干式厌氧发酵失稳调控机制及策略研究进展

干式厌氧发酵技术是一项有机废弃物处理与资源化利用技术,在处理有机废弃物的同时既可产生清洁的甲烷能源,又可实现区域环境的改善,但其反应过程中极易出现酸化和氨氮抑制现象,进而导致反应体系产气效率降低甚至崩溃。综述了干式厌氧发酵体系失稳调控机制,总结了酸化和氨氮抑制两类失稳情况的调控策略,分析了外源添加导电材料(生物炭、磁铁矿等)、添加微量元素(铁、镍等)和生物强化以及各项调控策略之间的混合协同调控。以期为缓解干式厌氧发酵过程中出现的酸化和高氨氮抑制现象,从而实现高效稳定运行提供相应的理论参考。

厨余垃圾干式厌氧发酵与湿式厌氧发酵技术分析

厌氧发酵技术是我国解决厨余垃圾问题的重要技术手段。本文结合厨余垃圾厌氧发酵技术原理,对比干式厌氧发酵技术和湿式厌氧发酵技术,回顾厌氧发酵技术的发展,并结合厨余垃圾厌氧发酵工程案例,分析两种厨余垃圾厌氧发酵技术存在的问题,这可为厨余垃圾厌氧发酵技术的选择提供参考。

厨余垃圾含固率对干式厌氧发酵工艺在实际工程应用中的影响及控制

随着垃圾分类政策在全国各城市开始实施,厌氧发酵处理逐渐成为厨余垃圾处理的主流工艺投入使用。主要介绍了干式厌氧发酵工艺在厨余垃圾处理工程实践中的设计参数和运行情况。近2年的实际运行结果表明,干式厌氧发酵系统在高有机负荷、高含固率物料下可以稳定运行,VS降解率、产气率等运行指标都能达到设计水平,但是干式厌氧发酵系统对于原料的含固率和VS都有相应要求。通过对运行数据的整理分析,经过物料衡算建立了物料平衡方程,计算出了干式厌氧发酵系统处理厨余垃圾的污泥产率,为项目的稳定运行和今后同类型项目的设计提供了理论设计依据和工程实践参考。

温度和含固率对酒糟干式厌氧发酵过程的影响研究

以酒糟为基质,考查了温度和含固率对其干式厌氧发酵过程的影响。结果表明,随着温度升高(25℃~55℃),酒糟中纤维素和半纤维素等物质的降解效率不断提高,并能显著提升甲烷的产量和产率。高温(55℃)条件下的累积甲烷产量是常温(25℃)条件下的3倍以上,且出现多个产气高峰。基质固体浓度(TS)由15%提高至20%时,发酵系统不会出现酸积累现象,反应器内的pH稳定在7.0左右,甲烷产量、挥发性固体(VS)去除效率随TS增加而提高,但进一步提高TS含量(25%~30%)会导致系统pH值降低,基质转化效率下降并抑制发酵过程,最终降低甲烷的产量和产率。因此,高温(55℃)和20%的TS浓度是酒糟甲烷发酵的最佳操作条件。研究结果将为酒糟的干式厌氧发酵过程提供一定的理论依据。

餐厨垃圾半干式厌氧发酵技术在呼和浩特市的应用和示范效应

针对呼和浩特市餐厨垃圾处理设施老旧、处理能力不足的问题,建设处理规模为300 t/d的半干式厌氧发酵工程,并对处理效果进行跟踪监测。实际运行显示,半干式厌氧发酵工艺进罐垃圾产率达90 m^(3)/t,用水量为56~60 kg/t,节水效果良好。为证实半干式厌氧罐的搅拌性能,开展示踪试验,添加溴化锂示踪剂后,罐内物料在3 h内均匀分布,提高了产气效果。半干式厌氧发酵技术在餐厨垃圾资源化利用中,节水且产气率高,尤其适合在西部缺水地区推广应用。

有机固废干式厌氧发酵平台的自控系统

干式厌氧发酵系统的设备过去都是由工人手动现场控制,自动化水平低。为提高干式厌氧发酵平台的设备管理水平,设计了有机固废干式厌氧发酵平台的自控系统。将传感器安装于被测部位,实时采集被测点的传感器信号数据;通过数据网络上传至服务器主机,在服务器主机内进行处理和存储;采用大数据数字化手段将设备运行的数据、固废和菌剂的消耗量、沼气产量和设备用能等导入数字化平台进行“大数据”和“人工智能”分析,用分析结果指导日常管理工作,使设备运行在最优状态。所提系统满足了对设备自动控制运行和实时监控的要求,提升了生产管理的自动化水平。

厨余垃圾干式厌氧发酵产沼技术的工程应用

山东省青岛市某项目建设规模为厨余垃圾处理500t/d,选用“预处理+干式厌氧发酵产沼”的工艺方案。项目建设内容包括厨余垃圾预处理系统、干式厌氧发酵及脱水系统、沼渣干化系统、沼气储存及净化系统、沼气锅炉系统、沼气发电系统以及全厂除臭系统等。项目总投资为3.83亿元,投资强度为76.7万元/t。项目调试期间运行效果良好,沼气产量高,厌氧系统运行稳定。

