生物电化学厌氧消化的应用现状与研究进展

调研了近年来报道的生物电化学厌氧消化经典案例,梳理了该系统的构型及工作原理;讨论了其解抑增效潜能及机理;分析了外加电压、电极材料及布置间距等对系统强化效果的影响.目前,生物电化学厌氧消化系统通常可将厌氧消化甲烷产率产量提高0.15~8.6倍,提升沼气中的甲烷含量至原来的1.2~1.6倍.外加电极及电压造成的功能微生物富集和电子高效传递是系统性能强化的主要原因.有鉴于此,电压和电极材料是系统效能的主要影响因素.该系统的规模化运行受到经济性制约,后期探索间歇供电、新能源供电、峰谷电等用电策略或形式;研发利于微生物富集但不易结垢的电极材料,创新电极组件摆放或嵌入型式等可能对该系统的工程化应用具有重要促进作用.

高含固污泥厌氧消化中甲硫氨酸分解抑制特性

高含固污泥热水解厌氧消化条件下,沼气中硫化氢体积分数较常规含固率污泥厌氧消化低。沼气中硫化氢主要来源于污泥中含硫氨基酸的降解,而硫化氢体积分数下降与甲硫氨酸分解抑制相关。在测定高含固厌氧消化过程中含硫氨基酸分解中间产物分布的基础上,以甲硫氨酸为基质对高含固厌氧消化污泥进行富集,分析富集后微生物种群结构特性及甲硫氨酸分解过程中挥发性有机硫分布,探讨高含固厌氧消化环境对甲硫氨酸分解过程的抑制特性。结果显示:高含固厌氧消化环境下,甲硫氨酸厌氧分解含硫产物包括甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫和硫化氢。常规含固率及高含固率环境下,甲硫氨酸分解批次试验中硫化氢积累体积分数分别约为2417×10^(-6)和1418×10^(-6),表明高含固厌氧消化过程中硫化氢生成量下降可能由甲硫氨酸厌氧分解时中间产物积累导致。高含固污泥采用甲硫氨酸富集培养时,结果显示Pseudomonas相对丰度为26%,分解产物包括氨氮、甲硫醇和二甲二硫等。其中,二甲二硫先于甲硫醇达峰值,体积分数分别约为267.7×10^(-6)和164.9×10^(-6),推测反应前期甲硫醇快速转化为二甲二硫,后期速率减慢,甲硫醇开始累积。当氨氮质量浓度增至4000 mg/L时,二甲二硫生成速率降低16.79%,表明高含固系统的高氨氮环境可抑制甲硫氨酸分解产生二甲二硫。

基于文献计量学分析的剩余污泥厌氧消化预处理研究进展

污水处理过程中会产生大量剩余污泥,对剩余污泥进行厌氧消化处理既能减少环境污染,又能回收能源。本文基于文献计量学方法和可视化工具,对中国知网(CNKI)数据库和Web of Science核心数据库2003—2023年间收录的相关文章进行梳理,对当前剩余污泥厌氧消化处理的研究热点领域进行比较分析,并对剩余污泥成分、理化特性和厌氧消化预处理方法进行文献综述。研究表明,剩余污泥厌氧消化产生甲烷是该处理技术的重要目的,预处理技术与剩余污泥处理存在重要关联性;物理、化学和生物酶等不同预处理技术对产沼气量有较大影响,针对污泥本身的理化性质而采用更加合适的预处理技术,能够在节约成本的同时进一步提高剩余污泥资源化利用程度。

