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。     

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。     

猪粪干式沼气发酵中试研究

生猪规模化养殖的发展在局部地区产生了大量猪粪,干式沼气发酵作为一种处理猪粪的技术手段,具备不需要稀释、沼液量少、容易等优势。笔者在已有小试的基础上,进行了为期12个月的猪粪连续干发酵中试。每日产气量,每月沼气成分、进出料的TS,VS,pH值,氨氮等指标的监测结果表明,该中试能正常产气,基本能顺利进出料,大多数月份甲烷含量稳定在53%以上,平均容积产气率为0.162 m~3·m~(-3)d~(-1),平均原料产气率为0.112m~3·kg~(-1)TS,pH值稳定在7.8~8.5之间,游离氨浓度在400 mg·L~(-1)以下基本不存在氨抑制问题,具备工程上推广应用的潜力。但是,由于没有升温保温,该中试的产气效率低,且产气不稳定。     

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。     

易腐垃圾干法厌氧沼气工程工艺运行分析

文章对近1年来厦门市生活垃圾分类处理厂厌氧沼气工程的工艺、生产运行状况进行了分析和汇总,结果表明:水平推流式干法厌氧发酵工艺适合易腐垃圾厌氧消化和沼气生产。该型发酵工艺进料适应性广,易腐垃圾TS 20%~53%,VS 40%~70%均可正常进料;运行固含量20%~28%,运行有机负荷率(OLR)达到12 kg VS·m~(-3)d~(-1);平均容积甲烷产率约3.2 Nm~3·m~(-3)d~(-1),有机质降解率(ηvs)60%~70%,有机干物质甲烷产率平均约300 Nm~3·t~(-1)。确定了易腐垃圾在pH值7.5~8.3,VOA/TAC 0.4~0.6,乙酸含量100~1500 ppm条件下,工艺运行稳定、甲烷产率高。     

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。     

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。     

沼液回流提升推流式厌氧反应器运行效果研究

为了研究沼液回流对推流式厌氧反应器(PFR)厌氧消化效率的影响,文章采用有效容积为36 L的PFR,以牛粪为底物,进料浓度TS为7～10%,发酵温度38℃±1℃,水力停留时(HRT)为20 d条件下连续运行100 d。结果发现:50%的沼液回流能够提升反应器产气效率,在沼液回流运行期,日产气量最高达到57.92 L·d~(-1),容积产气率为1.58 L·L~(-1)d~(-1),甲烷含量为68.9%。平均挥发性有机物产气率为433.03 L·kg~(-1) VS (干物质产气率为366.99 L·kg~(-1) TS),相比于未回流沼液运行期提升42.46%,底物转化效率提高了17.84%。通过对沼液回流运行期的微生物群落组成分析可以看出,细菌主要以Firmicutes和Bacteroidetes具有降解纤维类及大分子的水解酸化菌为主。古菌则以Methanothrix和Methanospirillum为绝对的优势产甲烷菌为主。该研究结果可为以牛粪为原料的大型沼气工程提高整体效率和能量输出提供基础参考数据。     

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。     

牛粪与超声预处理污泥中温混合厌氧消化效果

文章以牛粪和超声预处理污泥为发酵原料,在恒温35℃±1℃及底物浓度为15 gVS·L~(-1)的条件下,采用正常运行的大型沼气池沼液作为接种物,研究不同配比(VS_(污泥)∶VS_(牛粪)分别为1∶0,2∶1,1∶1,1∶2,0∶1)对混合厌氧消化效果的影响。研究表明,在35℃±1℃条件下,超声预处理污泥与牛粪的比例为1∶2时累积产气量高于其他4种比例,VS产气率达到了470.33 mL·g~(-1),甲烷产量在发酵稳定后达到了58.68%。发酵过程中pH值,NH_4~+-N,COD的变化表明了混合厌氧消化能够平衡营养物质,稀释有毒物质,具有协同作用,发酵过程中未出现酸抑制以及氨抑制。进一步研究得出,将超声预处理污泥与牛粪按一定比例混合发酵可以将产气高峰提前,并出现"双峰",提升产气速率,大幅提升了原料的产气潜力。     

针对复杂物料的生活垃圾干式厌氧搅拌系统研究

搅拌是干式厌氧消化工艺中的关键设备,影响到整个系统成败的关键。文章首先对干式厌氧搅拌设备进行了模拟计算,搅拌轴的机械性能安全系数达到6.35,厌氧罐内的不同位置的流速在0.01 m·s~(-1)~0.6 m·s~(-1)之间,完全满足工程项目设计要求;并以北京沼气工程为例介绍了城市生活垃圾干式厌氧处理示范项目,处理规模50t·d~(-1),温度55℃,物料浓度28.6%,单位进罐垃圾的产气量达到93.65 Nm~3·t~(-1),甲烷含量在51.5%~64.3%之间,因此,干式厌氧搅拌设备的开发具有十分重要意义,有力地促进了干式厌氧技术在生活垃圾处理中的应用和发展。     

