不同浓度餐厨垃圾高温厌氧消化研究

为探索餐厨垃圾高温厌氧消化的可行性,研究不同浓度餐厨垃圾高温厌氧消化过程中厌氧罐内参数的变化。通过餐厨垃圾连续厌氧发酵的进料负荷变化试验,试验结果表明,低浓度的餐厨垃圾浆料较高浓度的餐厨垃圾浆料厌氧发酵过程更加稳定,餐厨垃圾沥水浆料在7.5 kg·m^(-3)d^(-1)的COD负荷和6 kg·m^(-3)d^(-1)的TS负荷下可以长时间稳定运行,系统的容积产气率可达4 m^3·m^(-3)d^(-1)并可长期稳定运行。相较餐厨垃圾中温厌氧发酵,高温厌氧发酵能显著提升厌氧罐的进料负荷,从而有效降低厌氧罐体的大小,降低工程投资和运行费用。

热水解对初沉污泥高温厌氧消化产气性能的影响研究

厌氧消化是目前城市污水处理厂处理污泥的主要方式,传统污泥厌氧消化有机物转化率和产气性能都较低,采用热水解结合高温厌氧消化进行小试试验,考察热水解工艺对初沉污泥高温厌氧消化产气性能的影响。试验结果表明,热水解后初沉污泥最大粒径、平均粒径和中值粒径分别是处理前的0.49倍、0.55倍和0.51倍,污泥中可以被厌氧微生物分解的有机物含量明显提升,COD溶出率达到27.1%。热水解处理之后的初沉污泥相较于处理之前单位VS总产气量提高了21.93%,有机物转化率提高了4.93%,热水解工艺有效提高了初沉污泥高温厌氧消化的产气性能。

提高污泥含固率对高温厌氧消化互营产甲烷影响

以常规含固率(2%)剩余污泥高温厌氧消化排泥为接种污泥,分析接种污泥在不同氨浓度下厌氧消化各步骤的动力学速率变化,并以热水解预处理的高含固污泥(10%)为基质进行连续试验,探讨高温厌氧消化条件下基质由常规含固率快速切换至高含固率的产甲烷性能变化.结果表明,随着氨浓度上升,接种污泥对乙酸、丙酸、丁酸和热水解污泥的比产甲烷活性均有所下降,但其氢利用速率和互营乙酸氧化速率未受到显著影响.高温厌氧消化基质含固率由2%切换至10%连续运行试验结果表明,在有机负荷高达14g COD/(L·d)时,虽然系统COD去除率不足(27.99±3.66)%,且存在VFAs积累(10.41±2.25)g COD/L,但pH值仍可稳定在(7.74±0.09),说明该切换策略具有可行性.稳定运行系统中产氢产乙酸和互营乙酸氧化功能菌属以Coprothermobacter(15.29%)、Anaerobaculum(8.89%)、Tepidimicrobium(17.99%)和Syntrophomonas(1.60%)为主,切换后乙酸营养型产甲烷菌Methanothrix被淘汰,而参与互营乙酸氧化过程的Methanosarcina和Methanothermobacter相对丰度显著提高,说明体系通过构建互营乙酸氧化产甲烷途径来抵御高温高氨的环境胁迫.因此,以常规含固率高温厌氧消化污泥作为接种泥是实现由常规含固率切换至高含固热水解-高温厌氧消化的有效策略,并且接种污泥的互营乙酸氧化活性是切换成功的关键因素.

高温厌氧消化技术处理餐厨废弃物的工程应用

高温厌氧消化产沼技术是餐厨废弃物处理行业中有效的能源化利用方式,但其实际应用案例相对较少,本文通过研究某餐厨废弃物无害化处理项目高温厌氧消化产沼技术发现:(1)在进料负荷总体波动比较大的情况下(90 000—114 230mg/L),系统仍能维持稳定运行,证明高温厌氧系统具有较强的抗冲击负荷能力;(2)本项目的沼气平均产气量为40 038.77Nm^(3)/d,沼气中甲烷含量为55%—60%,单位物料平均产气率为82.60Nm^(3)/(m^(3)·d),系统单位产气率高;(3)系统稳定,不存在很大的pH值波动,不会出现酸或氨抑制的现象,酸碱度能保持相对平衡。本研究以期为高温厌氧消化餐厨废弃物项目的后续实际应用提供借鉴与参考。

