有机垃圾组分中温厌氧消化产甲烷动力学研究

以土豆、生菜、瘦肉和花生油为原料,采用批式中温厌氧消化产甲烷实验,研究了城市生活有机垃圾中淀粉类、纤维素类、蛋白质类和脂类4种典型组分的厌氧消化产甲烷特性。利用修正Gompertz方程对累积产甲烷量进行拟合,并对厌氧降解过程用一级动力学进行分析。结果表明:土豆、生菜、瘦肉和花生油的最终甲烷产量为260.1、145.7、258.4和757.2mL·gVS^(-1),延滞期分别为0、1.3、1.6和13.1d,累积甲烷产量达到最终甲烷产量80%所需的时间分别为7.2、9.6、8.1和59.7d,可生物降解度分别为74%、31%、51%和85%。从厌氧消化过程中液相的挥发性脂肪酸浓度和气相的氢气浓度以及pH监测结果表明,所有厌氧消化过程均没有中间产物的积累,适合一级动力学方程。土豆、生菜、瘦肉和花生油的厌氧降解速率常数分别为0.183、0.147、0.190和0.020d^(-1)。

餐厨垃圾与污泥两相中温厌氧消化试验研究

研究了混合比例和污泥停留时间对餐厨垃圾与污泥联合两相中温厌氧消化过程的影响。相较于餐厨垃圾与污泥TS比为1∶3的条件,TS比为1∶1时两相系统具有更好的产气效果、有机物去除效果和运行稳定性。随着SRT的延长,两相系统有机负荷逐步降低,产甲烷速率相应降低,单位体积进料产沼气量以及有机物去除率逐步提高。在餐厨垃圾与污泥TS比为1∶1的条件下,两相厌氧消化系统最佳SRT为25 d(产酸相和产甲烷相分别为5 d和20 d);此时,沼气中甲烷含量高达71%,产甲烷速率和甲烷产率分别为0.7 L/L·d和0.69 L/gVS去除,两相系统VS去除率达到64.7%。

初沉污泥和厨余垃圾的混合中温厌氧消化

对初沉污泥和厨余垃圾混合中温厌氧消化的可行性进行了研究。采用两种物料混合，其初沉污泥和垃圾按VS之比分别为3：1和1：1，HRT分别采用10d、13d、16d、20d。试验结果表明，在所有的反应器运行过程中，进料有机负荷为1．66～4．19gVS／（L·d），所有反应器系统中均没有出现如pH降低、碱度不足、氨抑制和VFA积累等抑制现象。在两种进料条件下，相应的VS去除率分别为61．89／6～66．49／6和67．5％～70．4％，甲烷产率分别为0．441～0．447L／gVS和0．47～0．482L／gVS。

沼渣水热炭添加对猪粪中温厌氧消化的促进作用

为探明沼渣水热炭添加对猪粪中温厌氧消化产气的影响,该研究以190℃水热炭化制备的猪粪沼渣水热炭(H-190)为研究对象,采用批次发酵实验,探讨H-190添加对猪粪中温(37℃)厌氧消化产气特性的影响。结果表明,TS=4.0%的猪粪中温厌氧消化系统中,添加H-190后系统的平均产气量和产甲烷量分别为313.07和191.35 m L·g^(-1)VS,较纯猪粪处理提高了29.81%和26.22%;而TS=8%的体系中,添加H-190后,二者分别为233.59和145.00 mL·g^(-1)VS,较纯猪粪处理提高了12.08%和13.39%。添加H-190可提高TS=4%猪粪中温厌氧发酵系统的消化效率,缩短厌氧消化的延滞期,但对TS=8.0%的系统则相反。沼渣水热炭优良的表面特性是缓解猪粪厌氧消化过程中中间代谢物质的抑制、促进微生物间的电子传递、提高系统消化产气和产甲烷的主要原因。该研究对养殖场粪污厌氧消化高效处理具有工程指导意义。

污泥加热预处理对中温厌氧消化的影响

对污泥加热预处理给中温厌氧混合消化和污泥单独消化带来的影响进行了研究。研究结果表明,污泥加热预处理有利于提高混合消化对COD的去除率,尤其是SCOD的去除率由77%增长到93%,但不利于TS和VS的去除;而对污泥单独消化,预处理则不利于有机物的去除。采用加热预处理后的污泥进样,混合消化和污泥单独消化的甲烷产气量均有所提高。

