利用CFD多相流模型优化设计沼气料液搅拌流场的方法研究

搅拌是现代沼气工程必不可少的工艺,优化料液搅拌的流场形态,可使发酵物料分布更加均匀,从而提高沼气的产量和污染物去除率。采用底部进水、高位分散式压力出口的设计方式可以显著优化流态。沼气发酵搅拌实质上是一种固液两相流过程,其初始阶段固体颗粒较大,后期将处于高浓度粘性液体(非牛顿流体)状态。文章设计了一台容积0.75 m~3的厌氧消化罐,利用计算流体力学(CFD)软件,以水为介质,模拟初期的基本流态,并采用欧拉模型模拟后期的高浓度粘性流体流态,从而验证底部进水、高位分散式压力出口设计方案的优化效果。通过对几种进料速度的搅拌效果进行分析,发现在清水介质工况下,采用0.6 m·s~(-1)的进水流速,比1 m·s~(-1)流场分布更均匀,避免了分层。但在秸秆介质工况下,采用1 m·s~(-1)却比0.6 m·s~(-1)更均匀,并能避免分层。文章通过变工况模拟分析的对比演示,阐述了利用CFD多相流数值模型分析不同工况混合搅拌流场形态,优化设计搅拌参数的方法。     

生活垃圾与餐厨垃圾厌氧消化产气潜能的研究

文章选取固废物生活垃圾与餐厨垃圾中有机垃圾作为研究对象,进行中温批量厌氧消化对照试验。结果表明:生活垃圾与餐厨垃圾原料产气潜能分别为19.36 L·kg~(-1),42.1 L·kg~(-1)。实验中,生活垃圾与餐厨垃圾分别经过67,82天的厌氧消化,得出生活垃圾原料的TS和VS产气率分别为131.54 L·kg~(-1)TS和260.66 L·kg~(-1)VS,餐厨垃圾组TS和VS产气率分别为237.56 L·kg~(-1)TS和405.56 L·kg~(-1)VS。     

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。     

盐分对ASBR装置厌氧污泥产甲烷活性的影响

为研究盐分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Na Cl浓度负荷的对应关系的两种判断方法,用于确定盐分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ASBR的进水基质,测定盐分对厌氧污泥产甲烷活性的毒性负荷,发现厌氧污泥对盐分有一定的耐受能力;在进水Na Cl浓度≤16 g·L~(-1)时,对厌氧污泥的产甲烷活性无显著影响,但当进水中的Na Cl浓度在24～64 g·L~(-1)d~(-1)之间时,厌氧污泥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Na Cl浓度呈现明显负相关,由此可得,使厌氧污泥活性下降10%和50%的Na Cl浓度分别为22.07 g·L~(-1),21.73 g·L~(-1)和51.22 g·L~(-1),50.74 g·L~(-1)。说明适当的盐分可以提升ASBR中厌氧污泥的产甲烷活性,但过高的盐分浓度则会抑制产甲烷活性。     

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。     

生活垃圾与人粪便不同比例混合对厌氧消化过程的影响北大核心

文章以城市有机生活垃圾和人粪便为发酵原料,研究不同原料配比1∶1(T1),2∶1(T2),3∶1(T3)对厌氧消化产气过程和消化效率的影响,结果显示:单位干物质累积产气量,T1组最高,达116.57 mL·g^(-1),T2和T3组分别为96.81 mL·g^(-1),77.69 mL·g^(-1);产气延滞期,T1组在初次产气之后再无二次产气高峰,T2和T3组分别在第6天,第10天,出现产气高峰,产气量分别达45.56 mL·g^(-1)d^(-1),39.41 mL·g^(-1)d^(-1);T2,T3组TS降解率较高,分别达31%,33%,T1组为26%,T1,T2,T3组VS降解率分别为39%,44%,55%,以期为生活垃圾与粪便进行混合厌氧消化生产实践提供科学依据。     

