两相厌氧消化纤维素乙醇发酵残留物及微生物菌群结构分析

为了探究木质纤维素原料乙醇发酵残留物的产甲烷能力,以汽爆预处理狼尾草高底物乙醇发酵全残留物为底物进行两相厌氧消化产甲烷,同时分析其甲烷相微生物菌群结构。结果表明:酸化反应器中主要产物是丁酸和乙酸,纤维素转化率和VS去除率分别为89.0%和85.3%。酸化产物在甲烷相反应器中被有效降解,获得的平均甲烷浓度和平均甲烷产率分别为69.09%和298.5 L/kg COD。Geobacter是产甲烷反应器中的主要细菌,乙酸型产甲烷菌在原始接种物中占优势。然而,随着有机负荷的提升,氢营养型产甲烷菌的富集优势逐渐明显,有利于挥发酸进一步降解产甲烷从而提高厌氧消化性能。     

含固率与接种比对分类厨余垃圾高固厌氧消化性能的影响

文章通过分类厨余垃圾中温高固批式厌氧消化试验,研究了含固率（15%,20%,25%）和接种比（1∶1,1∶2,1∶3）对分类厨余垃圾厌氧消化性能的影响。研究结果表明：含固率越高,接种比越低,产甲烷迟滞期就越长;在含固率为25%,接种比为1∶2的条件下,产甲烷迟滞期最长,但日最大产甲烷速率、单位挥发性固体（VS）产甲烷率和单位总固体（TS）产甲烷率均最高,分别为9.8 mL/（g·d）,217.7 mL/g和135.3 mL/g,TS和VS去除率也最高,分别为28.28%和49.47%;当接种比为1∶1时,3组厌氧消化体系均发生严重酸化导致系统崩溃;厌氧消化前期的主要发酵类型为乙酸型发酵和丁酸型发酵,后期主要为丙酸型发酵;在含固率为25%,接种比为1∶2的条件下,丙酸型发酵持续时间最长,对应的甲烷产率最高。     

狼尾草高底物同步糖化乙醇发酵全残留物产甲烷特性研究

以汽爆狼尾草的高底物浓度乙醇发酵全残留物为底物,进行甲烷潜力测试(BMP)以及单相全混式连续搅拌反应器(CSTR)厌氧消化实验,以验证乙醇发酵全残留物的产甲烷特性及残留物中各组分在生产清洁能源甲烷时的底物贡献率。经过50 d的BMP实验,甲烷产量最终达到884 mL,相应的甲烷产率为390.6 mL/g VS,其中纤维素和半纤维素在第10天达到产气高峰,累计产气量占全残留物累计产气量的48.2%,小分子酸和酶与酵母在第2天达到产气高峰,其产气量分别占全残留物累计产气量的22.4%和26.4%。随后使用CSTR反应器进行单相厌氧消化,有机负荷从1.5 g VS/(L·d)逐渐提升至3.5 g VS/(L·d),最终获得457.1 L/kg VS的甲烷产率和47.3%的挥发性固体(VS)去除率。结果表明:狼尾草作为一种木质纤维素原料,在获得满足工业蒸馏需求的乙醇浓度后,其发酵全残留物仍可作为良好的底物通过厌氧消化制取甲烷,不仅减少工艺的环境排放负荷,而且可提高原料的利用率。     

杂交狼尾草与猪粪混合发酵产甲烷研究

以杂交狼尾草和猪粪为原料,分别设置草粪质量比为1∶0,0∶1,2∶1,1∶1,1∶2混合物料,于35℃中温厌氧消化,研究其产甲烷性能;以产气性能最好实验组的产气数据为样本,对比分析了指数平滑法在不同平滑系数α取值时的产气预测效果。结果显示:杂交狼尾草与猪粪混合发酵能够显著提高产气率和VS去除率,其中,草粪质量比为2∶1时产气效果最好,单位VS产气率为297.43 m L/g(VS),相比狼尾草和猪粪单一物料甲烷产率分别提高28.85%和21.73%,总固体、挥发性固体的去除率分别为7.69%和23.71%,两种物料混合发酵能够提高VS去除率。以时序预测中的指数平滑方法对草粪质量比为2∶1样品的产气数据进行建模,其拟合检验结果显示,当平滑系数α取0.9时,预测的均方根误差和均方误差分别为0.638 0和0.407 0,对产气过程可进行较准确的预测。     

