有机负荷对厌氧活性污泥发酵产氢系统的影响

采用连续流搅拌槽式反应器(CSTR),通过改变进水COD浓度与水力停留时间(HRT)2种方式,考察了有机负荷(OLR)对厌氧活性污泥发酵产氢系统产氢特性的影响.结果表明,在维持HRT 8 h、(35±1)℃不变的条件下,CSTR发酵产氢系统在进水COD浓度为6 000 mg/L(OLR为18 kg/(m3·d))时可获得较高的产氢量,平均为10.96 L/d;当进水COD浓度提高到8 000 mg/L(OLR为24 kg/(m3·d))时,系统产氢能力迅速下降.在维持进水COD浓度为6 000 mg/L、(35±1)℃不变的条件下,HRT为6 h(OLR为24 kg/(m3·d))时,CSTR发酵产氢系统的最大产氢量为16.2 L/d;当HRT降至4 h(OLR为36 kg/(m3·d))时,反应系统逐渐丧失了产氢能力.有机负荷过高,将引起了厌氧活性污泥发酵产氢系统内pH、碱度、氧化还原电位等生态条件的剧烈变化,不仅导致了厌氧活性污泥的微生物群落结构的改变,同时严重抑制了微生物的代谢活性.     

HRT对发酵产氢厌氧活性污泥系统的影响

HRT的改变可对发酵产氢厌氧活性污泥系统产生多方面的影响.在进水COD质量浓度为6 000 mg/L、35℃、不对进水pH值进行调节等条件下,发酵产氢厌氧活性污泥系统HRT从8 h降低为6 h时,其pH值、ALK分别从4.3和250 mg/L降低为4.2和180 mg/L,ORP从-380~-360 mV升高到-330~-300 mV,生物量虽然从8.7 gVSS/L降低到了7.2 gVSS/L,其产氢能力却从0.14 L/(gVSS.d)提高到0.22 L/(gVSS.d),液相末端发酵产物总量从1 106.1 mg/L增加为1 695.1 mg/L,作为乙醇型发酵目的产物的乙醇和乙酸的含量从90%减少为85%.HRT进一步降低为4 h时,系统内生态条件发生剧烈变化,其pH值、ALK、ORP分别为3.7、75 mg/L和-210 mV,生物量锐减至1.1 gVSS/L,同时乙醇型发酵演替为混合酸发酵,产氢能力下降为零.可见,多种因素可对发酵产氢厌氧活性污泥系统产生影响,而其中HRT是直接可控的第一影响因素.     

有机废水产酸发酵典型类型的产氢能力

通过连续流搅拌槽式反应器的运行,比较了丙酸型发酵、丁酸型发酵和乙醇型发酵等3种不同有机废水产酸发酵类型的产氢能力.在进水COD浓度为5 000 mg/L、HRT 8 h、(35±1)℃等条件下,丙酸型发酵厌氧活性污泥的比产氢速率平均仅为0.022 mol/(kgMLVSS·d);丁酸型发酵的产氢能力平均为0.57 mol/(kgMLVSS·d),是丙酸型发酵的25.79倍;乙醇型发酵厌氧活性污泥的平均比产氢速率为2.89 mol/(kgVSS·d),是丁酸型发酵的5.1倍,是丙酸型发酵的131.65倍.乙醇型发酵是有机废水发酵法生物制氢的最佳产氢发酵类型.     

ABR大豆蛋白废水处理系统的产氢性能分析

以大豆蛋白生产废水为原料,对厌氧折流板反应器进行了连续流有机废水发酵产氢实验.反应器在污泥接种量为18.03 MLVSS/L,进水COD浓度为2 000 mg/L,水力停留时间为16 h及(35±1)℃等条件下启动运行,25 d后达到稳定运行状态.反应器稳定运行时,厌氧活性污泥产酸发酵系统呈现典型的乙醇型发酵特性,总产氢量为51.05 L/d左右,其中第一、第二、第三和第四格室的平均产氢量分别为12.25 L/d、15.8 L/d、13 L/d和10L/d.厌氧活性污泥乙醇型发酵的形成,主要受pH值这一环境因子的制约.     

不同预处理方法对剩余污泥厌氧发酵产氢的影响

对种泥进行预处理,能去除不产芽孢的耗氢菌,可以达到加快有机废水发酵生物制氢系统启动进程,提高污泥产氢效能的目的.为寻求适宜的种泥预处理方法,利用摇瓶发酵实验,考察城市污水处理厂好氧活性污泥分别经酸、碱、热、曝气、CHCl3和二溴乙烷磺酸钠（BES）预处理后,其利用葡萄糖发酵产氢的特性.结果表明,在初始pH 7.0、葡萄...     

养殖场鸡粪废水厌氧发酵产氢性能

在养殖场鸡粪废水中添加米糠提高废水的碳氮比,以经过不同预处理的厌氧活性污泥为接种物,控制发酵温度为36℃,初始pH为5.0,考察污泥预处理及底物质量浓度对发酵产氢的影响,并分析液相末端产物及发酵液化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)去除率.研究结果表明,污泥的最佳预处理方法为热处理(100℃下加热15 min),发酵累积生物气产量和氢气产量分别为1 781和1 082.8 mL,是未处理组的2.52和5.85倍;鸡粪废水的适宜质量浓度为10 218 mg/L,此时氢气产量为185.1 mL/g,由Gompertz模型对产气量进行非线性拟合得拟合方程,说明该模型可很好地模拟发酵产氢过程;发酵结束后液相末端产物主要转化为乙酸和丁酸等挥发性有机酸,在不同底物质量浓度下COD去除率随底物质量浓度先增加后减小,在质量浓度为10 218 mg/L时达到26.9%.     

