CSTR厌氧发酵产氢系统中载体强化的研究

利用糖蜜废水作为发酵底物,以有效容积为5.4 L的连续流搅拌槽式反应器(CSTR)作为反应装置,考察了载体强化(颗粒状活性碳)对生物制氢工艺的影响。研究表明,CSTR反应器采用经好氧曝气预处理的污泥作为接种污泥,温度控制在36°C,水力停留时间(HRT)6 h。有机负荷(OLR)在8～24 kg/m3d的范围之间变化时,可以发现产气量和产氢量随着OLR的提高而有所增加。发酵气体的主要成分是CO2和H2,其中H2的含量为38.4%～41%。反应器在OLR 24 kg/m3d时得到了最大产氢率3.56 L。另外,OLR和VSS/SS两者呈现明显的反比关系,线性关系可以表示为y=-0.6x+78(r2=0.4948)。颗粒状活性碳能使产氢系统中氢气的产量、pH值和液相发酵产物更加稳定,可作为发酵产氢的载体强化材料。     

菌源处理方式对发酵产氢微生物菌群及产氢性能的影响

菌源预处理方式是影响和制约发酵生物制氢效率的关键因素之一。本文以牛粪堆肥为产氢菌源,在20 L连续流搅拌槽式反应器(CSTR)反应器中,考察了红外烘干、浸泡、红外烘干结合曝气、红外烘干结合加糖曝气四种菌源预处理方式对发酵产氢微生物菌落及产氢性能的影响。结果表明,在T为36±1℃、pH为5.0±0.1、C：N：P=500：5：1、底物浓度为10 g/L、HRT为11 h的条件下,牛粪堆肥经红外烘干处理4 h后进一步加糖曝气3天,获得最大产气速率和最大氢浓度分别为0.5089 L H₂·L·h) ^-1和55.5%。通过PCR-DGGE指纹图谱分析对不同菌源预处理条件下发酵产氢系统中微生物群落结构的变化信息进行了比较分析。产氢验证实验表明：在最佳产氢条件下,以红外烘干结合加糖曝气预处理的牛粪堆肥为产氢菌源,以蔗糖为底物,得到的最大氢产量、氢浓度、产氢速率分别为：387.6 ml H2/g-sucrose、55.5%和0.5089 L H₂·L·h) ^-1.液相末端发酵产物中丁酸和乙酸占VFAs总量的75%以上。     

接种污泥预处理对生物制氢反应器启动的影响

采用3个相同的EGSB反应器,以糖蜜废水为底物,分别对取自污水处理车间集泥井的缺氧污泥进行曝气预处理和加热预处理,通过与不经任何预处理的接种污泥（对照反应器）的启动试验进行对比,在其他启动控制条件相同的情况下,研究了接种污泥不同预处理对EGSB生物制氢反应器启动的影响。结果表明,与对照反应器相比,经过适当预处理的活性污泥接种至生物制氢反应器有利于反应器的高效快速启动,产氢微生物得到了有效的富集,在启动末期反应器各项指标均优于对照反应器。启动末期,接种污泥经过适当预处理的反应器,酸化率较未经预处理的反应器提高了10%~30%;产氢量提高了1.69~1.82倍。考虑到降低生物制氢的工业化应用成本及提高系统可操作性,本研究推荐应用曝气预处理方法对生物制氢反应器的接种污泥进行预处理,以获得其高效快速启动。     

MBR工艺的剩余污泥高效厌氧发酵试验

为了寻求高效的剩余污泥处理方法,通过不同的预处理方式或者添加餐厨垃圾的方法,考察了主动错流式MBR工艺所产生剩余污泥的厌氧发酵产甲烷效率。研究发现,低温热水解预处理剩余污泥的厌氧发酵产甲烷的最优条件是90℃热水解加热30 min,产甲烷量大概为原来的1.5倍,效率提高了50%。臭氧曝气预处理剩余污泥厌氧发酵产甲烷的最优条件是臭氧曝气时间为0.001 4 g O_3/g VS,产甲烷量大概为原来的5倍,效率提高了5倍。加入餐厨垃圾对产甲烷有一定促进作用,同时对产氢有着极大的促进作用。     

污泥厌氧发酵产氢技术的研究进展

综述了污泥厌氧发酵的产氢研究进展,结果表明,联合预处理对产氢效果的提升往往优于单一预处理。针对目前研究报道分析,提出建立合理的评价体系对产氢研究有意义;今后应加强对共发酵产氢过程中的微生物群落动态、代谢途径的研究。     

乙醇型发酵法生物制氢中COD浓度变化对发酵厌氧活性污泥产氢系统的影响

以糖蜜废水为底物,利用连续流搅拌槽式反应器(CSTR)作为反应装置,通过实验在乙醇型发酵情况下,维持其他参数不变,改变反应器内COD浓度,对糖蜜废水厌氧发酵生物制氢进行了研究.结果表明在一定范围内,反应器的产氢产气量随着COD浓度变化成正比,超过某一范围系统即崩溃.     