湿热除油强化餐厨垃圾水解酸化产沼气潜力研究

以餐厨垃圾为原料，研究不同湿热预处理除油条件（温度和处理时间），并将其作为厌氧消化底物进行产沼气潜力测试。研究表明，餐厨垃圾的最佳预处理条件为95℃，处理时间90 min，可浮油含量可提升至4.22%；随着温度的升高，浮油去除率逐步提升至2.21%。餐厨垃圾经95℃湿热预处理后，厌氧消化沼气产率达413 mL/g VS。厌氧消化系统中pH值的稳定性较好，保持在6.5～7.5之间，挥发性脂肪酸转化率可达74.31%，处理效果优于其他两个预处理组；挥发性固体（VS）去除率与出料总固体（TS）受温度影响较大，95℃时VS去除率可达56.2%，与未处理组相比提高8.1%。     

进料浓度和水力停留时间对分类有机垃圾厌氧消化性能的影响

针对分类有机垃圾在高含固率条件下厌氧消化时存在的负荷高、易酸化等问题,文章提出了通过延长水力停留时间（HRT）来调节有机负荷率的方法,研究了不同进料浓度和HRT组合条件下分类有机垃圾的厌氧消化性能。研究结果表明：在不同进料浓度和HRT组合下,分类有机垃圾厌氧消化的产气性能无显著差异,单位挥发性固体（VS）产甲烷率为300～330 mL/（g·d）,甲烷含量可达到56%;VS降解率均能达到70%以上,实现了有机物的高效降解;厌氧消化系统稳定性良好,各项指标均在合理范围内。     

高有机负荷下的稻草两级/单级CSTR厌氧消化工艺性能研究

文章以稻草为原料,采用两级和单级厌氧消化工艺,在较高有机负荷(100,120,140 g/L)下对稻草的消化性能进行了研究。研究结果表明:当有机负荷分别为100,120,140 g/L时,两级厌氧消化系统的产甲烷效率分别比单级厌氧消化系统提高了8.8%,11.5%,11.8%;两级厌氧消化系统的产甲烷量主要集中在第一级,随着有机负荷的提高,第二级的产甲烷量占比逐渐增加;两级厌氧消化系统的物质转化率比单级厌氧消化系统更高,并且两级厌氧消化系统中的大部分物质在第一级去除,与产气效率的结果相一致;两级和单级厌氧消化系统在3个高有机负荷条件下均可以稳定运行。     

餐厨垃圾高温厌氧消化连续运行性能：有机物转化效率、发酵稳定性与代谢活性

在高温(50±1)℃条件下处理实际工程的餐厨垃圾,采用全混式厌氧反应器（CSTR）进行了80d的连续试验。试验以水力停留时间（HRT）20 d启动,HRT 15 d连续运行,研究了反应器启动和运行期间的发酵特性,解析了餐厨垃圾厌氧消化运行稳定性和代谢活性。试验结果表明,在HRT 15 d、有机负荷（OLR）为7.3 kgCOD/(m3·d)的条件下,容积产甲烷率为2.2L/(L·d),挥发性固体（VS）的甲烷产率达到480L/kgVS左右,有机物转化率约为95%。批次试验表明,高温产甲烷菌代谢乙酸能力较强,在适宜pH下可承受10000mg/L的乙酸浓度。餐厨垃圾的高温降解速率快,10 d达到90%的产气,有承受更高负荷的可能。系统pH稳定在7.6～7.7,总氨氮和自由氨浓度低于抑制水平。研究结果表明,餐厨垃圾的高温厌氧消化可实现较高的产气潜力和有机物去除率,系统稳定性好且有机物转化效率高,具有应用于工程高温餐厨垃圾厌氧处理的潜力。     

