梯度提高进料浓度对鸡粪连续中温发酵产甲烷的影响

通过长期中温甲烷发酵试验,考察了不同进料总固体质量分数(total solid,TS)(5%、7.5%、10%和15%)和有机负荷(organic loading rate,OLR)(2.5、3.75、5和7.5 g/(L·d))下鸡粪中温甲烷发酵效果,采用批次试验测定了各阶段污泥利用乙酸的产甲烷活性。330 d的连续试验显示,TS由5%增至15%,出料氨氮质量浓度由(2 110±370)mg/L增至(6 890±220)mg/L,挥发性脂肪酸由(360±100)mg/L增至(8 800±500)mg/L,TS产甲烷率由(253±9)m L/g降至(173±22)m L/g。长期采用TS10%和15%的进料,氨氮质量浓度分别达到(6 510±300)和(6 890±220)mg/L,TS产甲烷率分别为(203±13)和(173±22)m L/g,比TS5%的降低了20%和32%。批次试验结果表明,氨氮累积导致微生物利用乙酸产甲烷的能力降低,当氨氮质量浓度达到6 500和7 000 mg/L时,乙酸产甲烷活性分别降低59%和98%。鸡粪中温甲烷发酵能够在进料TS为5%和7.5%下稳定运行;进料TS达到10%,甲烷发酵水解、酸化和产甲烷将受到抑制,造成有机物转化率的降低。该研究建议鸡粪中温甲烷发酵的TS不超过10%。

厌氧平板膜生物反应器连续处理猪场废水研究

本研究以实际猪场废水为原料,在中温(37±1)℃条件下利用浸没式平板膜生物反应器进行180d连续厌氧发酵试验,以水力停留时间5,3和2d的梯度变化逐渐增加容积负荷,研究反应器运行性能,污泥比产甲烷活性,膜过滤特性和膜的清洗效果.试验结果表明,随水力停留时间的缩短,反应器的容积产沼气率分别达到0.68,1.03和1.12L/(L·d),稳定运行期间出水的总挥发性脂肪酸分别为(169±41) mg/L,(15±3) mg/L和(114±45) mg/L,以乙酸为主.反应器中厌氧污泥的乙酸比产甲烷活性测试表明,以2000mg/L的乙酸为基质,HRT 3d时具有最大比产甲烷活性1.127g-COD/(g-VSS·d).本试验发生膜污染的周期约4个月.采用2%的柠檬酸浸泡3h,可以恢复膜的过滤性能.在较低通量下,反应器中7～32g/L的污泥浓度并不会明显的影响平板膜的过滤性能.本研究结果显示,厌氧膜生物反应器有处理猪场废水的可能性.

自搅拌厌氧折流板反应器连续处理猪场废水的效果

该研究以猪场废水为处理对象,采用自搅拌厌氧折流板反应器(self-agitation anaerobic baffled reactor,SaABR)开展200 d的连续中温厌氧消化试验,考察在水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)3、2、1和0.5 d梯度缩短的过程中,SaABR截留微生物的效果以及反应器的产气性能、稳定性和污泥比产甲烷活性(specific methanogenic activity,SMA)。同时,该研究还开展了全混式反应器(completely stirred tank reactor,CSTR)78 d的连续对比试验。试验发现,SaABR具有良好的截留微生物的作用,在HRT 3 d时SaABR第1至第4取样口污泥挥发性固体(volatile solid,VS)浓度分别为10.2、4.1、44.2和2.5 g/L,而CSTR污泥VS质量浓度仅为2.6 g/L。较高的微生物量显著提高了有机物的降解率并降低了出水的有机酸浓度。随着HRT的缩短,SaABR的降解率也呈现下降。在HRT1d时,SaABR的单位VS产甲烷率为0.43 L/g,即使在HRT缩短到0.5 d时,仍然可实现稳定的发酵产气(单位VS产甲烷率为0.24 L/g),而CSTR反应器由于微生物洗出不能在HRT 1 d时连续产气。该研究的结果显示,SaABR反应器所具有截留微生物的良好特性,为养殖粪水的处理提供参考。

