烷的影响

以餐厨垃圾为基质,在中温(37±1)℃条件下进行单相厌氧发酵。污泥驯化过程中以半连续和间歇两种方式投加餐厨垃圾和零价铁混合物(零价铁投加量为餐厨垃圾的0.1%),考察不同驯化方式下的零价铁对餐厨垃圾厌氧消化产甲烷潜能的影响。结果表明,用2.5 g/(L·d)餐厨垃圾+2.5 mg/(L·d)零价铁驯化后的厌氧污泥在2.5 g/(L·d)餐厨垃圾的半连续培养过程中,反应器平均日产甲烷率较对照组提高了17.74%;而以间歇方式培养时,即在用50 g/L餐厨垃圾+50 mg/L零价铁驯化后的厌氧污泥中一次性投加50 g/L餐厨垃圾,其平均日产甲烷率较对照组降低了9.97%。因此,在半连续式驯化方式下,零价铁更有利于提升餐厨垃圾单相厌氧消化的稳定性和产气率。     

底物质量分数对混合蔬菜废弃物厌氧 发酵的影响及动力学研究

为了探究底物质量分数对混合蔬菜废弃物厌氧发酵产沼气潜力的影响,采用批量式试验,在高温(55±1)℃下,研究底物质量分数为2%、3%、4%、5%和6%时,混合蔬菜废弃物厌氧发酵总固体含量(total solid,TS)和挥发性固体含量(volatile solid,VS)降解率、挥发性脂肪酸(volatile fatty acid,VFA)质量浓度、甲烷含量、日产沼气量、发酵前后累积产沼气总量及产沼气潜力的变化,并通过修正的Gompertz模型进行动力学研究。结果表明,底物质量分数为3%时,混合蔬菜废弃物的TS降解率为42.25%,VS降解率为56.35%,VFA质量浓度为241.43mg·L~(-1),甲烷含量为64.5%,日产沼气量最高为210 m L,累积产沼气总量为2 070 m L,产沼气潜力为324.94 m L·g~(-1),甲烷含量为64.5%,均普遍优于其他试验组。利用修正的Gompertz模型模拟混合蔬菜废弃物厌氧发酵产沼气的累积产沼气过程,当底物质量分数为3%时,拟合获得的最大产沼气量和最大产沼气速率最高,分别为2 438.37m L和134.09 m L·d~(-1)。     

有机负荷对餐厨垃圾单相厌氧发酵的影响

[目的]为实现餐厨垃圾资源化利用提供依据。[方法]在中试规模条件下,以餐厨垃圾为底物,研究有机负荷对餐厨垃圾单相厌氧发酵的影响。[结果]低有机负荷[0.75~1.25 g/（L.d）]时,发酵过程的pH、氨氮、可溶性化学需氧量SCOD维持相对稳定,提高有机负荷有利于提高沼气产量和产率,而当有机负荷达到一定高度[1.50 g/（L.d）]时,发酵过程的pH下降,氨氮和SCOD含量上升,说明单相厌氧发酵工艺对餐厨垃圾的处理能力较低。餐厨垃圾中的氮含量高,发酵前应调节碳氮比。沼气中甲烷浓度都在50%~75%,不受有机负荷影响。[结论]低有机负荷[0.75~1.25 g/（L.d）]有利于餐厨垃圾单相厌氧发酵。     

生物质飞灰对餐厨垃圾两相厌氧消化的影响

为解决餐厨垃圾在厌氧消化过程中的酸抑制问题,并为生物质飞灰提供新的资源化利用途径,在产酸相中添加不同比例的飞灰,研究了生物质飞灰对餐厨垃圾中温两相厌氧消化过程中产酸和产气的影响。结果表明:添加生物质飞灰可以提高酸化相的p H值,促进餐厨垃圾酸化,添加3%的生物质飞灰,产酸相的挥发性脂肪酸(VFA)的平均浓度为9 845.45 mg·L-1,比空白处理(CK)提高了49.66%,差异显著;添加3%生物质飞灰处理的产甲烷相更稳定,产气效果更好,累积产气量为27.43 L,比0、1%、4%和5%的飞灰添加比例分别高了25.15%、13.70%、4.34%和6.55%;添加3%生物质飞灰处理的平均负荷产气量为490.33 m L·g VS-1,比0、1%、4%和5%的飞灰添加比例平均值分别提高了22.49%、12.35%、6.36%和8.22%。研究表明,添加生物质飞灰有助于促进餐厨垃圾酸化和提高产甲烷相的产气量;在高有机负荷的时候,添加生物质飞灰有助于提高系统运行的稳定性。     