果蔬废弃物与剩余污泥协同厌氧消化特性研究

为了提升污泥的厌氧消化效率,文章从改善原料碳氮比入手,在温度为35℃,挥发性固体(VS)浓度为4%条件下,将果蔬废弃物与污泥按不同VS比例复配,并进行协同厌氧消化产甲烷潜力实验。实验结果表明:在厌氧消化过程中,不同配比实验组的pH值、氨氮浓度和挥发性脂肪酸浓度均在适宜的范围内;不同配比实验组的累积产甲烷量由高到低依次为6∶4,5∶5,4∶6,3∶7,8∶2,7∶3,2∶8,1∶9和9∶1,其分别比纯污泥组提高了516%,485%,430%,360%,335%,330%,290%,144%和-64%。通过Gomperzt修正方程拟合发现,果蔬废弃物与污泥协同厌氧消化的最佳VS配比为6∶4,此时体系的单位VS理论甲烷产率和单位VS最大甲烷日产量分别为114.05mL/g和14.61 mL/(g·d),分别比纯污泥组提高了422%和353%。     

铜离子对猪粪厌氧消化性能的影响研究

在实验室条件下,研究了铜离子浓度为100⁶00μg/g时对猪粪厌氧消化性能的影响。结果表明:铜离子浓度为100～300μg/g时可提高甲烷产量,浓度为400～600μg/g时,则明显抑制甲烷产量;整个过程中,系统的pH值一直维持在6.5600μg/g时对猪粪厌氧消化性能的影响。结果表明:铜离子浓度为100～300μg/g时可提高甲烷产量,浓度为400～600μg/g时,则明显抑制甲烷产量;整个过程中,系统的pH值一直维持在6.5⁷.2,无明显酸化;当铜离子浓度为300μg/g时,COD去除率最大,达到68.23%。铜离子浓度对TS,VS去除率影响不明显,TS去除率为30%7.2,无明显酸化;当铜离子浓度为300μg/g时,COD去除率最大,达到68.23%。铜离子浓度对TS,VS去除率影响不明显,TS去除率为30%³5%,VS去除率为55%35%,VS去除率为55%⁶0%。不同重金属浓度的COD在前15 d内均达到较高值,这有利于反应高效进行,而氨氮(NH4+-N)一直处于升高状态,对反应中的产甲烷微生物造成抑制作用,最终导致消化系统氨中毒,使Cu400,Cu500,Cu600 3个处理的发酵罐产气提前结束。     

有机垃圾组分中温厌氧消化产甲烷动力学研究

以土豆、生菜、瘦肉和花生油为原料,采用批式中温厌氧消化产甲烷实验,研究了城市生活有机垃圾中淀粉类、纤维素类、蛋白质类和脂类4种典型组分的厌氧消化产甲烷特性。利用修正Gompertz方程对累积产甲烷量进行拟合,并对厌氧降解过程用一级动力学进行分析。结果表明:土豆、生菜、瘦肉和花生油的最终甲烷产量为260.1、145.7、258.4和757.2mL·gVS~(-1),延滞期分别为0、1.3、1.6和13.1d,累积甲烷产量达到最终甲烷产量80%所需的时间分别为7.2、9.6、8.1和59.7d,可生物降解度分别为74%、31%、51%和85%。从厌氧消化过程中液相的挥发性脂肪酸浓度和气相的氢气浓度以及pH监测结果表明,所有厌氧消化过程均没有中间产物的积累,适合一级动力学方程。土豆、生菜、瘦肉和花生油的厌氧降解速率常数分别为0.183、0.147、0.190和0.020d~(-1)。     