污泥中温厌氧消化的实验研究

通过实验室装置对活性污泥中温(35℃)厌氧消化过程中的沼气产生量和气体成分进行了监测,并对消化前后污泥的含水率、VS、成分等进行对比分析。结果表明:该污泥可以采用中温厌氧消化的方法进行处理,沼气的收集可以实现能量的回收,但由于消化后污泥中Cu、Ni的重金属含量超过GB 4284—1984农用污泥中污染物控制标准,因此不能用作农业肥料。

污泥与餐厨垃圾联合两相中温厌氧消化效果探析

研究了不同HRT条件下餐厨垃圾与污水污泥联合两相中温厌氧消化系统的运行效果。结果表明当产酸相HRT为5d时，产酸反应器挥发酸产量最高，且丙酸含量较小，产酸效果最佳。当产甲烷相HRT为20d时，产甲烷反应器运行效果较佳，沼气产率达到0．69L／gVS去除、甲烷含量为71．3％、VS去除率为64．7％。该文采用动力学控制方法即可基本实现产酸相和产甲烷相的分离，产酸相和产甲烷相pH分别为4．6～5．5、7．3～7．4；虽然产酸相仍存在轻微的产甲烷作用，但并不影响有机物的水解和酸化，也不影响两相系统的运行效果。

卵形中温厌氧消化池本体工艺基础设计的探讨

以某20万t污水处理厂卵形中温厌氧消化池为模板,探讨了卵形消化池池容和池体尺寸的确定方法,以及池体表面积的计算方法,并且比对了不同设计方案和计算方法下消化池池容及相关参数的设计结果,同时总结了部分设计参数的取值,并为类似工程的设计提出了合理建议。

卵形池中温厌氧消化系统辅助系统工艺基础设计的探讨

以某20万吨污水处理厂卵形中温厌氧消化池为模板,探讨了卵形池中温厌氧消化系统辅助系统-污泥投配系统、热工系统、沼气输送系统设计计算的方法以及部分设计参数的取值。

碱度类型及浓度对剩余污泥中温厌氧消化的影响

为了探究不同碱度物质(Na_2CO_3、KHCO_3、NaHCO_3)和浓度范围(2000,3000,4000mg/L)(以CaCO_3计)对中温厌氧消化系统的影响,采用了密封的半连续搅拌反应器进行批次试验.综合反应器运行与微生物高通量测序分析,结果表明在3种不同碱度类型中Na_2CO_3能推进水解酸化过程,而在产气减量方面Na HCO_3表现更为突出,说明在调节系统碱度时,Na_2CO_3更易促进水解酸化这一限速阶段,而Na HCO_3能使水解酸化细菌与产甲烷菌之间保持平衡,保证甲烷产量;在不同Na HCO_3浓度情况下,增加投加碱度的浓度使水解能力增强,相应会导致脱水性能恶化,而系统中挥发性脂肪酸含量变化不大,过量碱度将使得系统产气和减量能力下降.

特定有益菌对奶牛粪便中温厌氧消化体系稳定性和指示菌存活的影响

本文研究了添加假单胞菌、芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌和放线菌对奶牛粪便中温(35℃)厌氧消化过程中消化体系稳定性和指示菌(粪大肠菌群、产气荚膜梭菌、厌氧菌和需氧菌)存活情况的影响。通过采用1L抽滤瓶作为消化罐,置于恒温箱内35℃模拟中温厌氧消化。检测厌氧消化过程中粪大肠菌群、产气荚膜梭菌、厌氧菌和需氧菌数量的变化,同时对挥发性脂肪酸(VFA)含量、NH4+-N含量和pH值等指标进行测定。结果发现,在厌氧消化体系中添加假单胞菌、芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌和放线菌对整个消化过程中VFA含量、NH4+-N含量和pH值没有显著影响(P>0.05),但可提高酸化阶段丁酸和乙酸的产量,降低丙酸的产量,有利于形成一个良好、稳定的厌氧消化体系。添加的微生物可以显著促进粪大肠菌群数量的减少(P<0.05),但对产气荚膜梭菌、厌氧菌和需氧菌的数量并没有显著的影响(P>0.05)。试验结果表明,假单胞菌、芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌和放线菌在厌氧消化处理畜禽排泄物过程中的应用有一定的理论推广价值,其实际应用的研究有待进一步开展。