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。     

城市有机垃圾厌氧干发酵菌群与代谢产物特性研究北大核心

文章以城市有机垃圾为原料,采用一次投料批式中温(37℃)厌氧发酵工艺,分析了厌氧干发酵过程中主要菌群,包括厌氧产酸菌、厌氧氨化菌、产甲烷菌和厌氧纤维素降解菌的数量变化及代谢产物的特性。结果表明:厌氧菌中产酸菌和氨化菌最先增殖,产酸菌先于氨化菌达到最大值并占据优势地位。产甲烷菌在启动阶段初期基本没有增殖,第25 d左右达到最大值3.25×10~9个·m L^(-1),随后产甲烷菌在整个盛产期数量维持在这一数量级上。厌氧纤维素降解菌菌数呈现缓慢增长的趋势,直到投料的第45 d才增加到10~6个·m L^(-1)。了解发酵过程中菌群间的作用及代谢产物的特性,协调各微生物的稳定生长,是保证沼气发酵正常运行的必要条件,本试验为城市有机垃圾的无害化处理和资源化利用奠定基础。     

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。     

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。     

餐厨垃圾的干式厌氧消化处理技术初探

本文介绍了餐厨垃圾干式厌氧消化基本工艺,详细讨论了温度、TS、搅拌、接种物、碳氮比、有机负荷、pH值、碱度和VFA以及盐分对干式厌氧消化的影响,并提出了餐厨垃圾干式厌氧消化工艺今后的研究方向和开发前景。     

杭州天子岭餐厨垃圾厌氧消化沼气项目案例研究

厌氧消化技术可以有效降解餐厨垃圾中的有机组分,同时回收毛油和生物质能(沼气),是一条环境友好、可持续发展的绿色之路。文章对杭州天子岭餐厨垃圾厌氧消化项目进行介绍,并监测分析了100天的稳定运行数据,包括TS浓度,COD,沼气产量,pH值及脱硫效率等。该项目日处理餐厨垃圾200 t,容积负荷3.5 kg COD·m~(-3)d~(-1),COD降解效率为86.9%±1.9%,日产沼气13500 m~3,同时可回收2.5%的毛油,具有很高的环境效益和社会效益。     

餐厨垃圾与市政污泥混合比对共厌氧消化性能的影响

试验采用餐厨垃圾与市政污泥混合共厌氧消化的方法,在中温条件下(35℃±0.5℃),控制餐厨垃圾(F)与市政污泥(S)挥发性有机物(VS)的比例分别为0∶1,2∶1,1∶1,1∶2和1∶3,研究了不同混合比条件下,系统的产气性能,VS去除率以及对溶解性COD、溶解性蛋白质、溶解性碳水化合物的转化情况。结果表明,与市政污泥单独厌氧消化相比,混合共厌氧消化在提高产气量的同时也提高了系统内溶解性有机物的转化率。其中混合比例为2∶1组效果最佳,沼气产量达到451.29 mL·g~(-1) VS,相对于市政污泥单独厌氧消化提高了55.09%;VS去除率为66.51%,较市政污泥单独厌氧消化提高了20.51%;溶解性COD、溶解性蛋白质及溶解性碳水化合物转化率分别达到80.00%,94.38%和63.32%,比市政污泥单独厌氧消化分别提高了15.91%,42.17%及11.24%。说明餐厨垃圾和市政污泥混合共厌氧消化确实可以显著提高厌氧消化的效率。     

进料含固率对餐厨垃圾两阶段厌氧消化的影响

试验在中温(35℃)条件下利用主要由800 L高固反应器(HSR),200 L缓冲罐和1000 L升流式固体反应器(USR)组成的两阶段中试厌氧系统对餐厨垃圾进行了处理,比较从1%~10%的不同含固率(TS)对两阶段厌氧系统的COD_(cr),OLR,pH值,VFA,TS,SVI和甲烷产率的影响。结果表明,进料含固率在6%以下时,HSR对餐厨垃圾固体残渣去除效果明显,可以保证进入USR反应器内液体中固体含量小于1.5%,USR反应器COD去除率也同样保持在80%以上,同时产气效率最高达到294 L·kg~(-1)COD_(removal)。当原料TS大于6%时,HSR对餐厨垃圾残渣处理效果偏差,排液TS达到1.8%以上,同时USR反应器COD去除率和甲烷产率也受到影响,出现明显的降低。总体来说,两阶段反应体系进料TS浓度在6%以下时对餐厨垃圾处理效率、固体残渣处理效率和甲烷产率都得到了良好的效果。     