甾体制药渣发酵产沼气实验研究

文章以生产甾体类药物过程中的药渣为原料,进行批量式和半连续式沼气发酵实验。通过批量沼气发酵实验测定药渣的发酵情况和产沼气潜力。采用CSTR反应器进行半连续沼气发酵实验。批量实验结果表明:在温度为32℃和TS浓度为3.8%的条件下发酵,药渣的产气潜力达到667 mL·g~(-1)TS和748 mL·g~(-1)VS。在温度为28℃,32℃,36℃和TS浓度为5%的条件下进行发酵,28℃下药渣的产气潜力达到514 mL·g~(-1)TS和576 mL·g~(-1)VS;32℃下药渣的产气潜力达到539 mL·g~(-1)TS和604 mL·g~(-1)VS;36℃下药渣的产气潜力达到601 mL·g~(-1)TS和674 mL·g~(-1)VS。Gompertz模型的拟合结果也较好地反应了批量发酵过程中物料降解情况。半连续沼气发酵实验设置发酵TS浓度为4%和5%,发酵温度为30℃,水力滞留时间为15 d。实验结果表明:CSTR反应器最高日产气量达11 L,稳定期日均产气量为9413 mL。池容产气率最高达1.02 L·L~(-1)d~(-1),沼气中的甲烷含量达到60%以上。甾体制药渣具有良好的产沼气潜力,适宜应用于沼气工程,是一种具有广阔开发前景的生物质资源。     

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%)。     

回流对餐厨垃圾和稻草混合两相厌氧消化的影响

文章以餐厨垃圾和稻草为原料,研究了不同进料负荷和回流对半连续式两相厌氧消化产气及系统能量平衡的影响。试验结果表明,不回流的酸化相(A1)和甲烷相离心液回流的酸化相(A2)的产酸量随着负荷的提高而显著增加,其对应的甲烷相(R1,R2)的日产甲烷量随着进料负荷的提高也逐渐增大。在酸化相中,当进料负荷为10 g VS·L-1d-1,水力停留时间为10天时,A1和A2的产酸量同时达到最大,分别为30583 mg·L-1和47559 mg·L-1,A2比A1的产酸量提高了55%。在甲烷相中,当负荷为4 g VS·L-1d-1时,R1,R2的单位VS产气率达到最大,分别为0.43 L·g-1VS和0.51 L·g-1VS,R2比R1单位VS日产甲烷率提高了18.6%。     

高浓度高氨氮鸡粪沼气工程运行分析

培养驯化耐高氨氮厌氧菌种是解决厌氧消化过程氨抑制的一条非常有效的措施,文章以杭州能源环境工程有效公司已建成并稳定运行多年的工程项目为例,探讨分析鸡粪高浓度高氨氮厌氧消化的工艺流程及运行参数。工程采用耐高氨氮厌氧消化技术,鸡粪厌氧进料TS浓度可达8%~12%,沼液氨氮浓度超过5500 mg·L-1,厌氧产沼气过程不受影响(鸡粪TS产气率仍能超过500 m3·t-1),从而实现鸡场粪污的高效稳定化处理。     

啤酒糟产沼气潜力试验研究

文章以啤酒糟为发酵原料,在厌氧发酵温度35℃±1℃条件下进行序批式沼气发酵试验,发酵历时60 d,总固体TS浓度为6%时,其原料产气率为115 mL·g~(-1),TS产气率为139 mL·g~(-1)TS,VS产气率为149 mL·g~(-1)VS,池容产气率为0.11 mL·mL~(-1)d~(-1)。结果表明,啤酒糟是较好的沼气发酵原料。     

秸秆动态厌氧发酵影响因子研究

文章以玉米秸秆为例,研究了搅拌和进出料方式对秸秆厌氧发酵产气潜力的影响。结果表明,对于顶部进料动态厌氧消化装置,适当搅拌可以显著增加产气量,平均池容产气率比不搅拌反应器提高了65.4%。相对于底部进料,"顶部进料-搅拌"方式并没有表现出运行优势,其池容产气率仅提高了2%,并且表现出出渣困难。研究还表明,底部进料方式下秸秆高温(52℃±1℃)动态厌氧消化运行的最高有机负荷为4.71 kg TS·m~(-3)d~(-1)左右,产生的沼气中甲烷含量恒定在45%~47%之间。     

餐厨垃圾与青贮秸秆混合半连续厌氧消化

文章在中温(35℃)半连续实验条件下,以餐厨垃圾、青贮为原料,考察了4种混合比(10:0,9:1,8:2,6:4)原料的厌氧消化长期运行性能。结果表明,与单独餐厨垃圾厌氧消化相比,10%左右的青贮秸秆添加量能显著改善餐厨垃圾厌氧消化性能,在2.0 kg·m~(-3)d~(-1)负荷下,反应器内有机酸和SCOD浓度维持在较低水平;同时具有较高的有效碱度和较稳定的pH值;VS去除率在75%以上,单位VS产气量达到613 mL·g~(-1)VS。此外,研究发现,以餐厨垃圾为主要原料的厌氧消化系统容易出现乙酸型酸积累问题。     

蜀葵发酵产沼气潜力研究

为解决蜀葵废弃物浪费及污染环境问题,以蜀葵叶子、蜀葵秸秆、蜀葵花籽为原料,分别进行中温(35℃±1℃)条件批量式沼气发酵实验;发酵料液的TS浓度均为6%,沼气发酵实验的运行时间为22 d。实验结果表明:蜀葵叶子、蜀葵秸秆、蜀葵花籽发酵产沼气的潜力分别为397 mL·g~(-1)TS,481 mL·g~(-1)VS; 264 mL·g~(-1)TS,280 mL·g~(-1)VS; 290 mL·g~(-1)TS,314 mL·g~(-1)VS;池容产气率分别为0.39 mL·mL~(-1)d~(-1),0.26 mL·mL~(-1)d~(-1),0.28 mL·mL~(-1)d~(-1),蜀葵叶子的产气潜力明显大于蜀葵花籽和蜀葵秸秆的产气潜力,且蜀葵叶子的甲烷含量也较后两者高,说明蜀葵叶子产出的沼气品位较后两者好。与其他原料相比表明:蜀葵适合用作发酵产沼气的原料,且蜀葵叶子发酵产出的沼气品质较好。     

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。