污泥热水解厌氧消化滤液处理工程溶解性有机物

以典型的污泥热水解厌氧消化滤液处理工程为对象进行现场调查.结果表明,滤液中氨氮和COD的浓度分别高达(2034±465),(4128±276) mg/L,滤液中溶解性有机物(DOM)主要是大分子难降解有机物,大于1000Da的DOM占80.6%.现有“生物预处理+两级AO-MBR”滤液处理工艺总体上可实现高效脱氮(TN去除率94.9%)和部分COD去除(69.9%).脱氮主要依赖生物预处理单元(去除贡献率为79.9%),而DOM去除主要依赖MBR工艺的膜过滤(去除贡献率为184.7%).膜过滤截留的DOM依次为高分子聚合物>腐植酸类物质>低分子有机酸和中性物质,出水DOM主要以腐植酸和富里酸类物质为主,且腐殖化程度增高.现有的水洗、酸洗和碱洗对膜的有机污染均有一定的清洗效果,但清洗液中DOM类型差异明显.

发酵助剂配方优化对小麦秸秆厌氧消化产甲烷的研究

试验旨在研究不同种类及不同复配方式的添加剂对小麦秸秆厌氧消化(anaerobic diges⁃tion,AD)的影响。研究了四氧化三铁纳米颗粒(Fe_(3)O_(4)nanoparticles,NPS-Fe_(3)O_(4))、三氧化二铁纳米颗粒(Fe_(2)O_(3)nanoparticles,NPS-Fe_(2)O_(3))、四氧化三铁(Fe_(3)O_(4))、三氧化二铁(Fe_(2)O_(3))、氯化亚铁(FeCl_(2))、血晶素(hemin)、皂苷(Ginsenoside Rg1,Rg1)七种外源添加剂在不同添加浓度及搭配方式对AD产甲烷的影响。结果表明:单独添加各发酵助剂均可显著提高AD的累计甲烷产量,混合添加后提升效果反而降低。其中单独添加100 mg/L Fe_(2)O_(3)的提升效果最好,累计甲烷产量达到207 mL/g,比空白组提高了86%。通过不同复配方式添加发酵助剂的试验结果显示,混合添加100 mg/L FeCl_(2)+1 mg/L hemin的提升效果最好,累计甲烷产量达到192 mL/g,比空白组高出了70%。试验所用的发酵助剂提高了小麦秸秆厌氧消化效率,为农业废弃物厌氧处理提供进一步技术支撑。

厨余垃圾厌氧消化对沼气微生物及环境的影响

厨余垃圾可通过厌氧消化生产沼气,实现其减量化和可再生能源的循环利用,促使行业发展向“双碳”目标靠近。总结了厨余垃圾厌氧消化过程中主要水解产酸菌和各营养型产甲烷菌,讨论了厨余垃圾在产沼过程中环境因子对厌氧消化的影响及其与微生物活性间的关系,同时基于厨余垃圾厌氧消化全生命周期研究,分析了沼气生产及其应用对环境的影响。最后,针对厨余垃圾厌氧消化产沼效能低下的问题,在系统优化方面进行了展望,以达到高效回收及高值化利用厨余垃圾的目的,进而实现能源结构转型,推动城市绿色低碳发展。

初沉污泥与剩余污泥热水解厌氧消化性能研究

通过分析初沉污泥和剩余污泥的物化性质及厌氧消化性能,研究了热水解对初沉污泥和剩余污泥的影响。研究结果表明,两种污泥中的有机质主要为糖类、蛋白质和脂肪,初沉污泥的脂肪含量高于剩余污泥,而糖类和蛋白质含量则低于剩余污泥。初沉污泥热水解前后厌氧消化产气率分别为365和376 L·kg^(-1)TS,剩余污泥分别为102和273 L·kg^(-1)TS。热水解对初沉污泥的影响并不明显。但经过热水解处理后,剩余污泥的厌氧消化性能得到了显著提升,其VS去除率从29%提高至49%,初沉污泥和剩余污泥的混合污泥也从33%提高至48%。因此,热水解处理在提升污泥厌氧消化性能方面具有显著效果,但需针对不同污泥的特性选择适当的热水解工艺。

