酸度、氧化还原电位和水力停留时间对葡萄糖厌氧混合发酵的影响

以两种厌氧絮状污泥和一种绵羊中的胃液为种子，在恒化器中对葡萄糖进行了连续混合厌氧发酵。在pH=6-7,Eh=-400mV条件下降解速率最快。乳酸和乙酸在大多数实验中总为主要产物。酸度和水力停留时间对发酵的影响主要通过影响厌氧菌优势种群和同一种群的代谢途径实现。

秸秆厌氧混合发酵的研究进展

由于能源危机和环境问题日益加剧,生物质能源的发展受到了极大的关注。秸秆厌氧发酵能够有效地利用秸秆资源,既消纳了废弃物,又生产沼气。但秸秆作为单一底物进行发酵时效率较低,厌氧混合发酵技术能够提高底物的利用率并产生较好的经济效益和环境效益,成为近年来的研究热点。文章综述了秸秆厌氧混合发酵过程中混合底物的选择,以及发酵影响因素,包括温度、碳氮比、预处理、氨抑制、微量元素等,并简要介绍了混合发酵的模型和动力学方程相关的研究进展。

牛粪与蘑菇渣厌氧混合发酵产沼气研究

文章以牛粪和蘑菇渣为研究对象,进行了牛粪和蘑菇渣厌氧混合发酵的批次实验,并对厌氧混合发酵过程的累积甲烷产量进行了模型拟合。研究结果表明:蘑菇渣和牛粪的质量比为1∶3时,发酵系统的产甲烷效果和稳定性最好;但是,相对于单一牛粪发酵而言,混合发酵的产气量并没有表现出更多的优势;Gompertz模型更适合于牛粪和蘑菇渣厌氧混合发酵实验组累积甲烷产量的预测和分析。

污泥停留时间对餐厨垃圾与剩余污泥中温厌氧混合发酵系统的影响

采用连续搅拌釜式反应器(CSTR)成功启动了餐厨垃圾与剩余污泥混合发酵平行系统,重点探究了不同污泥停留时间(SRT)缩减幅度对于餐厨垃圾和剩余污泥混合发酵系统的影响.结果表明,较大幅度地缩减SRT(> 8. 3 d)提升反应器运行负荷,不利于反应器的稳定运行;随着反应器运行负荷的增加,SRT缩减幅度应逐渐降低(5～0. 9 d),能够取得餐厨垃圾和剩余污泥混合发酵系统的高负荷稳定运行.经过282 d的运行,CSTR混合发酵系统能够在SRT为9. 1 d,进料负荷(以COD计)为(12. 9±1. 5) g·(L·d)^(-1)的条件下稳定运行,相应的甲烷产量为3. 94～4. 25 L·(L·d)^(-1),甲烷产率(以COD计)为288～302 m L·g-1,p H和挥发性脂肪酸(VFA,以COD计)分别稳定在7. 80～7. 83和0. 32～0. 39 g·L-1.此外,还探究了高负荷条件下餐厨垃圾和剩余污泥混合发酵污泥特性,结果表明,餐厨垃圾和剩余污泥混合发酵系统甲烷转化途径以乙酸转化途径为主,具有较高的乙酸、丙酸、丁酸和戊酸的产甲烷活性和辅酶F420的质量摩尔浓度.

互花米草与土豆混合厌氧发酵产酸和产沼气特性(英文)

研究了中温(35℃)批量发酵条件下互花米草与土豆VS配比分别为6∶1、7∶1和9∶1时混合厌氧发酵的产酸发酵和产沼气特性。试验结果表明:1)与互花米草单独发酵时的丙酸型产酸发酵不同,混合发酵的产酸发酵表现为丁酸型发酵;混合发酵时发酵液中总挥发性有机酸(TVFAs)的浓度比互花米草单独发酵时提高了1倍多;混合发酵时发酵液中各单一有机酸浓度依次为乙酸>丙酸>丁酸,而互花米草单独发酵时为丙酸>乙酸>丁酸;2)6∶1、7∶1和9∶1三种配比下的沼气产量分别为460、431和415mL/gVS,比互花米草单独发酵时的361mL/gVS分别提高了27.4%、19.3%和15.0%;3)6∶1、7∶1和9∶1三种配比下的沼气中的甲烷含量分别为60.3%、62.4%和62.7%,比互花米草单独发酵条件下57.4%的平均甲烷含量提高了大约3%～5%。总之,混合发酵显著改变了互花米草的产酸发酵特性,这些改变对促进互花米草的厌氧发酵和提高所产沼气的质量均具有积极的意义。