污水处理厂剩余污泥热处理发酵产氢的影响因素

研究了影响污水处理厂剩余污泥热处理厌氧发酵产氢的4个因素：热处理时间、污泥浓度、起始pH和反应瓶顶隙率. 结果表明,热处理时间会影响污泥热处理的效果,导致发酵产氢的底物?污泥不同,从而影响热处理污泥的发酵产氢,121℃下热处理5 min为最佳处理时间. 中性起始pH值(6.5~8.0)下,热处理污泥的氢产率相对稳定,低于6.5不利于发酵产氢. 当反应瓶的顶隙率为51.61%时,热处理污泥的氢产率最大. 7.81 g/L为最佳污泥浓度,该浓度下污泥的氢产率最大,高于或低于该浓度时,污泥的发酵氢产率均下降. 在最佳条件下,热处理污泥的氢产率达19.57 mL/g VSS.     

磷酸预处理对芦苇秸秆与牛粪混合厌氧发酵的影响

为研究酸预处理对芦苇秸秆-牛粪混合厌氧发酵的影响,采用6%磷酸对芦苇秸秆进行预处理,并与牛粪混合进行厌氧发酵制沼气实验,同时对酸预处理组和对照组在厌氧发酵过程中产气量、p H、COD以及发酵前后混合原料木质纤维素变化情况进行分析。结果表明,酸预处理提高混合原料发酵的产气量,其总产气量为97.24 m L/g,比对照组的产气量13.69 m L/g高出610.3%;酸预处理组p H更接近中性,表明该系统具有更好的抵御酸化能力和稳定性;酸预处理提高了发酵体系COD的含量,促进发酵原料的降解。研究表明,芦苇秸秆可以作为发酵原料进行再利用,且磷酸预处理可以提高发酵系统缓冲能力和原料利用效率。     

玉米秸秆高浓度厌氧发酵的启动过程特性

高浓度厌氧发酵具有单位体积产气率高、原料处理量大、需水量小、能耗低等优点,同时存在启动难和易酸化的问题。以玉米秸秆为原料,研究秸秆高浓度发酵过程接种物、分批进料结合渗滤液回流对启动的影响。结果表明,分批进料结合渗滤液回流工艺可有效实现高浓度厌氧发酵系统的稳定启动,反应器启动运行22 d,以污泥为接种物的秸秆累积产沼气量为43.54 ml·(g TS)?1,以湿法发酵的沼液为接种物的秸秆累积产沼气量为115.15ml·(g TS)?1。与以厌氧污泥为接种物的发酵系统相比,以湿式发酵沼液为接种物的高浓度厌氧发酵系统秸秆微观结构变化更明显,主要表现为半纤维的溶解;荧光原位杂交技术(FISH)结果也表明两种接种物系统的甲烷菌形态存在明显差异。     

剩余污泥厌氧发酵制氢效率的研究进展

剩余污泥中存在大量的微生物,微生物的细胞质富含丰富的有机质(包括糖、蛋白质和脂肪等),但微生物的细胞质被细胞壁包裹,限制了污泥的厌氧发酵。想要改变污泥中有机物的可利用性,必须采用适当的预处理技术,破坏细菌的细胞壁使有机质溶出,以利于后续厌氧发酵产氢。系统介绍了物理﹙微波、超声波和热预处理﹚、化学﹙酸、碱预处理﹚、生物﹙酶预处理﹚等预处理方式及其他因素对污泥厌氧发酵产氢率的影响。     