温度转换对厌氧消化系统连续运行及微生物群落的影响

通过210d的连续厌氧消化试验,实现了以餐厨垃圾为发酵底物的同一厌氧消化系统内发酵温度从中温到高温的转换.试验结果显示,中温阶段,最高有机负荷(OLR)为6.5kg COD/(m^(3)·d),平均沼气产率658L/(kg COD·d);产甲烷优势菌属包括Methanosaeta(57.0%)、Methanospirillum(10.0%)、Methanomethylovorans(9.2%)和Methanobacterium(19.7%),其与水解酸化类细菌、同型产乙酸菌等形成互营关系,实现高效产甲烷过程.经35d升温过程后,中温发酵系统平稳转换为高温发酵系统.高温系统稳定运行时OLR为5.0kg COD/(m^(3)·d),平均沼气产率480L/(kg COD·d);产甲烷优势菌属主要为Methanoculleus(96.2%),其与互养产氢类细菌和互营乙酸氧化细菌等形成互营关系,共同推动H_(2)利用和产甲烷过程.但高温系统在试验后期呈现明显酸化趋势,产气效率大幅下降,推断是因为该阶段产甲烷菌活性受到抑制,而水解产酸菌大量富集,使得有机酸生成与利用过程失衡,最终导致系统崩溃.综上说明厌氧发酵系统在线温度转换具有技术可行性,但高温系统的运行性能和稳定性较中温系统偏低.

剩余污泥厌氧消化抑制产甲烷代谢研究进展

首先阐述了抑制污泥厌氧产甲烷代谢的环境因素,主要是初始溶解氧、有机负荷、温度及pH。归纳了污泥厌氧消化产甲烷的内源抑制因素腐殖酸、氨氮及盐度,腐殖酸可通过竞争产甲烷菌的电子及影响相关酶的活性来抑制产甲烷,氨氮主要依靠影响产甲烷菌活性抑制产甲烷,盐度不仅影响产甲烷活性,而且也影响胞内有机基质释放。阐明了两种常用专性和非专性的外源抑制剂的作用机理。归纳了抑制污泥厌氧产甲烷的研究进展,以期为污泥产酸资源化利用提供理论参考。

改善剩余污泥厌氧消化产甲烷性能的新策略:导电材料介导微生物种间直接电子传递

综述了近年来关于碳基和铁基导电材料促进DIET产甲烷的研究进展,归纳了直接种间电子传递的机制,总结了碳基和铁基导电材料的结构特征、电子传递机理和强化剩余污泥厌氧产甲烷效果。指出了当前研究存在的不足,并对未来的研究方向做出了展望。

纳米气泡的特性及其在有机固体废物厌氧消化中的应用

基于国内外研究现状,分析了纳米气泡(NBs)的基本性质和产生方式,以及改善厌氧消化性能的作用机理,综述了NBs在有机固体废物厌氧消化中的研究进展,以及在增强厌氧消化稳定性、加快水解速率、提高甲烷产量等3个方面的应用,提出了加强不同气体NBs理化性质研究、开发多种气源、提升检测能力、降低能耗和成本等后续研究展望。

不同铁矿物对酱香型白酒封窖泥厌氧消化的影响

通过向废弃窖泥厌氧消化系统中分别添加强氧化性的水铁矿和弱氧化性但有导电性的磁铁矿,考察Fe(Ⅱ)、有机物、微生物群落结构等的变化,探究不同类型Fe(Ⅲ)矿物对窖泥厌氧消化的影响。结果表明,水铁矿组富集铁还原菌,Fe(Ⅱ)含量第12天迅速增加至900 mg/L,表明水铁矿发生了异化铁还原。磁铁矿组与对照组中Fe(Ⅱ)含量几乎一致,说明磁铁矿没有发生异化铁还原。水铁矿组和磁铁矿组中COD去除量分别比空白组增加了16.1%和4.9%,表明水铁矿和磁铁矿均促进了有机物的去除。磁铁矿组富集了Geobacter和Methanosarcina,促进了直接种间电子传递(DIET),增加了23.4%的甲烷产量,而水铁矿抑制甲烷化,降低了32.2%的甲烷产量。