钠盐对高负荷餐厨垃圾和剩余污泥中温厌氧混合发酵过程的抑制作用

针对高负荷餐厨垃圾和剩余污泥混合发酵系统在实际应用过程中存在的盐度抑制问题,通过批次试验探究了不同钠盐(CH3 COONa、NaCl和Na2SO4)对中温混合发酵体系的影响,考察了添加不同浓度钠盐时混合发酵体系的甲烷累积产量、有机物去除率、挥发性脂肪酸(VFAs)累积量及水解、酸化、乙酸化和产甲烷速率的抑制作用.结果表明,随着CH3COONa浓度的增加,相应的甲烷产量逐渐增加,但在高浓度时理论甲烷产量降低,当Na+浓度为8 g·L-1时,对产甲烷抑制率为21%.此外,NaCl和Na2SO4对甲烷累积产量具有抑制作用,相同Na+浓度下,Na2SO4对混合发酵体系甲烷产量的抑制作用更大;当SO4^2-浓度为8.3 g·L-1时,相应甲烷抑制率为23%.相反,Cl-浓度为3.1~6.2 g·L-1时,对混合发酵过程中甲烷抑制率为4.6%~7.7%;但随着Cl-浓度增至9.3~12.3 g·L-1时,甲烷产量提升了14.5%~37.6%.分析认为,NaCl对混合发酵过程有机物去除率的抑制作用主要是Na+的影响,而Na2SO4的抑制作用主要来源于SO4^2-和Na+的协同作用.NaCl和Na2 SO4对水解速率和产甲烷速率的抑制作用较大,而对酸化速率和乙酸化速率抑制作用较小.

膜基材对连续流动态膜厌氧混合发酵系统的影响

采用动态膜生物反应器(DMBR)成功启动并稳定运行了玉米秸秆与餐厨垃圾中温厌氧混合发酵系统,重点探究了膜基材性质(膜面积、膜孔径和膜材质)对连续流动态膜混合发酵系统运行性能和动态膜性能的影响.结果表明,膜面积、膜孔径和膜材质对动态膜的形成、膜通量的改变和有机质的截留能力均有影响显著.其中,适当增大膜面积以降低膜通量能够显著降低膜反洗频率;与200目尼龙网膜基材相比,相同膜面积的300目不锈钢膜基材的有机质截留率更高(>95%),稳定状态出料浊度低于50 NTU,相应的DMBR系统甲烷产率由(111.1±7.9) mL·g^-1COD增至(217.1±18.6) mL·g^-1COD.比对分析可知,300目不锈钢膜基材能够较好地实现混合发酵系统水力停留时间(HRT)和固体停留时间(SRT)的稳定分离,有利于最大限度地提升混合发酵系统的甲烷产率.此外,在选定动态膜组件较优膜面积、膜孔径(300目)和膜材质(不锈钢网)的基础上,设定有机负荷、HRT和SRT分别为(3.91±0.55) g·L^-1·d^-1、30 d和46 d,连续流动态膜混合发酵系统能够实现长时间高效稳定运行,反应器内辅酶F420浓度(1.65μmol·g^-1VS)较高,且纤维素类生物质降解显著.