接种比对餐厨垃圾中温厌氧消化的影响

在(37±1)℃条件下采用批式厌氧消化试验方法,研究接种比(m(接种物)∶m(底物),按挥发性固体(VS)计)为1∶1、2∶1、3∶1和4∶1时去油和未去油餐厨垃圾的厌氧消化性能。结果表明:未去油和去油后餐厨垃圾发酵过程中,接种比为3∶1时产气量最高,单位挥发性固体(VS)沼气累积产气量分别为951.2和851.4mL/g,单位VS甲烷累积产气量分别为546.1和499.1mL/g;接种比为1∶1时,产气量最低,单位VS沼气累积产气量分别为831.5和730.3mL/g,单位VS累积产甲烷量分别为524.1和425.8mL/g。接种比为1∶1时,未去油和去油后餐厨垃圾在厌氧消化初始阶段pH较低,且沼气日产气量和甲烷浓度也明显低于其他各组。未去油餐厨垃圾累积产气量比去油后餐厨垃圾累积产气量高12.6%。随着接种比逐渐提高(1∶1~4∶1),未去油和去油后餐厨垃圾发酵过程延滞期逐渐缩短;未去油餐厨垃圾在适宜接种比(2∶1~4∶1)范围内延滞期均高于去油餐厨垃圾。餐厨垃圾油脂含量较高,厌氧消化延滞期较长;提高接种比有利于缩短消化时间,提高反应器运行效率。     

有机负荷与回流比对餐厨垃圾两相厌氧消化的影响

【目的】研究产甲烷相的有机负荷与沼液的不同回流比在餐厨垃圾两相厌氧消化过程中对产酸和产气的影响。【方法】以餐厨垃圾为原料,采用两相厌氧消化工艺,分别设置了不同的有机负荷与回流比,考察两者对两相厌氧消化产酸和产气的影响。【结果】沼液回流可以提高产酸相的pH,促进餐厨垃圾酸化,在产酸相有机负荷(以挥发性固体物含量计,下同)为11.33 g·L~(–1)·d–1时,回流比为10%、30%和50%处理的挥发性脂肪酸(VFA)质量浓度分别为11 598.48、12 998.41和14 967.64 mg·L~(–1),比空白处理(CK)分别提高了9.06%、22.23%和40.74%;在沼液不回流时,产甲烷相的最适有机负荷为6.38 g·L~(–1)·d–1,当负荷提高至8.50 g·L~(–1)·d–1时,系统出现了酸抑制现象,而回流比为50%时,可以提高系统的缓冲性,维持系统的稳定;回流比50%处理的平均负荷产气量(以挥发性固体物含量计)为486.14 mL·g~(-1),比CK、回流比10%和30%处理分别提高了29.84%、20.80%和9.13%。【结论】餐厨垃圾两相厌氧消化过程中,沼液不回流时,产甲烷相的最适有机负荷为6.38 g·L~(–1)·d–1;继续提高有机负荷,系统会产生酸抑制现象;当沼液回流比为50%时,产甲烷相的最适有机负荷可以提高至8.50 g·L~(–1)·d–1,系统可以保持稳定运行。     

高温蒸煮除油对餐厨垃圾厌氧消化的影响

[目的]探讨高温蒸煮除油对餐厨垃圾性状及厌氧发酵的影响。[方法]在37℃条件下,通过批式试验分析不同温度蒸煮去油后的餐厨垃圾厌氧消化产气潜力。[结果]蒸煮除油处理提高了餐厨垃圾的sCOD、溶解性糖、溶解性蛋白的水解;未加热处理餐厨垃圾、110℃、120℃及130℃蒸煮除油后餐厨垃圾的单位挥发性固体(VS)产气潜力分别为766、578、624和646 ml/g;随着蒸煮除油温度提高,餐厨垃圾厌氧发酵的总固体(TS)和VS降解率增大。[结论]蒸煮除油可提高餐厨垃圾的水解效果,有利于提高产气潜力。     

餐厨垃圾两段式厌氧消化的性质研究

为实现餐厨垃圾资源化利用,采用水解酸化-厌氧消化两段式发酵,将餐厨垃圾水解酸化5d后,利用活性污泥对酸化液进行16 d的厌氧消化,考察以餐厨垃圾为原料的生物甲烷的生产效率.结果表明,经水解酸化后,产酸现象明显,pH下降至4.69,乙酸浓度达3.11 mg/mL,酸化液的sCOD浓度达174.34 g/L.厌氧消化段产气...     