通入外源氢提高秸秆发酵沼气中甲烷浓度的研究

沼气提纯是制备生物天然气的重要过程,实验在玉米秸秆中温连续厌氧发酵反应器中通入外源 H2,考察外源H2通入量对秸秆产气性能、沼气组分以及发酵稳定性的影响。研究发现,当每天向每升反应器(有效容积)通入 1.5 L 的H2时,反应器运行 6 d 达到稳定,沼气中甲烷体积百分率由 54%提纯到 93%。由于 CO2的消耗,pH 由 7.17 升高到8.04。此阶段实验组和对照组挥发性固体(VS)去除率分为 45%和 49%,没有显著性差异(P 值为 0.40)。乙酸浓度为(170±39) mg L 1,丙酸浓度为(8±5) mg L 1;对照组乙酸浓度为(45±5) mg L 1,其他 VFAs 均未检测到。通入外源 H2反应器的溶解在液相的氢气(液相氢)为(2.6±1.2)μmol L 1,对照组液相氢浓度为(20.7±7.4)μmol L 1。通入外源 H2并未对产气和 VFA 的降解产生严重的抑制作用。综合所研究各项结果,外源 H2可以有效地提纯沼气,对发酵和稳定性没有显著的影响。

氨氮浓度对鸡粪中高温甲烷发酵的影响

为探究氨氮浓度对鸡粪中高温甲烷发酵的影响,采用固定水力停留时间(HRT,20d),提高进料总固体浓度(TS,5%、7.5%和10%)的方式增加氨氮浓度,通过265d的长期甲烷发酵试验,比较了不同氨氮浓度条件下鸡粪中高温甲烷发酵效果和污泥的比产甲烷活性.结果显示,TS由5%增至10%,中高温反应器中氨氮浓度由2.1~2.5g/L增至6.1~6.5g/L,对应的比产甲烷活性分别降低了44%和100%,中温反应器中挥发性脂肪酸由0.4g/L增至7.6g/L,甲烷产率由253mL/gTS降至203mL/gTS;高温反应器中挥发性脂肪酸由0.4g/L增至26.1g/L,甲烷产率由181mL/gTS降至18mL/gTS.氨氮浓度对高温甲烷发酵系统的抑制作用更加明显.

进料浓度对鸡粪长期高温甲烷发酵的影响

通过固定水力停留时间(HRT)为20d,逐步提高进料总固体(TS)浓度为5.0%,7.5%和10.0%的方式提高有机负荷(OLR),在高温(55±1)℃条件下开展鸡粪长期甲烷发酵实验并测定了各阶段污泥的比产甲烷活性(SMA),探究氨氮浓度对鸡粪高温甲烷发酵的影响.结果显示,当进料TS由5.0%增至10.0%,出料氨氮浓度由(2.5±0.3)g/L增至(6.1±0.2)g/L,挥发性脂肪酸(VFAs)由(0.4±0.1)g/L增至(26.1±1.5)g/L,p H值由(8.3±0.2)降至(6.9±0.1),产气率由(267.2±12.5)mL/g TS_(in)降至49.8±8.2m L/g TS_(in),甲烷浓度由(67.2±1.3)%降至(36.0±1.7)%.长时间采用TS10.0%的进料浓度,发酵系统中氨氮浓度最高达到7.5g/L,VFAs浓度达到27.0g/L,产气下降明显.氨氮抑制鸡粪高温甲烷发酵产气的初始浓度为2.5~3.0g/L.进料TS大于7.5%,鸡粪高温甲烷发酵会受到氨氮抑制.氨氮浓度的升高导致高温发酵体系利用乙酸产甲烷的能力降低,氨氮浓度达到5.5g/L,SMA降低60.0%;氨氮浓度达到7.0g/L,污泥利用乙酸产甲烷的活动几乎停止.