餐厨垃圾和剩余污泥厌氧混合发酵过程的动态膜强化特性研究

比较了厌氧动态膜生物反应器(DMBR)与完全混合式反应器(CSTR)在处理餐厨垃圾(FW)和剩余污泥(WAS)时的发酵产气过程,验证了高负荷餐厨垃圾和剩余污泥混合发酵时DMBR系统运行的稳定性,考察了动态膜(DM)基材孔径(300目、200目和100目)对DMBR运行性能及其固液分离效果的影响.结果表明:一体式DMBR能够强化餐厨垃圾和剩余污泥混合发酵的高负荷稳定运行,DMBR过膜滤液中平均总挥发性脂肪酸(TVFA)为86.1 mg·L^-1,低于CSTR排泥中TVFA的浓度(527.3 mg·L^-1).当动态膜基材孔径为300目时,DMBR过膜滤液中总有机物(TCOD)为(1.6±1.1) g·L^-1,相应的固液分离效果优于200目((3.2±1.9) g·L^-1)和100目((32.0±1.3) g·L^-1)动态膜基材,即当动态膜基材孔径为100目时,DMBR过膜滤液中TCOD比300目动态膜基材高6.7倍.与200目动态膜基材孔径相比,300目动态膜基材相应的跨膜压差增长缓慢,反洗频率和运行能耗均较低,而100目动态膜基材孔径过大,固液分离效果较低.因此,在高负荷餐厨垃圾和剩余污泥混合发酵系统中,选用300目动态膜基材形成的动态膜过滤效果最优.此外,本文还对比分析了有机废物和废水处理领域中较优的动态膜基材孔径及DMBR的应用情况,为拓展DMBR在有机物处理领域的应用提供依据.

固含率对酒糟与餐厨垃圾混合厌氧发酵产沼气的影响

采用酒糟与餐厨垃圾作为发酵底物,并接种消化污泥进行厌氧干式发酵试验,比较固含率为15%、20%、25%、30%条件下甲烷产率、有机物去除率,并结合各项参数综合分析干式厌氧发酵过程。结果表明,由于营养物质较多,在一定范围内提高固含率有助于提高总甲烷产率,但较高的固含率会影响微生物代谢活性,降低反应速率,延长发酵周期,发酵50 d后,各试验组中,固含率为25%时产气效果最佳,其总产气率达238.48 mL.g-1TS,且TS、VS减量化程度达到最大,分别为55.65%、72.15%,继续增大固含率甲烷产率反而降低。干式厌氧发酵过程主要问题是由于发酵初期快速水解酸化引起的酸抑制作用,且固含率越高,抑制现象越明显。试验中累计甲烷产率基本符合一级反应动力学模型,其R2值均高于0.94,但随着固含率增加,体系产甲烷潜能逐步提升,反应速率逐步减慢,试验数据对模型的符合程度逐步降低。

连续流动态膜餐厨垃圾和剩余污泥厌氧混合发酵系统的运行效能

为探究厌氧动态膜生物反应器(DMBR)在典型城市有机废弃物厌氧发酵领域应用的可行性,以餐厨垃圾(FW)和剩余污泥(WAS)为处理对象,在连续流条件下探究动态膜FW和WAS厌氧混合发酵系统的运行效能,并优化基质混合比(FW/WAS)和食微比(F/M)。结果表明,以水力停留时间(HRT)和有机负荷(OLR)分别为62.5 d和(1.84±0.45) g·L^(-1)·d^(-1)为初始条件,在连续流下启动FW和WAS厌氧混合发酵系统,经过72 d的运行,系统pH稳定在7.6~8.0,平均甲烷产量达到(0.41±0.08) L·L^(-1)·d^(-1),无短链挥发性脂肪酸(VFA)累积且TVFA/碱度最大比值仅为0.024,表明系统启动成功且运行稳定。通过对动态膜的特性分析可知,动态膜形成快速,可在较短时间内实现低浊度(<50 NTU)出料,动态膜截留效果显著。通过FW/WAS和F/M的批次优化实验可知,厌氧混合发酵系统最优FW/WAS为4.4∶1 (基于VS),定期调整优化FW/WAS有望取得更高的系统甲烷产率;相应的系统能够耐受的最大F/M为0.944,为后续充分发挥连续流动态膜FW和WAS混合发酵系统的最大效能提供依据。本研究结果可为典型城市有机废物厌氧发酵产甲烷系统的低碳高效稳定运行提供参考。