CSTR和ACR丁酸型发酵制氢系统的运行特性比较

为寻求更好的连续流发酵生物制氢反应器模式,以稀释糖蜜为底物,控制反应系统为丁酸型发酵,比较研究了搅拌槽式反应器（CSTR）和厌氧接触式反应器（ACR）的启动运行特性。结果表明,以经曝气培养的下水道污泥为接种物,在接种量4.8 g MLVSS·L^-1、进水COD 5000 mg·L^-1、HRT 12 h、温度（35±1）℃和pH 5.5～6.0等相同条件下,CSTR系统可以更快地达到稳定的丁酸型发酵状态,而ACR系统因其有效的生物持有能力而在产氢性能方面更具优势。在稳定运行状态下,ACR系统的底物酸化率、产氢速率和污泥的比产氢速率分别为44%、9 L·d^-1和0.15 L·(g MLVSS·d)^-1,分别是CSTR系统的1.62、2.05和1.15倍。     

厌氧与光合微生物联合制氢工艺实验研究

利用厌氧细菌暗发酵产氢和光合细菌光发酵产氢的优势和互补协同作用而联合起来的两步法制氢,探讨不同底物浓度对厌氧发酵阶段产氢的影响、厌氧发酵时间对产氢发酵过程的影响;光合微生物发酵随发酵时间的产氢情况。结果表明,葡萄糖浓度对厌氧生物产氢有很大的影响, 15 g/L 的葡萄糖浓度有较好的产氢量。葡萄糖利用率和挥发性脂肪酸的总量随厌氧发酵时间的变化情况表明,在厌氧发酵阶段,以葡萄糖为底物,最佳的葡萄糖浓度为 15 g/L。在 37 h 的葡萄糖利用率达到 72.08%,挥发性脂肪酸总量达到 9 326.3 mg/L,每克葡萄糖累计产氢量为 182 mL。在厌氧发酵时间 37 h 时把厌氧发酵的产物移到光合发酵反应器,接种位于生长对数期的光合细菌群,调节培养液的pH值和加入光源进行光合产氢,88 h 时每克葡萄糖累计产氢达到 352 mL,两步联合制氢每克葡萄糖累计产氢量共可达到 534 mL。     

生物发酵制氢菌种富集优化与产氢的关联研究

本实验在不同溶液介质中用加热、曝气及二者联合并用的方法处理牛粪,富集厌氧发酵产氢菌。以4.4 g蔗糖为底物,用不同方法富集的产氢菌进行厌氧发酵制氢,考察不同方法处理过的菌源的累积产氢量。结果表明在0.25%NaOH溶液中加热处理牛粪的效果最好,再与曝气联合富集优化,能进一步提高产氢量,累积产氢量为1345.5 mL,是直接曝气富集菌源产氢量的2.0倍,直接在水溶液加热处理过的1.8倍。而且经过碱加热处理过的菌源,最佳曝气时间缩短至30 min,为直接曝气时间的1/4,最佳发酵初始pH值为6.0~7.0。     

厌氧发酵停滞后主动曝气效果研究

本研究发现发酵体系一般停滞在两个阶段,水解酸化阶段和产甲烷高峰结束之后。对两个停滞期进行主动曝气,可以再次启动厌氧发酵产甲烷,同时提高产气量和发酵基质的降解率。分别讨论了水解酸化阶段主动曝气的效果和产甲烷高峰期后主动曝气的效果。结果表明:对水解酸化阶段停滞期进行主动曝气产气量增加了3066~3826 m L,提高了187%~272%;对产甲烷高峰期后停滞期进行主动曝气,产气量增加了879~1080 m L,提高了13%~16%。发酵停滞前产气效果好的,主动曝气后产气量增幅不显著,发酵停滞前产气效果差的,主动曝气后产气的增量占累积产气量的65%~73%。     

玉米秸秆高浓度厌氧发酵的启动过程特性

高浓度厌氧发酵具有单位体积产气率高、原料处理量大、需水量小、能耗低等优点,同时存在启动难和易酸化的问题。以玉米秸秆为原料,研究秸秆高浓度发酵过程接种物、分批进料结合渗滤液回流对启动的影响。结果表明,分批进料结合渗滤液回流工艺可有效实现高浓度厌氧发酵系统的稳定启动,反应器启动运行22 d,以污泥为接种物的秸秆累积产沼气量为43.54 ml·（g TS）^-1,以湿法发酵的沼液为接种物的秸秆累积产沼气量为115.15 ml·（g TS）^-1。与以厌氧污泥为接种物的发酵系统相比,以湿式发酵沼液为接种物的高浓度厌氧发酵系统秸秆微观结构变化更明显,主要表现为半纤维的溶解;荧光原位杂交技术（FISH）结果也表明两种接种物系统的甲烷菌形态存在明显差异。     