猪粪干式厌氧消化系统稳定性及其耐氨氮机制分析

随着我国畜牧业快速发展,畜禽粪便量激增,已经成为许多城市及农村的新兴污染。文章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,旨在探索其最佳的进料量、系统稳定性和潜在的氨抑制问题。研究结果表明,当进料量为600 kg·d~(-1)时,沼气产量,甲烷含量,VS降解率,物料产气率,甲烷产率分别为45~55 m~3·d~(-1),62%,50%,117~143 mL·g~(-1)VSd~(-1),72~88 mL·g~(-1)VSd~(-1)。从综合产气率和VS降解率两方面评价,当进料量为600 kg·d~(-1),该干式厌氧消化中试系统运行稳定、处理效率高,并可获得较好的产气效果。在该条件下,氨氮与游离氨浓度与系统产气性能没有直接线性关系,且在浓度分别高达5000 mg·L~(-1)和1100 mg·L~(-1)时系统没有明显的抑制作用,因为系统内的微生物尤其是产甲烷菌在高浓度氨氮的环境下受到一定程度的驯化,对高浓度氨氮有了更强的抵抗力。     

《中国沼气》2007年（第25卷）总目录

·综述与实验研究·真菌处理含木素废水的研究……………………………………………唐刚,贺延龄,王国栋,等1-3废纸制浆造纸废水的厌氧可处理性研究………………………………赵旭东,贺延龄,梁继东,等1-6UASB工艺处理高浓度Vc生产废水的试验研究……………………………汪善全,李晓娜,竺建荣1-9沼气生物脱硫可控因子静态对照实验研究…………………………………孔垂雪,梅自力1-14自然环境中磷化氢研究进展………………牛晓君1-18生活污水厌氧消化出水后处理技术研究进展………………………………………夏邦寿,胡启春1-23餐厨垃圾的干式厌氧消…     

接种率对农村有机生活垃圾厌氧发酵的影响

文章以农村有机生活垃圾为原料,采取中温(35℃±1℃)的条件进行批式厌氧发酵实验。实验采用了两个不同发酵浓度(原料TS含量4.32%,5.18%)和5个不同接种率(接种物TS含量4.55%,6.26%,6.88%,8%,9.13%)的不同组合。实验结果表明:在原料TS含量为5.18%及接种物TS含量为6.88%(接种率为135%)的条件下,甲烷产量最高,原料产甲烷潜力为0.18 L·g~(-1) TS·d~(-1),农村有机生活垃圾产甲烷量随接种率的提高呈现先升后降的趋势。同时通过定期测定发酵液的电导率发现,在该厌氧发酵正常的情况下,电导率范围在8~10m S·cm~(-1)之间。     

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。     

农村生活垃圾厌氧发酵产沼气性能研究

文章研究了在TS为8%和5%,中温(35℃)与常温,粉碎程度为粗粒与细粒的条件下,不同组合的农村生活垃圾厌氧发酵的产气效果。结果表明,当TS为8%,中温粗粒条件下的累计产气量和TS甲烷产率达到最高,分别达8035 m L和0.2704 m~3·kg~(-1),而TS为5%,常温粗粒条件下,农村生活垃圾的累计产气量最低,仅为2453 m L。发酵过程中pH值维持在6.0~7.5之间,厌氧发酵产气效果较好,而pH值低于6时,厌氧发酵受到明显抑制。此外,厌氧发酵对农村生活垃圾的重金属含量有明显去除作用。     

高有机负荷下UASB及UBF处理垃圾渗滤液效果对比

在（38±2）℃条件下,分别采用UASB和UBF厌氧反应器技术对生活垃圾渗滤液进行处理。结果表明:在厌氧运行过程中,有机负荷提升至15 kg COD（m3·d）,HRT为5 d,UASB厌氧反应器原料产气率为25.4~29.6 m3t,COD去除率高于94%,容积产气率为5.77~6.02 m3m3,CH4含量70%以上,pH值为7.21~8.25;UBF厌氧反应器原料产气率为22.7~25.4 m3t,COD去除率高于90%,容积产气率为4.99~5.60 m3m3,CH4含量66%左右,pH值为7.29~8.01。UASB厌氧反应器处理生活垃圾渗滤液效果优于UBF厌氧反应器。