连续流厌氧动态膜混合发酵系统的优化及运行效能研究

为探究厌氧动态膜反应器进行厌氧混合发酵产甲烷的连续运行效能,以玉米秸秆(CS)和餐厨垃圾(FW)为混合基质,通过批次试验优化了厌氧发酵系统启动阶段的关键参数。在此基础上启动运行了连续流厌氧动态膜混合发酵系统并解析了该系统的运行效能和动态膜截留效能。结果表明:CS与FW的最优基质混合质量比(CS/FW)为2.399时甲烷产量最高;设定CS/FW=2.399,接种比由0.272逐渐增至1.019,相应的甲烷产量先增后降,接种比应不高于0.815。设定CS/FW为2.399,在有机负荷为10.86 g/(L·d)时,采用连续进料方式运行中温厌氧动态膜混合发酵系统,经过66 d的启动和连续运行,可获得稳定的甲烷产量(平均为1.68 L/(L·d)),且系统内无总挥发性脂肪酸(TVFA)累积,碱度和pH均在厌氧发酵适宜范围内。同时,在厌氧动态膜混合发酵系统运行过程中,动态膜形成后系统的出料浊度可稳定在100 NTU以下,动态膜固液分离效果好。

猪粪与稻草混合沼气发酵投加方案优化设计

以一实际工程为例,以产气稳定,满足用气要求,投料简易为目的,以沼气发酵工艺条件为约束,融合数学模拟与数理统计建立优化设计模型,优选粪草混合投加方案。结果表明:采用猪粪连续进料和稻草批量进料方式,控制温度35℃、碳氮比25、料液浓度9%、原料利用率53%左右工艺条件下,水力停留时间与稻草投加间隔时间的选择主要由猪粪和稻草的产气性能决定。水力停留时间为27 d左右,稻草投加间隔时间为20 d和37 d时,分别为最优解和满意解,产气量变差系数分别为0.000 6和0.004 5,猪粪日投加量与稻草每批投加量比分别为2.1和1.2,池容产气率分别为1.03 m3/(m3·d)和1.00 m3/(m3·d)。

接种比例对酒糟与餐厨垃圾混合厌氧发酵产沼气的影响

采用酒糟与餐厨垃圾作为混合发酵物料,并接种消化污泥进行厌氧干式发酵,比较接种比例(inoculum to substrate ratios,ISRs)(VS质量比)分别为0.5、0.8、1.0、2.0时的甲烷产率和产量、体系VFA、碱度、游离氨等指标。结果表明:接种比例的提高可有效提高甲烷产生速率,缩短发酵周期,减弱较高浓度VFA引起的抑制作用。当ISRs=1.0时产甲烷效果较好,累计产甲烷率为222.58mL/g,VS去除率达83.4%,继续增加接种比例对发酵效果影响不显著。此外,试验中适宜的VFA/碱度值为0.3～1.2,过大或过小都有可能抑制产甲烷过程。

酱糟与醋糟混合发酵产沼气研究

酱糟、醋糟是我国食品酿造行业产生的废弃物,通过厌氧发酵不仅可以解决废糟处理问题又可获取能源.因此本研究在中温(35±1)℃的条件下,根据C/N比的不同,进行了酱糟/醋糟干物质(TS)比分别为1∶0(N1)、1∶1.5(N2)、1∶3(N3)、1∶7(N4)、1∶18(N5)和0∶1(N6)的混合发酵实验.结果表明,单一酱渣的延滞期为17.46d,混合发酵明显缩短了延滞期,为3.00～3.83d;混合发酵组(N2～N5)累计产甲烷量的实验结果比计算结果分别提高了1%、16%、14%和10%,其中,N3组C/N比为25.7∶1,提高最为明显;各组发酵产生的沼气的甲烷体积分数在65%～70%之间;Gompertz模型拟合可以用于酱糟和醋糟混合发酵产甲烷的过程;酱、醋糟发酵的产酸类型以乙酸型发酵为主.