中持绿色干式厌氧发酵技术入选科技部《国家绿色低碳先进技术成果目录》

9月,科技部发布了《国家绿色低碳先进技术成果目录》,中国环境保护产业协会会员单位北京中持绿色能源环境技术有限公司(以下简称中持绿色)自主研发的有机固体废物卧式推流干式厌氧发酵技术及装备成功入选“固体废物处理处置及资源化领域”的技术清单。

厨余垃圾中温干式厌氧发酵系统调试阶段工况分析

以重庆市某厨余垃圾中温干式厌氧发酵系统为实际案例,研究了调试阶段含固率、碱度、挥发性脂肪酸、氨氮、pH及甲烷含量等的变化情况。运行结果表明,以沼渣及牛粪启动厌氧发酵,约2周后甲烷含量能达到55%以上;pH维持在8.0~8.2,碱度维持在12000~14000 mg/L,挥发性脂肪酸为2500~3000 mg/L,氨氮为2500 mg/L左右,系统可稳定运行;发酵罐内部随着物料向后端移动,含固率、挥发性脂肪酸逐渐降低,总碱度、pH逐渐升高,氨氮无明显变化趋势;系统稳定运行后,厌氧发酵罐单位进料量的产气量约为140 m^(3)/t,甲烷含量维持在55%~65%;三级脱水系统运行稳定,脱水效果好。

华南地区稻秸常温干式厌氧发酵试验研究

该文将经过预处理后的稻秸，进行厌氧干式发酵，研究了稻秸发酵过程中的生物气产量、pH值、乙酸及甲烷含量的变化。结果表明，稻秸经过调节C／N和白腐菌预处理后，C／N从37．18降低到28．01，前45d的累积产气量约占总产气量的80．4％；发酵原料总固体产气率为0．457m^3／kg，与常规湿式厌氧发酵相比，不仅提高了池容效率，而且缩短了发酵周期，同时提高了单位原料产气率。发酵液的pH值稳定在6．8～7．5，当发酵前期甲烷含量长期处在较低水平时，可以通过再接种的方法提高甲烷含量。实验结果表明厌氧干发酵产沼气是一种技术上可行的农业废弃物资源化方式，该实验结果为稻秸的大规模生物气化提供重要的工艺设计依据。

粪草比对干式厌氧发酵产沼气效果的影响

弄清粪草比对干式厌氧发酵产气效果的影响,对改进干式厌氧工程具有重要意义。该文按A、B、C、D设计了4组试验:A组为单独猪粪,B组为单独稻草,C组为猪粪与稻草质量比2︰1,D组为猪粪与稻草质量比1︰2。试验进行了62d,反应温度设定为(35±1)℃,各组反应的TS(总固体)浓度均为30%。结果显示,产气曲线出现拐点的时间A组在第48d,B组在第40d,C组在第26d,D组在第25d。C、D两组总产气量分别为15715mL和13186mL。而根据A、B两组单独原料产气量推算,C、D两组的产气潜力分别为15168mL和13838mL。实际测量值与计算值没有显著差别。调节粪草比可以从原料转化速率方面促进发酵效率,并不能提高原料的产气潜力。因此,粪草比改善的优势可能是改良原料结构和调节原料营养,而不是改善发酵原料的转化潜力。

秸秆干式厌氧发酵渗滤液回流技术研究

采用室内模拟试验方法,研究了秸秆干式厌氧发酵渗滤液回流量、回流方式对产气量的影响,分析比较了渗滤液的COD、VFA、pH变化以及其与产气率的相互关系。结果表明,在中温、底物浓度(TS)为18%条件下,发酵培养43d,以0、0.2、0.4、0.6、0.8L·d-1的量回流,不同回流量处理间累积产气量差异不显著。底物浓度为20%、发酵84d条件下,每天回流与产气趋势下降后回流以及两相法回流其总产气量较不回流对照分别提高了9.53%、23.13%、12.74%,其中以产气趋势下降后再回流的方式为最优。

温度对畜禽粪便稻草混合干式厌氧发酵的影响

通过在畜禽粪便中添加稻草进行混合干式发酵来产生沼气,在发酵原料C/N=28.3、TS=21.3的条件下,研究了常温、中温(36℃)和高温(55℃)条件对畜禽粪便稻草混合干式厌氧发酵产沼气性能的影响。结果表明,常温组启动慢,日产气量少,不宜进行干式发酵;中、高温条件下干式发酵具有较好的产气效果,中温是较为合适的发酵温度。中温组和高温组的有机负荷率分别为1.69kg.m-.3d-1和1.89kg.m-.3d-1,TS产气率分别为0.237m3.kg-1和0.208m.3kg-1,池容产气率分别为0.401m3.m-3.d-1和0.393m3.m-3.d-1,实验研究结果对干式发酵的实际应用具有一定的指导意义。