生物强化促进餐厨垃圾高温厌氧消化产甲烷性能的研究

为探究水原脲芽孢杆菌Ureibacillus suwonensis E11的添加量对餐厨垃圾高温(55℃)厌氧消化产甲烷性能的影响,优化生物强化的实验条件,本研究采用5 L连续搅拌厌氧反应器,以餐厨垃圾为底物,以长期驯化的高温厌氧污泥为接种物,通过改变微生物添加量(0、5%、10%、15%、20%),对比高温厌氧消化的产甲烷性能,评价强化效果,确定最佳添加剂量,并结合宏基因组数据揭示生物强化的作用机制。结果表明:与未添加功能微生物的对照组相比,各生物强化组产甲烷量均有明显提高。最佳的功能微生物添加量为15%,在此条件下,生物强化组(575.14 mL/g)比对照组(452.86 mL/g)的累积甲烷产量(以VS计)提高27.00%。生物强化可以在一定程度上提高乙酸的利用效率。微生物群落结构分析显示生物强化通过提高几种重要水解细菌以及嗜氢产甲烷菌Methanoculleus的相对丰度,来促进餐厨垃圾高温厌氧消化产甲烷。

高温厌氧CSTR反应器处理木薯酒精废水研究

在高温(55℃)条件下,应用CSTR反应器对含高浓度悬浮固体的木薯酒精废水进行了全渣厌氧处理研究。以中温厌氧颗粒污泥接种,并采取逐步提高容积负荷的运行方式,约50d后反应器启动成功。运行至第80天左右时,高温厌氧CSTR反应器的容积负荷达到了14kgCOD/(m3.d),对TCOD的去除率稳定在90%,产气量为18L/d,其中甲烷含量>55%,对SS的去除率>80%。启动及运行过程中不需要人为调节系统的pH和碱度,且容积负荷的改变未对反应器的运行产生明显影响。

超声破解促进污泥高温厌氧消化研究

城市污水厂的剩余污泥经槽式超声波反应器预处理后,被投加到小型高温厌氧反应器中进行消化处理,通过改变投配率来控制厌氧消化时间,研究超声破解对高温厌氧消化反应速率和效率的影响。试验结果表明,与未经预处理的污泥相比,超声破解能够明显提高污泥高温厌氧消化的生物气产量及对有机物的去除率。控制组在停留时间为20d时对TCOD的去除率为37.29%,而破解污泥在第8天时的去除率就达到了39.60%。这表明污泥经超声破解后其厌氧消化性能得到改善,超声破解不但可以提高厌氧消化对有机物的去除率,而且可以缩短反应时间,在不影响厌氧消化反应正常进行的条件下,还实现了污泥的减量化。

城市生活垃圾高温厌氧转化生物质能研究

城市生活垃圾的处理与处置问题已成为研究热点,在国内外已有的研究基础上,对城市生活垃圾高温厌氧(批量)发酵实验进行一些初步探索,研究了在55℃的高温条件下累积产气量与消化时间的关系,C/N与产气量的关系;消化过程中pH值变化的关系,并研究了垃圾高温发酵实验过程中沼气中的CH4和CO2的含量变化,其中甲烷含量可达75.3%。实验结果表明,城市生活垃圾高温消化的降解效果较好,产气量较高,启动时间短。

模拟废水高温厌氧消化出水中SMP的特性研究

为考察废水高温厌氧消化出水中溶解性微生物产物(SMP)的特性,采用高温厌氧序批式反应器处理葡萄糖模拟废水,运用尺寸排除色谱(SEC)分离厌氧消化出水溶解性有机物(DOM),结合溶解性有机碳(DOC)、UV254吸光度和三维荧光光谱分析方法,对不同分离组分进行了定性和定量研究.结果表明,SMP在出水DOM(356mg/L,以DOC计)中占90.8%,其在高分子量(MW)(10k^100kDa)、中等MW(1k^10kDa)和低MW(<1kDa)内的含量分别为46.8%、45.4%和7.8%.高MW内的SMP比中等、低MW内的SMP有更高的芳香度.废水高温厌氧消化出水中SMP的荧光物质以高的酪氨酸类物质含量,低的富里酸和腐殖酸类物质含量为主要特征.低MW区域的SMP主要包括酪氨酸类物质,而富里酸和腐殖酸类物质主要集中于中等MW区域,色氨酸类和微生物副产物类物质在各MW区域内均有分布.高、中等MW区域(不含630Da<MW<4kDa部分)内的荧光物质组成并无显著差异,但色氨酸和微生物副产物类物质的结构形态则产生了变化.