半连续餐厨垃圾与猪粪混合厌氧消化动力学研究

采用逐渐提高有机负荷的半连续进料方式,研究中温（35℃）条件下餐厨垃圾与猪粪混合厌氧消化规律和性能,并利用一级和准二级动力学模型对其试验结果进行动力学分析。研究表明,在0.5和0.75 gVS/（L.d）有机负荷条件下,厌氧消化系统产酸到产甲烷阶段微生物的消长与生化反应均能达到动态平衡。当有机负荷为0.75 gVS/（L.d）时,厌氧消化性能达到最佳,系统出现最大单位原料产气率和最大平均甲烷含量,分别为0.78 L/gVS和51%。对试验进行动力学分析,发现一级动力学模型标准偏差值r2=0.970 0,大于准二级动力学模型的标准偏差值0.935 5。这说明一级反应动力学模型能较好地反映0.75 gVS/（L.d）负荷下的产气动力学过程。     

提高稻草产沼气效率的C/N和C/P参数初步研究

利用实验室模拟沼气装置在恒温条件下研究了稻草产沼气模拟模型和最大产气量的C/N、C/P比例。结果表明,稻草日累计产沼气动态过程符合Peal-Reed模型,而最大累计产沼气量与C/N、C/P比值均符合二次抛物线模型,进一步分析二次模型可得出最大产气量的C/N和C/P比值分别为27.5和163.1,最大产沼气量分别为186.7 L/kg和138.3 L/kg。     

响应面法优化餐厨垃圾和牛粪混合两相厌氧发酵酸化条件

为提高废弃物厌氧发酵的利用率,开展了牛粪和餐厨垃圾混合两相厌氧发酵过程中酸化条件优化的研究,探究在酸化相中搅拌频率、搅拌速率、酸化浓度、酸化时间和酸化温度对甲烷产率的影响。单因素试验结果表明,最佳的搅拌频率、搅拌速率、酸化浓度、酸化时间和酸化温度分别为:3次·d~(-1)(2 min·次~(-1))、50 r·min~(-1)、12%、8 h和35℃。在单因素试验基础上,采用响应面法对发酵过程中酸化条件进行优化,以甲烷产率为响应值,选取酸化温度、酸化浓度和酸化时间3个因素研究其对发酵过程中产气率的影响。结果表明,对甲烷产率影响的大小顺序为酸化时间酸化温度酸化浓度。最佳的酸化条件为:酸化时间7.6 h、酸化温度35.8℃和酸化浓度10.4%;搅拌频率和搅拌速率分别为3次·d~(-1)(2 min·次~(-1))和50 r·min~(-1)。采用最佳酸化条件处理后,混合原料的甲烷产率可达290.5 mL·g~(-1)VS,比未经酸化处理提高了17.9%。研究表明,对牛粪和餐厨垃圾两相厌氧发酵中酸化相的酸化条件进行优化,可提高甲烷产率、甲烷含量及VS去除率。     

餐厨垃圾与牛粪混合厌氧发酵产沼气研究

为了解决餐厨垃圾单独发酵时容易发生酸化等问题,以餐厨垃圾和牛粪为原料,在35℃下,采用批式厌氧发酵方法,研究了不同餐厨垃圾和牛粪配比对混合厌氧发酵效率的影响。结果表明,餐厨垃圾和牛粪比例为3∶1时反应效果最好,累积产气量为3 750.5 m L,是餐厨垃圾单独厌氧发酵(T6)产气量的3倍,气体甲烷含量可达52.1%。反应后期消化液的p H保持在7.3~7.5,没有发生酸化现象;氨氮浓度保持在2 000~2 200 mg/L;辅酶F420最大值为0.72。而餐厨垃圾单独厌氧发酵时发生酸化效应,反应运行失败。由以上结果可知,混合发酵有利于厌氧发酵的进行,用混合发酵方法处理餐厨垃圾可以提高餐厨垃圾厌氧发酵效率。     

基于连续运行条件下的稻秸干法厌氧发酵中试研究

为了探索连续进料运行下秸秆干法厌氧发酵的产气情况,设计了一种适用于稻秸干法厌氧发酵中试系统,研究了牛粪单发酵启动试验、不同进料方式和氮源添加下的产气特征并且进行了技术经济性分析评估。结果表明:中试装置可实现含固率为20%的秸秆物料均匀混合,提高进料效率和实现连续发酵均衡产气。发酵启动试验阶段,牛粪单发酵29 d后具备处理稻秸所需的最佳厌氧微生物体系、适宜的发酵温度等,从而使连续进料阶段快速启动。在连续进料稳定运行阶段,秸秆进料量80 kg·d~(-1)并添加猪粪(干质量)4.54 kg·d~(-1)为补充氮源,单日CH4产气量从137.28 L·kg~(-1)VS达到227.8 L·kg~(-1)VS,并能连续维持20～22 m~3·d~(-1)。对于缺乏猪粪等氮源的地区可采用一次性投加的方式,单次补充68.1 kg猪粪(干质量)且定期补充时间为20 d。研究表明,该适用于稻秸干法厌氧发酵中试系统技术可行且可实现连续进出料和稳定运行产气,并产生可观的经济效益。     