厌氧消化酸累积条件下强化产甲烷研究与应用

厌氧消化系统在实际运行中易受多种条件的影响,导致挥发性脂肪酸积累,挥发性脂肪酸的积累进一步抑制产甲烷作用,最终导致厌氧消化系统崩溃。分析了pH值、挥发性脂肪酸的种类和浓度是酸累积抑制产甲烷的原因,综述了利用投加嗜酸产甲烷菌和丙酸产甲烷菌的生物强化技术与投加磁铁矿、纳米零价铁、活性炭、生物炭、石墨烯的外源强化技术消除酸累积取得的效果,展望了未来研究方向可从加强酸累积对产甲烷抑制作用的机理探究,以及利用数学模型对酸累积的过程进行预警和调控等方面开展。

厌氧消化技术在处理有机废弃物方面的应用现状

本研究聚焦于评估厌氧消化技术在处理有机废弃物、转化为再生能源和有机肥料方面的应用,并探讨了其对环境影响的减缓作用。采用文献综述方法,深入分析了温度、碳氮比、有机负荷率、挥发性脂肪酸、水力停留时间和pH等因素如何影响厌氧消化过程的效率与稳定性。研究表明,这些参数对促进微生物活动、加快有机物分解以及维持系统稳定运行均具有显著影响。通过对玉米秸秆、畜禽粪便和厨余垃圾等典型有机废弃物的案例分析,验证了厌氧消化技术的有效性,并详细阐述了该过程中关键微生物群落的结构和功能,包括细菌和古菌在不同阶段如水解、酸化、乙酸化和产甲烷中的作用机制。此外,文章还讨论了有毒物质生成问题及其管理策略。最终,文章建议通过提升厌氧消化效率、开发新型反应器技术以及加强微生物种群研究,将有助于使厌氧消化技术在未来实现更高效、稳定且广泛的运用。

微好氧厌氧消化研究进展

微好氧厌氧消化是一种介于厌氧环境和好氧环境之间、具有低浓度溶解氧的厌氧消化方式。该消化方式不需要额外处理单元,通气速率可精准调控,比传统厌氧消化更具优势,可实现更高的生物转化和甲烷产出,是一种可靠、有效的有机废弃物能源化方法。目前,微好氧厌氧消化已被证明在提高微生物多样性、加速水解、减少硫化氢生成、提高甲烷产量等方面具有独特优势,是近几年厌氧消化研究的新方向。本文通过对近20年微好氧厌氧消化相关研究进行梳理,阐述了微好氧厌氧消化的概念和机制,总结了微好氧对厌氧消化的影响及其应用,分析了影响微好氧厌氧消化的因素,并指出了其存在的问题和下一步发展方向,以期为微好氧厌氧消化系统的改进和应用提供科学依据及支撑。

沼渣水热炭与沼渣热解炭强化餐厨垃圾厌氧消化对比研究

餐厨垃圾厌氧消化产生大量沼渣,亟需得到妥善处理。采用水热与热解将沼渣分别制备为水热炭与热解炭,并对比研究了其对餐厨垃圾厌氧消化的影响。结果表明:与对照组(23.8 mL/g)相比,水热炭组(投加量1、5、10 g/L)甲烷产量分别为24.0、38.9、34.9 mL/g,分别提高了0.8%、63.4%、46.6%;热解炭组(投加量1、5、10 g/L)甲烷产量分别为29.7、35.7、31.1 mL/g,分别提高了24.8%、50.0%、30.7%。投加水热炭和热解炭促进了有机物溶出,且水解产酸菌包括Fastidiosipila、 W5053、 Propioniciclava、 Actinomyces (放线菌属)、Norank_f__ST-12K33的总相对丰度由73.0%分别提升至84.6%和82.0%。投加水热炭和热解炭后,Methanosaeta(鬃毛甲烷菌属)相对丰度分别高达60.3%和50.6%,Methanobacterium (甲烷杆菌属)相对丰度仅为26.5%和36.9%。沼渣生物炭可以强化餐厨垃圾厌氧消化,随着投加量的增加,甲烷产量先上升后下降,最优投加量为5 g/L,且水热炭效果优于热解炭。