水分选有机垃圾三种总固体厌氧消化产甲烷

以水分选城市生活有机垃圾(WS-OFMSW)为原料,采用35L厌氧反应器进行中温(30±2℃)批式厌氧消化,研究3种TSr分别为16.0%、13.5%和11.0%的样品对厌氧消化稳定性及性能的影响。结果表明,3种TSr均能实现稳定的产甲烷过程,pH自我恢复调节能力较强,在整个过程中没有产生挥发性脂肪酸抑制。较低的TSr有助于快速启动并缩短发酵周期,3种TSr厌氧消化分别于32、25和12d达到产气高峰。累积产甲烷量分别为273.1、283.0和313.7L·kgVS~(-1),平均甲烷浓度为64.6%、66.3%和65.7%。3种TSr厌氧消化的VS去除率分别为26.08%、35.76%和41.78%。通过该实验,获得相关的WS-OFMSW厌氧消化原始数据,为城市生活垃圾水分选技术的完善以及有机垃圾厌氧消化性能的提高指出了参考方向。     

畜禽粪便、污泥、农村垃圾中温联合厌氧消化技术研究

利用中温厌氧消化工艺,在CSTR反应器内对畜禽粪便、污水处理厂污泥及农村生活垃圾3种原料进行联合厌氧消化试验研究,重点探讨了3种原料的配比问题。结果表明,在温度为37℃,停留时间为20 d,粪便、污泥、垃圾TS之比为6∶3∶1,容积负荷为3.61 g/(L.d)的条件下,系统稳定性和处理效果都比较理想,单位VS的产气率为0.36～0.39 L/g,VS去除率为45.1%～49.4%。     

猪粪沼液预处理麦秸厌氧消化性能分析

以麦秸为原料,猪粪沼液为预处理剂,在温度为35℃,时间为1,2,3 d和5 d,含水率为30%,50%,70%,85%和90%预处理条件下,研究了不同猪粪沼液预处理条件对麦秸厌氧消化产甲烷性能的影响。研究结果表明:沼液添加量和预处理时间是影响厌氧产甲烷性能的主要因素。预处理时间为1 d、含水率为85%时厌氧消化性能最佳,累积产甲烷量为258 m L/g(VS计),较未预处理麦秸提高了43.20%;T80、氨氮和碱度分别为19 d,1 104.13 mg/L和7 316.67 mg/L,厌氧系统性能稳定。由此可见,猪粪沼液可以作为一种有前景的预处理剂应用于厌氧消化工程,并为解决沼液处理难题提供理论依据。     

汽爆柳枝稷乙醇发酵残留物两步厌氧消化研究

为探究木质纤维素乙醇发酵残留物厌氧消化产甲烷性能,以汽爆柳枝稷高底物乙醇发酵残留物为底物,通过甲烷相出水回流至酸化相的方式进行厌氧消化产甲烷研究。结果表明:乙醇发酵残留物可有效进行甲烷生产,通过回流方式,酸化相内过多的挥发酸注入到甲烷相中,甲烷相的出水回流至酸化相,平衡酸化相及甲烷相内的pH值和挥发酸的浓度,提高系统运行稳定性,进而提高厌氧消化效率和甲烷产量。随着甲烷相出水不断地循环至酸化相,甲烷相内的产甲烷菌群也被加入到酸化相内,产甲烷菌群的不断增加、pH值逐渐升高、甲烷含量逐渐上升,使酸化相内产酸菌与产甲烷菌群逐渐趋于平衡,酸化相逐渐向甲烷化发展,并最终转变为产甲烷相。500 mL发酵残留物经厌氧消化,共产生48 L沼气,其中甲烷28.8 L,甲烷产率277 mL/g COD,COD去除率达90%,甲烷含量约60%。     