中温厌氧消化对猪、奶牛粪中腐殖质含量及结构的影响

为阐明畜禽粪便厌氧消化后腐殖质的特性,文章以猪粪和奶牛粪为研究对象,探讨了进料总固体(TS)为4%和8%条件下中温35℃±1℃厌氧消化后物料中腐殖质含量和结构的变化特征。结果表明,中温厌氧消化后猪粪和奶牛粪的总腐殖质(HS)和富里酸(FA)含量均显著(p<0.01)降低;胡敏酸(HA)含量在发酵猪粪中显著(p<0.01)降低,而在发酵奶牛粪中无显著性变化。基于傅里叶变换红外光谱(FTIR)结果发现,猪粪消化残留物中糖类占比增多,脂肪族、酚类、蛋白质化合物占比减少,而奶牛粪发酵后多糖类物质占比减少,脂肪族、脂质、酚类化合物占比增加。芳香族化合物仅在高浓度猪粪中温厌氧消化后有少量被分解。该研究为畜禽粪便消化残留物后续的合理利用及环境风险评估提供参考。

超声联合热碱预处理促进剩余污泥中温厌氧消化研究

基于超声联合热碱破解污泥最佳工艺参数,对预处理污泥进行半连续式中温厌氧消化研究。结果表明,预处理污泥日产甲烷量是原泥的1. 94倍,达234 mL·d^(-1)。运用修正的冈珀兹模型进行累计甲烷产量动力学分析,发现预处理污泥和原泥累计产甲烷曲线与修正的冈珀兹模型拟合系数R2分别达0. 998和0. 993。预处理污泥的动力学参数如下:最大累计产气量达5 376. 4 mL,最大产甲烷速率达394. 8 mL·d^(-1),细菌产甲烷的延迟时间为2. 8 d。预处理污泥的甲烷转化率为82. 17%。从有机物浓度变化来看,厌氧消化期间预处理污泥溶解性化学需氧量、溶解性蛋白质和多糖浓度均远高于原泥,最大值分别是原泥的2. 09、3. 94和3. 95倍。预处理污泥在预处理阶段和厌氧消化阶段的总悬浮物和挥发性悬浮物去除率分别达54. 9%和61. 8%。超声联合热碱预处理不仅能促进污泥有机质破解,还能提高破解有机质的生物可利用性,极大改善污泥厌氧消化效率。

不同污泥含固率的高温微好氧-中温厌氧消化工艺研究

为探讨城市污泥高温微好氧-厌氧两级消化耦合工艺（TAD-MAD）中CH_4产气情况,考察了不同污泥含固率条件下TADMAD工艺中的p H、总碱度、VSS去除率、挥发性脂肪酸（VFA）和沼气产量以及沼气中CH_4含量,并与中温厌氧消化工艺（MAD）进行对比。试验结果表明,在未调节污泥初始p H的条件下,在消化过程中污泥p H能维持在6.5~7.8之间,适宜甲烷菌生长。TAD-MAD工艺中高温微好氧消化2 d,VFA含量大幅度增加,最高为8 524.70 mg/L,有利于后续中温厌氧消化产甲烷。TAD-MAD工艺系统中累积单位VSS甲烷产气量和CH_4含量均高于MAD工艺。TAD-MAD工艺最佳进泥TSS为7.12%,污泥经过24 d的消化,VSS去除率能达到40%,而MAD的VSS去除率仅为35.12%。TAD-MAD工艺累积单位VSS甲烷产气量为116.56 m L/g VSS,超过MAD的85.72 m L/g VSS。且TAD-MAD工艺产甲烷持续时间较MAD工艺长,CH_4含量总体高于MAD工艺,表明TAD-MAD工艺在VSS去除、甲烷产气量和甲烷含量方面均优于MAD工艺。

餐厨垃圾中温厌氧消化处理特性研究

中温厌氧消化处理餐厨垃圾能耗小、二次污染少,且能产出清洁能源,具有良好的环境效益和经济效益。叙述了进水COD浓度变化时垃圾中温厌氧消化处理的特性,指出,进水容积负荷变化时,反应系统中不出现酸化现象,随着进水有机浓度的提高,整体上COD去除率虽有所下降,但基本保持在95%以上;UASB反应器中产气量随进水有机浓度的增大呈增长趋势。

餐厨垃圾与市政污泥连续式混合中温厌氧消化

研究了在连续进出料条件下,餐厨垃圾与市政污泥的不同混合比例对混合中温厌氧日产气量、pH、VFA/碱度、TS去除率、VS去除率以及沼气产率和甲烷产率的影响。结果表明:当物料单独厌氧消化时,投加含固率为8%餐厨垃圾的系统比投加含固率为10%餐厨垃圾的系统更加稳定;当餐厨垃圾与市政污泥TS之比为80∶20时,去除单位VS的沼气和甲烷平均产量最高,分别达到712 mL/g和388 mL/g,物料TS和VS平均去除率分别为60%和75%;而当混合比例为60∶40时,获得最高的TS和VS平均去除率,分别是71%和77%,去除单位VS的沼气和甲烷平均产量分别是668 mL/g和374 mL/g;餐厨垃圾与市政污泥混合厌氧消化与餐厨垃圾单独厌氧消化相比,沼气甲烷含量、去除单位VS的沼气和甲烷平均产率都有所提高,并且具有更好的系统稳定性。