餐厨垃圾联合厌氧消化研究进展

餐厨垃圾中有机物及水含量高,可生化性强,其厌氧消化既可减少环境污染,又可以沼气等形式回收生物质能.但餐厨垃圾C/N值及含油、含盐量高,单独厌氧消化易出现酸化及系统不稳定等问题.然而,餐厨垃圾的联合厌氧消化可根据不同物料的特性,有效提高系统稳定性及产气效率,并促进废物资源化.该研究分析了餐厨垃圾的特征,总结了餐厨垃圾与其他有机垃圾联合厌氧消化的常见类别,分析了相关影响因素,并指出了还需解决的问题及发展方向.     

牛粪水稻秸秆厌氧共发酵产沼气操作参数优化

在牛粪中添加水稻秸秆进行厌氧共发酵产沼气,考察接种量、发酵温度、原料固体含量对发酵产沼气效果的影响。结果表明:厌氧发酵接种是必需的,随着接种量增多产气量增大,适宜的接种比例为10%(质量比);常温、中温(36℃)和高温(55℃)3种温度条件下,中高温发酵产气效果较好,中温更适合发酵;在20%、10%、5%(质量比)3种固体含量条件下,固体含量越大产气量波动越大,10%固体含量产气效果最好,发酵前30天累积产气量可达4 710 m L,容积产气率为0.313 m~3/(m~3·d)。本试验所得的结果可为牛粪水稻秸秆厌氧共发酵的实际应用提供参考。     

鸡粪中温干式沼气发酵启动阶段温度变化对产气性能的影响

采用半连续试验研究了鸡粪中温干式沼气发酵启动阶段,温度从35℃骤降至15、20、25℃和30℃并再次恢复至35℃过程中,温度变化对产气性能的影响,以期为干式沼气发酵的启动提供科学依据。结果表明:温度变化影响启动阶段沼气产量和甲烷含量,变温期间,15、20、25、30℃和35℃最大容积沼气产率分别为0.017、0.126、0.357、0.442 L·L~(-1)·d~(-1)和0.493 L·L~(-1)·d~(-1);最大原料甲烷产率分别为0.011、0.074、0.211、0.261 L CH4·g~(-1)VS和0.294 L CH4·g~(-1)VS。对比35℃恒温发酵产气性能,温度骤降至15℃和20℃条件下运行的产气能力明显小于温度骤降至25℃和30℃条件运行的产气能力。温度变化幅度越大,产气性能受影响越大,沼气发酵微生物对一定温度变化范围具有一定的适应性,足够的时间范围内可以顺利恢复。在变温发酵启动过程中,相比脱氢酶,辅酶F_(420)浓度变化和甲烷产率之间具有更好的线性相关性。研究表明:鸡粪35℃中温干式沼气发酵可以顺利启动,但温度变化导致厌氧干发酵启动时间延长。辅酶F_(420)可以作为反映干式沼气发酵启动阶段污泥活性变化的指标。     

生物炭对餐厨垃圾厌氧消化的影响

[目的]探究生物炭对餐厨垃圾厌氧消化过程的影响。[方法]通过向序批式厌氧消化系统中添加不同比例生物炭,研究其对餐厨垃圾厌氧消化效率及系统稳定性的影响。[结果]生物炭的添加可有效调节系统C/N,减少氨氮抑制,增强微生物活性,提高系统稳定性及厌氧消化产气效率。未添加生物炭处理(CK)的累计产气量为1 618 m L,甲烷含量为39%;而添加生物炭处理平均累计产气量达(2 939±473)m L,且平均甲烷含量均在50%以上;反应体系中添加生物炭处理的氨氮浓度均保持在2 000 mg/L左右,而对照处理的氨氮浓度均在2 500 mg/L以上,系统稳定性较差。生物炭添加量7%处理的累计产气量最高,达3 307 m L,平均甲烷含量55%,产甲烷菌群活性最高时,辅酶F420吸光值可达0.68,TS、VS和油脂去除率分别为60%、72%和61%。[结论]该研究可为餐厨垃圾的无害化处理和资源化利用提供科学依据。