水葫芦厌氧发酵特性研究

采用批次发酵方法,研究了不同生长状态水葫芦产气潜力、酸化特征。结果表明:处于不同生长状态的水葫芦产气潜力相差较大,正值分蘖期的水葫芦产气潜力达到336 ml/g(总固体,TS)和517 ml/g(挥发性固体,VS),而处于越冬缓慢生长期的水葫芦产气潜力仅为231 ml/g(TS)和266 ml/g(VS),前者的VS降解率是后者的1.48倍;水葫芦厌氧发酵过程中,甲烷最高含量可达75%;水葫芦酸化过程较快,pH经暂短下降后,迅速恢复到7.0左右,产生的有机酸主要是乙酸和丙酸,在有机酸含量最高时分别占总有机酸的46.70%、46.45%。

厌氧CSTR反应器处理水葫芦挤压汁研究

在中温(35℃)条件下,应用改进的CSTR反应器对新鲜水葫芦汁进行厌氧发酵试验,采取逐步提高有机负荷的运行方式,将有机负荷由0.5 kg COD.m-3.d-1逐步提高到5.0 kg COD.m-3.d-1,HRT(水力滞留时间)也由起始的5 d逐步缩短至2.5 d,系统运行40 d,结果表明:系统启动迅速,运行至第30 d,反应器容积负荷达到5 kg COD.m-3.d-1,此后在HRT为2.5 d条件下,稳定运行10 d,其COD的去除率在75%以上,容积产气率可达1.1 m3.m-3.d-1,甲烷含量>65%。

鲜水葫芦与其汁液厌氧发酵产沼气效率比较

为开发高效处理水葫芦的厌氧发酵产沼气技术,该文在35℃中温条件下,分别以鲜水葫芦和经固液分离的水葫芦汁为发酵底物,应用实验室自行设计的2套完全混合搅拌反应器(CSTR)进行了厌氧发酵比较研究。结果表明,以水葫芦为底物直接进行厌氧发酵,最大容积负荷为2.0kg/(m3·d),挥发性固体(VS)产气率为267mL/g,容积产气率为0.61m3/(m3·d),滞留期为27d,平均甲烷体积分数为58%,而以水葫芦汁为底物,COD(化学需氧量)容积负荷可达6.0kg/(m3·d),原料(COD)产气率为231mL/g,容积产气率可达1.4m3/(m3·d),平均甲烷体积分数为66%,滞留期仅需2.4d,COD平均去除率达85%,MLVSS(挥发性悬浮物浓度)平均去除率可达88%。因此,对水葫芦进行固液分离,以水葫芦汁作为厌氧发酵原料可大大提高处理效率,为水葫芦资源化利用提供了一条新途径。

水葫芦粉碎程度对脱水效果影响的中试

水葫芦脱水技术一直是实现其资源化利用的瓶颈,高效率、低成本的挤压脱水设备研发至关重要。试验以自主研发的SHJ-400型水葫芦固液分离机和特殊立式潜污泵(吸口朝上)为基础,采用人工进料方式粉碎水葫芦并通过调节立式粉碎机电动机频率和刀片层数获得不同粉碎程度的水葫芦,首先经过初步试验研究水葫芦粉碎粗细对脱水效果的影响,然后依据脱水设备适宜的水葫芦粉碎粗细要求设计出卧式甩刀粉碎机,并对整套设备(包括粉碎和脱水)进行中试试验。结果表明,随着水葫芦粉碎程度提高,脱水率增加,但与此同时,粉碎的耗能增加,脱水残渣中固形物以及氮、磷、钾等养分流失比例也随之增加,研究发现水葫芦粉碎度为32.92(即粉碎后水葫芦残体长度小于5cm达88%以上)的工况条件较好,所得残渣含水率为83.65%,且试验过程中的总耗能最低,仅6.39kW·h/t,在工程运行中,此结果得到进一步验证,且粉碎与脱水效率更高,总能耗(粉碎+脱水)已降低至2.28～2.72kW·h/t。按照日处理200t水葫芦折算其处理成本为4.5元/t(不考虑设备折旧等其他成本)。可见,此套设备(粉碎和脱水)及工程化技术的研发为水葫芦综合利用产业化的形成提供了技术保障,具有较好的应用前景。

温度、接种量及微量元素对水葫芦产甲烷的影响

在实验室进行了不同接种量(接种物VS与水葫芦VS比例分别为0,0.5,1,2)、不同发酵温度(35℃,55℃)以及微量元素Fe2+,Co2+,N i2+对水葫芦厌氧发酵的影响,结果表明,加大接种量有利于提高水葫芦厌氧发酵的启动与产气率,综合产气量、原料降解率,以接种比例1较适宜。55℃高温厌氧发酵有利于加快厌氧发酵进程,缩短发酵周期,但总产气量及原料降解率与35℃无区别。添加适量的微量元素可以提高前7天总产气量,三种微量元素对水葫芦厌氧发酵的影响力为Fe2+>Co2+>N i2+。

水葫芦挤压渣的厌氧发酵特性

为了研究固液分离对水葫芦厌氧发酵的影响,本试验以经过固液分离的水葫芦挤压渣为原料,采用批式反应,进行了厌氧发酵产甲烷特性的研究,并进行了中试验证。研究结果表明,在室内中温(35℃),发酵料液总固体(TS)8%的条件下,水葫芦挤压渣发酵启动速度快,其干物质产气率可达398 ml/g,甲烷含量可达59%。中试运行结果表明,在常温条件下(21～29℃),采用渗滤液回流方式,水葫芦挤压渣干物质产气率达0.33 m3/kg,最高容积产气量达0.60 m3/(m3.d),平均容积产气率为0.27 m3/(m3.d)。以上研究结果表明,经固液分离后,水葫芦挤压渣仍是良好的厌氧发酵原料。

太湖和滇池表层水体水质与水华蓝藻生物质生化性状的关系

根据2010年5～8月对滇池海埂和太湖竺山湖监测点的逐月监测结果,对同时期不同地域湖泊水体的污染状况进行比较研究,并评估了表层水体水质与水华蓝藻生化性状指标之间的相关性。结果表明:滇池水体的富营养化程度较太湖高,从取样月份之间差异来看,滇池表层水体水质指标均呈现先升高后降低再升高趋势,以6月份为最高,而太湖则呈逐月升高趋势。滇池蓝藻生物质中凯式氮、全磷和总养分(N+P2O5+K2O)含量均与太湖相当,但是滇池蓝藻C/N较太湖高,且除As、Cd元素超标外,各样品中其余重金属元素的含量均低于有机肥料行业标准(NY525-2011)。通过进一步的相关性分析表明,无论滇池还是太湖水域,其水华蓝藻中的Pb和Cr之间表现出明显的同源性;此外,表层水体NH4+-N水平可以作为水体富营养化程度的快速指示指标。