厌氧消化和好氧堆肥对城市污泥中新污染物的削减

城镇污水处理规模的扩大使得城市污泥的产生量增加,而药物及个人护理品(PPCPs)、生物性污染物、微塑料(MPs)和雌激素等新污染物在污泥中的检出率也呈增加趋势。污泥厌氧消化制沼气、好氧堆肥制土壤改良剂具有削减污染物、回收有价值组分、降低环境风险等多重功效,然而它们对新污染物的削减效果尚待考察。以上述4种新污染物为例,比较了它们在不同国家城市污泥中的存在状况,综述了厌氧消化、好氧堆肥、厌氧消化和好氧堆肥结合以及与物化措施联合对新污染物的削减情况及存在的问题。针对污泥中多种新污染物并存的状况,提出未来应开发针对多种新污染物的去除技术,同时强化新污染物削减机制的研究,以保障城市污泥的安全利用。

硫酸盐对厌氧消化的影响及强化工艺研究进展

含硫化合物作为工业生产中的常见原料,在医药化工、食品加工等行业中被广泛利用,这也导致了相关行业生产废水中高硫酸盐的水质特点。废水中的硫酸盐成分,会对厌氧生物处理效能产生一定的抑制,同时也会造成设备和管道的腐蚀损耗。研究通过总结厌氧系统中硫酸盐生物还原机理、利用碳源种类以及硫酸盐还原菌与产甲烷菌的竞争影响机制,揭示硫酸盐对厌氧消化性能的影响。并针对高含硫酸盐废水厌氧处理的关键点,进一步介绍目前主流的处理工艺和硫酸盐厌氧抑制的缓解手段,结合相关工艺运行特点,分析不同处理工艺优缺点,为高含硫酸盐废水厌氧处理工艺选择提供参考。

MFC型生物传感器监测厌氧消化中挥发性脂肪酸研究进展

从MFC型生物传感器的工作原理入手,主要关注该技术在挥发性脂肪酸(VFA)监测领域的研究进展,讨论了反应器构型、电极材料、分隔膜材料、电活性微生物等因素对MFC型生物传感器性能的影响,对MFC型生物传感器的发展进行了总结和展望,以期为提升MFC型生物传感器在VFA监测方面的性能奠定基础,为推动厌氧消化在线监测技术的创新发展提供思路。

常低温条件下氨氮质量浓度对厌氧消化处理轻工行业废水的影响

在升流式厌氧污泥床(Up-flow Anaerobic Sludge Blanket, UASB)中启动厌氧消化工艺,考查常低温(<25℃)条件下氨氮质量浓度对厌氧消化处理模拟轻工行业废水性能的影响。结果表明,间歇加泥并控制回流比为7.5的条件有利于厌氧消化工艺的启动,当氨氮质量浓度为400~1400 mg/L时,对厌氧消化性能基本无不利影响,且在400~800 mg/L之间时,会轻微促进厌氧消化性能,但较高的氨氮质量浓度会导致部分微生物死亡,促使胞外聚合物和溶解性微生物产物含量增大。此外,氨氮质量浓度的升高不利于氢营养型产甲烷古菌Methanobacterium的生长,其相对丰度从75.5%降低至6.3%,但有利于乙酸营养型产甲烷古菌Methanosaeta和兼性营养型产甲烷古菌Methanosarcina的增殖,二者的相对丰度分别从19.8%和1.7%增大至63.8%和29.1%。常低温条件下,厌氧消化工艺可以处理氨氮质量浓度为0~1400 mg/L的高COD的轻工行业废水,但优势产甲烷古菌会发生显著演替。