搅拌对牛粪干式厌氧发酵效果的影响

利用自制干式厌氧发酵罐,通过批次试验,研究了高温(55℃)条件下搅拌对牛粪干式厌氧发酵效果的影响。连续搅拌转速为8～32 r/min时,产气效果无明显差异。采用8 r/min间歇搅拌,所得到的甲烷产量比连续搅拌低约10%,但能大幅降低搅拌能耗,在干式厌氧发酵系统中更为适用。反应过程中,各组间发酵料液的pH值、挥发性有机酸浓度、总碱度和氨氮浓度无明显差异。

鸡粪与玉米秸秆的干式厌氧发酵实验研究

文章以鸡粪和玉米秸秆为发酵底物,开展了鸡粪干发酵、玉米秸秆预处理后干发酵、鸡粪和玉米秸秆混合干发酵等实验。实验结果表明:玉米秸秆经过质量分数为2%的Na OH溶液预处理后,产气效果最好;与鸡粪或玉米秸秆单独干发酵相比,鸡粪与玉米秸秆混合干发酵的产甲烷效果并无明显优势,但增加沼液回流后甲烷产量提高了1倍以上,实现了99.9%的产甲烷潜力。

连续干式厌氧发酵中试系统设计与试验

设计了以卧式浆叶轴机械搅拌厌氧发酵罐为核心的干式发酵技术与成套装备。利用该技术建成干式厌氧发酵中试工程。工程包括预处理及进料系统、厌氧发酵系统、沼气净化与贮存、增温保温系统、出料系统等。工艺方案中克服了干式厌氧发酵进出料困难、传质传热不均的难题,实现了连续高温干式厌氧发酵产沼气。中试结果表明,系统运行稳定,产气效果较好,平均有效容积产气率达3.0 m3/(m3.d)。

含盐量对餐厨垃圾干式厌氧发酵的影响

在中温(35℃)和高温(55℃)条件下,研究了不同含盐量(质量分数分别为0、1%、2%、3%、4%、5%)对餐厨垃圾干式厌氧发酵过程中日产气量、累积产气量、总固体(TS)、挥发性固体(VS)、沼气成分的影响。结果表明,在中温和高温条件下,当含盐量为3%(质量分数)时累积产气量均达到最高值,分别为1 244、1 419mL。此时,TS、VS的去除率也最高,中温时的去除率分别为43.2%、45.6%,高温时的去除率分别为48.3%、50.9%。餐厨垃圾干式厌氧发酵过程中沼气的甲烷含量逐渐升高,第28天时达到最高;含盐量为3%时中温和高温厌氧发酵条件下甲烷含量最高,分别为78.7%(体积分数,下同)、90.0%。

农作物秸秆干式厌氧发酵实验研究

在温度32～35qC下，研究了小麦秸秆不同固含率和粒径范围的厌氧发酵过程。结果表明：无论产气量还是产酸和用酸平衡上，固含率25％是较适宜物料厌氧发酵的浓度，产气量249mL／g；小麦秸秆在固含率15％～25％范围内，理论产气数值与实际气体量成线性相关，相关系数r=0．9842；3种不同粒径的产气量最大为〈0．5am，其次为1～2cm，3—5cm，考虑到粒径小容易酸化的原因，故选择秸秆厌氧发酵的粒径范围〈2cm。

玉米秸秆干式厌氧发酵乙酸产生规律及其对发酵的影响

为解决玉米秸秆干式厌氧发酵系统因乙酸积累而致发酵失败、工程运行不稳定等问题,利用气相色谱仪对玉米秸秆干式厌氧发酵过程中w（乙酸）和w（CH4）进行检测,结合相关性分析和回归分析等方法,研究了乙酸动态产生趋势、w（TS）（TS为总固体）与w（乙酸）的相关性,以及w（乙酸）对CH4产生的作用机制.结果表明：发酵过程中w（乙酸）先增后降,w（TS）由20%增至30%,w（乙酸）增加的持续时间由5 d延至15 d.Pearson相关性分析结果表明,w（TS）与w（乙酸）呈极显著负相关（R〈-0.979,P〈0.01）.一元线性回归分析得到拟合方程y=-1 214.8w（TS）＋668.2,由斜率（-1 214.8）可知,w（TS）对产乙酸过程具有较明显的抑制作用.玉米秸秆干式厌氧发酵系统内w（乙酸）为160~451 mg/g,随着w（乙酸）的增加,底物CH4产率经历上升、稳定、下降后再稳定和下降4个阶段,其中w（乙酸）为212~312 mg/g时,底物CH4产率（大于120 m3/t,以秸秆干质量计）最大,其次为w（乙酸）在〉312~410 mg/g时的80~120 m3/t.

牛粪高温干式厌氧发酵产沼气性能试验

研究了牛粪原料高温(55℃)干式厌氧发酵过程中产气效果和物料参数的变化规律。结果表明:接种比例3∶10、8 r/min连续搅拌条件下,物料TS(总固体)产气率为311 mL/g,甲烷平均体积分数为57.1%,平均容积产气率为2.73 L/(L.d);容积产气率在第3天达到最高,为5.23 L/(L.d);反应初期挥发性脂肪酸迅速积累,1 d后即达到峰值,随后迅速减少;在反应初期pH值略有下降,随后逐渐升高;氨氮质量浓度和总碱度则一直呈上升趋势。