初始pH对木薯酒精废水高温厌氧产氢的影响

通过间歇实验,考察了初始pH（4.0-10.0）对木薯酒精废水高温（60℃）厌氧产氢的影响.结果表明,初始pH6.0为高温厌氧产氢的最佳值,累积产氢量为383 mL,单位基质产氢量为70 mL.g-1.挥发性有机酸（VFA）和乙醇的总量随着pH的升高而升高,乙酸的含量越来越大,但丁酸始终占优势.接种污泥在90℃的水浴中加热1 h不能有效地抑制产甲烷菌和同型产乙酸菌的活性,当初始pH在6.0~10.0时,发现不同程度的氢消耗,并且在初始pH9.0和10.0时,发酵末期均检测到甲烷.发酵过程中对底物变化的跟踪分析表明,氢气主要在丁酸生成过程中产生,与乙酸关系不大.

基于污水源热泵的污泥高温厌氧消化系统实验研究

将污水源热泵应用到污泥高温厌氧消化流程,搭建了一套可同时实现污水热能资源化、污泥化学能资源化的实验系统.实验系统中,污水源热泵以污水处理厂二级出水为热源回收其中废热,所产出60℃—70℃中温热能供给热需求约为50℃的污泥高温厌氧消化工艺;高温厌氧消化工艺可快速、有效去除污泥中有机污染物,并产出清洁型能源沼气,而沼气可进一步用于污水处理工艺.实验系统设计了配备板式换热器的间接式污水源热泵系统、加热与维温分立的分块化污泥供热系统,提出了与污泥高温厌氧消化反应需热特性相匹配的热泵分段变工况控制策略.结果显示污水源热泵在供热水温50℃—70℃区间内稳定工作,可为高温厌氧消化提供连续、稳定热环境;供热系统负荷分配均匀,可保持高温厌氧反应器内±1℃温差;污泥水力停留时间5.5d时,挥发性悬浮固体降解率为52.2%,产气率平均为12.4m3/m3污泥(96%含水率).同时进一步利用实测数据分析了二级出水水温及水质对系统运行效率及稳定性的影响.

高温厌氧生物技术处理有机废水

探讨了使用高温厌氧微生物处理有机废水的机理以及温度、pH值、有机负荷、挥发性脂肪酸、微生物载体等对有机废水处理工艺过程的影响。以上流式厌氧污泥床和厌氧流化床为例,介绍了高温厌氧生物反应器的主要类型及其特点。介绍了国内高温厌氧生物技术处理有机废水的应用现状。评述了高温厌氧生物技术存在的问题和发展趋势,提出了将中温、高温耦合技术以及阶段式系统应用于有机废水处理工艺过程中的见解。

高温厌氧下腐殖土对改善活性污泥性质的影响

以提高活性污泥脱水性能、减量化、稳定化为目标,通过考察毛细吸水时间、有机元素组成、有机物分子量分布、傅立叶红外光谱等指标,探讨在55°C高温厌氧条件下腐殖土的投加量、反应时间对活性污泥脱水性能、元素组成及结构特征的影响.研究结果表明,污泥脱水性能随腐殖土投加量的增加而提高,且脱水时间减少9.5%～38.4%;在腐殖土的作用下污泥中富里酸(FA)相对分子量分布指数Mw/Mn随投加量递减,小分子量有机物数量的比值由50%提升至70%;污泥中腐殖酸(HA)的傅立叶红外光谱图中腐殖土投加前后在1 654,1 540,2 925cm-1峰处有明显的降低,表明腐殖土投加增强HA芳构化程度,提高处理后污泥的稳定性和成熟度;有机元素、总有机碳分析亦得到类似的结论.

