基于仿生学的一体式两相厌氧反应器的运行研究

反刍动物瘤胃对纤维素类物质具有强大的消化能力,在厌氧发酵领域备受关注.为了增加秸秆等物质的资源化利用途径,本文基于仿生学的原理,设计了一体式两相新型厌氧反应器,并以秸秆、猪粪和河道底泥为底物进行干式共发酵,研究了该反应器的水解酸化和产甲烷性能.结果表明:反应器在1~6 d的产气速率较快,单位体积累积产气量的增长速率为366.87 mL/d,最快产气速率为22.3 mL/(g·d)(以每g挥发性固体每天产生的沼气体积计);发酵过程挥发性固体的产气量为0.13 L/g;发酵过程中pH在7.3~8.2之间变化,pH与挥发性脂肪酸(VFAs)浓度整体上呈现相反的变化趋势,说明反应器内未发生氨抑制现象;第1~21天,主反应室产生的溶解性化学需氧量(SCOD)在次反应室中被充分利用,实现了水解过程和水解产物利用过程的分离;厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)是反应器中最丰富的两个菌门,均具有水解和产酸能力.基于瘤胃设计的反应器既具有不同水解程度底物分层和持续吸收VFAs的效果,又有上部水解和产酸、下部产甲烷的一体式两相厌氧发酵效果.研究显示,该反应器可有效延长固体物质的停留时间,提高底物的水解酸化效率,减少反应器内局部酸抑制现象的发生.

厨余垃圾合成生物塑料(PHA)综合研究型实验设计

围绕当前我国厨余垃圾分类和“限塑令”两个政策热点,设计了厨余垃圾合成生物塑料(PHA)综合研究型实验。该实验针对厨余垃圾低温热水解制备液态碳源和利用碳源合成PHA两个过程,开展影响因素考察和性能优化研究。实验结果表明,当厨余垃圾自然储存1d时,利用低温热水解制备的碳源中COD约为80 g/L,其中有机酸总浓度达到16 g/L,乳酸和丙酸为有机酸的主要成分;液态碳源中乳酸含量越高,污泥中合成PHA产量越高,当乳酸含量为40%时,PHA含量达到34.9%。该实验以直观、生动的方式引导学生开展厨余垃圾收集、储存和转化利用等连贯实验操作,有助于培养学生对厨余垃圾资源化这一复杂环境工程问题的分析与解决能力。