流速对垃圾渗滤液EGSB发酵产氢的影响

以生活垃圾堆肥厂初期渗滤液为对象,以厌氧颗粒污泥为接种物,研究了液体上升流速(Vup)对EGSB反应器厌氧发酵制氢系统的影响。分析了进、出水中CODCr、p H值、挥发性脂肪酸(VFAs)的变化及产气量和成分。结果表明在中温(35±1)℃,p H值为5.0~5.5,水力停留时间为24 h的条件下,液体上升速度的变化对系统的产氢能力有所影响,在Vup为3.7 m/h时,系统的CODCr去除率、氢气产生速率分别为49.6%~51.6%、1 996~2 183m L/(L·d),两者值均高于其它阶段,液相末端发酵产物中乙醇和乙酸总量占VFAs总量的80%以上,发酵类型以乙醇型发酵为主。     

制糖废水连续流厌氧发酵制氢系统的运行特性

采用连续流搅拌槽式反应器(CSTR)作为反应装置,探讨了制糖废水厌氧发酵法生物制氢的可行性与运行特征。研究表明,在污泥接种量(以挥发性悬浮固体计)为17.74 g/L,温度为(35±1)℃,水力停留时间(HRT)为6 h,通过调节有机负荷,在12 d左右就可以快速实现生物制氢反应器中微生物的主要代谢类型为乙醇型发酵;而且此时的CSTR产氢发酵系统对负荷冲击表现出了良好的调节能力,在有机负荷(以化学需氧量COD计)从8 kg/(m3.d)提高到24 kg/(m3.d)时,反应系统可在9 d内重新达到稳定运行状态,其COD去除率和产气量由8%和3 L/d提高到20%和12 L/d,发酵气中氢气体积分数为67%。     

沼液短程硝化出水预处理强化剩余污泥发酵的研究

厌氧消化是剩余污泥减量化的一种重要方法，游离亚硝酸（FNA）预处理剩余污泥可改善其水解效果、增加产酸量和提高污泥减量化程度。采用污泥消化液（沼液）短程硝化出水作为FNA来源，考察沼液短程硝化出水预处理强化污泥解体和对剩余污泥发酵性能的影响。结果表明，沼液经过短程硝化处理后，亚硝态氮质量浓度可达1 224 mg/L，分别采用200、300、400、500、600 mg/L亚硝态氮（对应FNA质量浓度分别为4.88、7.35、9.62、11.9、14.35mg/L，以N计）处理剩余污泥，剩余污泥的SCOD、VS、厌氧发酵过程中产气量以及发酵气体中甲烷的含量均随着FNA浓度的增加呈先增加后减少趋势。FNA预处理可使剩余污泥发酵系统SCOD最高增加2.1倍，污泥中VS产量可提高11%，厌氧发酵产气量提高2.1～7.2倍，发酵气体甲烷含量也有显著提高，对于污水处理厂沼液资源化利用和剩余污泥的减量化处理具有指导意义。     

污泥厌氧发酵产酸技术研究进展

阐述了污泥厌氧发酵产酸的机理;归纳了污泥厌氧发酵产酸的影响因素：C/N、温度、pH、污泥停留时间、污染物等,并指明控制污泥厌氧发酵体系C/N比为20～30,温度为25～40℃,pH为10,污泥停留时间为5～10 d以及合适的污染物浓度有利于SCFAs积累;综述了共发酵和联合预处理这两种污泥厌氧发酵产酸技术的最新研究进展,两种产酸技术均可显著提高SCFAs产量;最后提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,旨在为污泥处理与处置、厌氧消化实现资源最大化提供参考。     

活性污泥的连续流发酵产氢实验研究

采用好氧活性污泥为种泥,以连续流搅拌槽式反应器(CSTR)作为发酵生物制氢反应装置,对发酵法生物制氢系统的启动和运行进行了实验研究。反应器有效容积为10L,接种污泥取自哈尔滨啤酒厂有机废水好氧生物处理系统的二沉池。反应器在污泥接种量为6.09 g·L~(-1),进水有机物浓度2000 mg COD·L~(-1),pH 5～7,HRT 8 h和(35±1)℃的条件下启动,运行27 d后达到稳定的乙醇型发酵状态,最高产气速率和产氢速率分别达到10.1 L·d~(-1)和5.8 L·d~(-1)。在进水有机物浓度提高到4000 mg COD·L~(-1),其他控制条件不变的情况下,系统可在3 d内重新达到新的平衡,最高产气速率和产氢速率分别达到20.7 L·d~(-1)和10.8 L·d~(-1),而氢气含量和发酵类型未发生改变。