高温厌氧消化液二次厌氧消化产气特性的研究

目的:对高温厌氧消化后产生的消化液进行二次厌氧消化降解的可行性研究。方法:采用经阶段性高温厌氧发酵后的消化液为原料,利用实验室自制的小型厌氧发酵装置进行中温35±2℃条件下厌氧发酵实验,测定产气量、甲烷含量和COD值。结果:经中温厌氧二次发酵30d后,消化液中的COD平均降幅达28 150mg/L,说明经阶段性高温厌氧发酵后的消化液可继续进行中温厌氧二次发酵,同时,从产气特性各指标可以看到,300g的消化液在中温条件下发酵30d后的总产气量平均为523ml,沼气中甲烷含量达到55%,沼气质量好。结论:高温厌氧消化后产生的消化液可以进行二次厌氧消化降解。

高温厌氧膨胀床反应器处理木薯酒精废水试验

实验考察了厌氧膨胀床反应器（EGSB）处理木薯酒精废水的启动、运行和基质产沼气转化特性.结果表明,高温EGSB反应器接种中温颗粒污泥,需20 d即可完成启动,反应器故障停运54d后进行二次启动的时间仅需10 d.EGSB适宜的有机负荷是10～14kg·m-3·d-1（以COD计）,稳定运行期间对化学需氧量（COD）的去除率在80％～90％之间,在标准状态下的产沼气转化率（BCR）为0.315m3·kg-1.试验期间反应器内的污泥颗粒化程度良好,直径2 mm以上的大颗粒污泥增长迅速.260 d时污泥挥发性悬浮固体（VSS）与总固体（TSS）质量浓度之比ρvss/ρrss由接种时的0.51变为0.84.启动和运行期,出水pH值随着COD去除率的变化而波动,可以通过系统出水pH大小来初步判断EGSB的运行状况.

亚铵法竹浆黑液高温厌氧消化的可能性研究

亚铵法竹浆黑液是含高浓度亚硫酸盐和硫酸盐的有机废水,处理难度很大.作者对该黑液进行了高温厌氧消化的可能性研究,结果显示在(53±1)℃的条件下SO2-3、SO2-4、黑液的50%IC(抑制浓度)分别为174mg/L、10627mg/L、4675mgCOD/L,表明对该废水进行高温厌氧消化是具有可能性的,但必需采取预处理且污泥需长时间的驯化培养.

气体分离循环对高温厌氧消化过程的影响

采用厌氧序批式反应器,研究了气体循环(包括气体直接循环和脱除气体中的氢气后循环)对以葡萄糖和乙酸钠配制的模拟废水在高温厌氧消化过程中乙酸代谢速率、出水性质及微生物相的影响,并采用尺寸排除色谱和三维荧光光谱技术,对溶解性微生物产物(SMP)的分子量分布和荧光物质组成进行了分析.结果显示,气体循环使得出水中残余挥发性脂肪酸的浓度由238.2mg/L(未脱氢)和129.6mg/L(脱氢)分别减少至8.5mg/L和8.2mg/L,并最终降低了SMP产量,45d时分别降至气体循环前的36.8%和59.2%.脱氢气体循环促进了乙酸化和乙酸氧化,导致了微生态环境和甲烷化基质浓度的差异,促进了高分子量SMP向低分子量SMP的转化,污泥中的微生物形态亦发生了较大变化.可见气体循环改善了基质与微生物的混合状况,改善了出水水质,而脱氢气体循环加速了乙酸的代谢,有望更快速地解除易降解有机物高温厌氧消化过程中的酸抑制,提高厌氧消化效率。

高温厌氧菌CBZ-S-MEE2利用不同碳源发酵产氢的研究

以从长白山温泉中分离的一株高温厌氧产氢菌CBZ-S-MEE2为菌种,对该菌利用不同碳源发酵产氢进行研究。利用葡萄糖进行发酵产氢时,最大产气速率为180mL(/L.h),产氢效率为1.8mol H2/mol葡萄糖,表明该菌可以快速利用葡萄糖发酵产氢,对葡萄糖的转化效率高。对未经预处理纤维素和以纤维素为主要成分的碳源进行发酵时,该菌在硫元素缺失或pH偏碱性的状态下不能充分的生长,产氢速率低。在改进试验中,通过维持较好的硫元素平衡,以纤维素为唯一碳源发酵时,最大产气速率为77mL(/L.h),产氢效率为7.5mol H2/gVS。表明高温厌氧菌CBS-Z-MEE2可以利用未经预处理的纤维素原料为唯一碳源进行发酵产氢,这为以纤维素为主要成分的生物质发酵产氢奠定了技术基础。