不同预处理方式对芒萁、商陆厌氧消化性能的影响

采用酸（1.5% H₂SO₄）、碱（2% NaOH）、水热（180℃）三种方式分别对芒萁、商陆进行预处理,考查不同预处理方式对芒萁、商陆厌氧消化性能的影响。结果表明：不同预处理方式对原料木质素去除效果不同,去除率大小依次为碱处理 > 酸处理 > 水热处理,其中碱处理条件下芒萁木质素去除率为52.84%,商陆为48.62%。碱处理条件下原料甲烷产率亦最高,分别为芒萁134.62 mL/g VS、商陆260.40 mL/g VS,相比未处理分别提升53.62%、79.38%;稀酸和水热处理条件下芒萁木质素去除率较低,分别为23.61%、4.52%,商陆则分别为31.68%、5.67%。另外,稀酸和水热处理对芒萁产甲烷也有较好的提升作用,相比未处理分别提升33.08%、38.62%,但对商陆产甲烷并没有明显的改善作用（酸处理仅提升7.83%、水热处理降低3.42%）。相比酸处理和水热处理,碱处理具有更好的预处理效果,商陆比芒萁具有更好的产甲烷潜力。     

餐厨垃圾中温厌氧消化处理特性研究

中温厌氧消化处理餐厨垃圾能耗小、二次污染少,且能产出清洁能源,具有良好的环境效益和经济效益。叙述了进水COD浓度变化时垃圾中温厌氧消化处理的特性,指出,进水容积负荷变化时,反应系统中不出现酸化现象,随着进水有机浓度的提高,整体上COD去除率虽有所下降,但基本保持在95%以上;UASB反应器中产气量随进水有机浓度的增大呈增长趋势。     

餐厨垃圾SBMR-ASBR两相厌氧消化产气性能研究

以学校食堂餐厨垃圾为原料,考察餐厨垃圾在SBMR-ASBR反应器中产酸和产甲烷性能。结果表明:高负荷下启动酸化相有利于系统快速形成稳定的乙醇型发酵,且可以避开丙酸型发酵,在10 g/(L.d)负荷(以VS计)下,稳定状态产酸率平均达到55 000 mg/L,VFA中乙醇和乙酸分别平均稳定在27 000 mg/L和23 000mg/L,两者共占总VFA的91%;甲烷相可以稳定运行的最高负荷为5 g/(L.d)(以VS计),此时,系统整体处理能力为3.3 g/(L.d),单位容积产气率达到2.3 L/(L.d),甲烷含量在65%～70%,TS,VS去除率分别达到77%,83%。在实际工程中可以高负荷启动酸化相,有利于系统形成稳定的乙醇型发酵和高负荷运行的甲烷相。     

餐厨垃圾厌氧消化工艺研究

为了提高餐厨垃圾的厌氧消化效率,对餐厨垃圾序批式厌氧消化(BT)、半连续厌氧消化(SCT)、固液两相厌氧消化(SLT)进行了比选研究。研究结果表明,SLT生产系统有效提高了厌氧消化效率,单位沼气产量与甲烷含量也都显著提高,SLT,SCT及BT的单位VS最大沼气日产量分别为430,270 m L和150 m L,最高甲烷含量分别为68%,57%和50%;SLT的产酸效率及有机酸利用率均显著提高,有机负荷率较SCT提高50%,能够达到9 g/(L·d)。餐厨垃圾的SLT工艺有机负荷及消化效率较SCT及BT工艺均有大幅提高。     

温度与负荷对餐厨与果蔬垃圾混合厌氧消化酸化产物的影响

研究了餐厨果蔬生物质垃圾以一定比例混合后,控制不同温度和不同进料负荷条件的厌氧消化反应,观察酸化效果,达到定向产乙醇和乙酸的目的。结果表明,餐厨与果蔬垃圾的配比以可挥发性固体质量4∶1(VS),F/M=4∶1(VS),反应温度为45℃,初始负荷以总固体TS质量浓度为60 g/L时的定向酸化性能最佳,体系的溶解态化学需氧量SCOD最终达到1 100 mg/(g·L),可挥发性有机物浓度VFA达到320 mg/(g·L),相比反应开始时分别增加了50%和150%。厌氧水解和酸化过程基本同步,乙醇和乙酸在所测定的中间产物中比例最大,分别达到56%和42%,并且其产生过程持续进行。35℃条件适合乙醇转化为乙酸,55℃条件会快速进行乙醇型发酵。