城市污泥中温厌氧消化中挥发性脂肪酸(VFA)对肠道病原菌的杀灭机理

为探讨污泥中温厌氧消化(MAD)过程中挥发性脂肪酸(VFA)对肠道病原菌的杀灭机理,在连续流污泥MAD反应器中,研究了两种pH条件下VFA对埃希氏大肠杆菌(E.coli)、沙门氏菌(Salmonella spp.)和志贺氏菌(Shigella spp.)杀灭的影响.结果发现,中性条件下(pH≈7),污泥中大肠杆菌和沙门氏菌数量经厌氧消化处理后明显下降,均下降了2个数量级,但VFA浓度为1000～6000mg·L-1时大肠杆菌和沙门氏菌的杀灭效果差别不明显.在pH酸性条件下(pH≈5),高浓度VFA反应器中污泥的大肠杆菌、沙门氏菌和志贺氏菌数量分别下降了3、6和2个数量级,达到污泥A级标准.对于纯培养的大肠杆菌和沙门氏菌,在VFA浓度8000mg·L-1、pH=5条件下培养6d后病原菌浓度低于检测限.结果表明,VFA对污泥厌氧消化中病原菌的杀灭效应与未解离状态的VFA浓度密切相关,高浓度VFA、低pH时,未解离态VFA浓度增加,从而提高病原菌杀灭效率.

餐厨垃圾固相物料的中温厌氧消化中试研究

采用有效容积为4 m3的全混装置,对餐厨垃圾经精细预处理后的固相物料进行了中温[(35±2)℃]厌氧消化处理中试研究,考察了进料有机负荷(OLR)及氨氮对产沼气能力、处理效果及运行稳定性的影响。结果表明,此类物料具有挥发性固体(VS)和挥发性脂肪酸(VFA)高而C/N值低的特性。其厌氧消化最佳运行工况为OLR=4.77 kg VS/(m3·d)、HRT=50 d。其容积产气率最大为2.56 m3/(m3·d),且整体稳定于1.95~2.10 m3/(m3·d),气体甲烷含量维持在60%以上,总固体(TS)去除率可达93%。在高OLR[5.97~6.86 kg VS/(m3·d)]条件下,VFA出现积累而氨氮浓度可维持相对稳定。当氨氮浓度<6 000 mg/L时,系统对VFA的积累并不敏感,VS产甲烷率仍可达0.32 m3/kg VS。但当氨氮浓度上升至6 000 mg/L以上时,产甲烷微生物活性受到明显抑制。因此控制氨氮浓度<6 000 mg/L是本系统稳定运行的关键。

污泥中温厌氧消化系统接种启动试验研究

分别以成熟消化污泥和牛粪作为接种物,研究了两种污泥中温厌氧消化系统的启动过程。结果表明,采用成熟消化污泥作为接种物的厌氧消化系统在第20天时达到稳定运行状态,整个启动过程中各指标变化平稳;而以牛粪作为接种物的厌氧消化系统在第30天时才达到稳定状态,启动过程中各指标变化幅度相对较大,启动效率较低。

城市污泥中温厌氧消化过程中厌氧耐药菌的分布与去除研究

城市污泥中含有大量的耐药菌,具有向环境传播耐药菌与抗性基因的潜在危险,但目前缺乏对城市污泥厌氧消化过程中耐药菌的研究.为此对某城市污水处理厂卵形消化池污泥进行了为期1 a的调查研究,考察了中温厌氧消化过程中四环素类与β-内酰胺类抗生素厌氧耐药菌的污染特征与去除效果,并分析了耐药菌的季节性变化规律.结果表明,厌氧进泥中四环素类耐药菌浓度与耐药率均低于β-内酰胺类.中温厌氧消化过程可以去除1.48~1.64 log单位的耐药菌(P<0.05),但经过厌氧消化后氨苄西林与头孢噻吩耐药率有显著增长(分别增加了12.0%与14.3%,P<0.05).厌氧进泥中耐药菌分布有明显的季节特征,除金霉素耐药菌外,其它耐药菌的浓度均为寒冷季显著高于温暖季(P<0.05).