不同来源污泥对稻草发酵产氢影响的研究

讨论了不同来源的混合菌群、不同的接种方式以及单一菌种产气肠杆菌对稻草发酵产氢的影响.相对于混合菌群，单一纯菌产气肠肝菌在氢气产量上处于劣势.对于取自同一沼气池的厌氧活性污泥，经煮沸后扩大培养的混合菌群作为接种物，经过NaOH预处理后稻草的单位产氢量为91.5 mL/g，最高产氢速率为1.52 mL/(h·g)；以直接扩大培养的污泥作为接种物，经过NaOH预处理后稻草的单位产氢量为62.5 mL/g，最高产氢速率为1.04 mL/(h·g).对3种混合菌群均采用直接扩大培养的接种方法，其总产氢气量为：沼气池污泥（62.5 mL/g）<污水处理厂污泥（69.5 mL/g）<湖底污泥（80.5 mL/g）.     

几种金属离子对高效产氢细菌产氢能力的促进作用

金属离子Fe2 + 、Ni2 + 、Mg2 + 在生物产氢机制中有着重要作用 .在适当浓度下 ,研究金属离子对高效产氢细菌产氢能力的促进作用 ,是解决细菌产氢效率不高这一关键问题的有效手段之一 ,也加快了发酵法生物制氢技术产业化进程 .间歇实验结果表明 ,铁、镍和镁等金属离子对高效产氢细菌———B4 9产氢能力有明显的促进作用 ,使B4 9的最大产氢速率和平均产氢速率分别由 8 6 5和 0 36mmol·(g·h) -1提高到 2 8 0 1和1 95mmol·(g·h) -1.3种离子对B4 9产氢能力促进作用的顺序为Fe2 + >Ni2 + >Mg2 + ,Fe2 + 和Ni2 + 是促进发酵产氢的直接因素     

考虑氢负荷响应的化工园区电-氢耦合系统协同优化调度

为解决新能源大规模发展下日益严重的弃风弃光现象,中国很多城市及园区开始广泛使用电解水制氢作为消纳新能源的一种有效途径,随之产生了越来越多的电-氢耦合系统,本文以化工园区为例,提出了考虑氢负荷响应的园区级电-氢耦合系统协同优化调度方法。首先,以实际绿氢绿氨工业园区为基础,提出了典型园区级电-氢耦合系统架构,并从系统的源-网-荷-储各角度建立了包括煤制氢、电解水制氢、储氢罐、氢制氨、氢燃料发电机与输氢管网的化工园区电-氢耦合系统模型。其次,以实现园区整体效益最大为目标,并在目标函数中加入弃风弃光惩罚项,同时考虑氢负荷的需求侧响应,使氢制氨作为园区内可灵活调节的资源,基于此进行化工园区电-氢耦合系统协同优化调度。为验证本文所提出优化调度方法的经济性及优越性,对比分析了3种不同运行场景下的优化调度结果。结果表明,电解槽与氢燃料发电机通过跟踪园区内的电源与电负荷的变化情况,实时调整自身出力功率,在保证园区电量平衡的前提下减少与外界的电力交易,减少园区购电成本与弃风弃光,同时,考虑氢制氨的需求侧响应可以在保证经济效益的前提下,进一步减少弃风弃光、降低园区整体运行成本。     

连续流生物发酵制氢操作参数的优化研究

采用20 L连续流搅拌罐式反应器(CSTR),通过设计正交试验对厌氧发酵制氢的温度(T)、水力停留时间(HRT)、pH、C/N比等操作参数进行优化.结果表明,适当条件下产氢速率、氢气含量、葡萄糖利用率、转化率最大分别达6.00 L/h、55.0%、99.0%、157.86 mL/g.最佳pH、T、HRT、C/N比分别是5.0、33.5～36.5℃、8.34 h、112/1.55.取最佳参数进行验证实验,进一步得出最佳温度为35.5℃,产氢速率、氢气含量、葡萄糖利用率、潜在最大葡萄糖转化率分别为5.66 L/h、54.0%、0.97、191.18 mL/g.验证实验所得结果优于正交试验中的任一单个试验结果,这表明正交试验是成功的.     

Optimization of detecting hydrogenase activity for acidogenic fermentation of activated sludge

In order to evaluate the hydrogen-producing efficiency of anaerobic activated sludge in Anaerobic Baffled Reactor(ABR)fermentation processes,the optimal conditions for hydrogen producing hydrogenase method on methyl viologen(MV)assay was used to detect the hydrogen production activity of the activated sludge.The most favorable parameters such as 0.6 mL sodium acetate buffer(pH 5.0),100 μL lysozyme,0.2 mL sodium dibromoethane(9.0 mmol/L)and 0.7 mmol/L iron added into 1 mL activated sludge(2.66～26.64 gMLVSS/L)were found.Furthermore,reaction temperature and culture time were detected as 40 ℃ and 30 min respectively.Sodium thiosulfate and sodium sulfides were taken as the reducing agent while trichloroacetic acid as terminator.Under the MV optimal conditions,micro-toxic Dimethyl sulfoxide(DMSO)get higher security and better accuracy.The sensitivity of the detection methods(DMSO as electron carrier)was increased by more than 30%.The results show that the optimal conditions can be applied to measure hydrogenase activity correlating with its specific hydrogen production rate in a hydrogen-producing anaerobic activated sludge system.     

低pH值与低有机负荷引起的活性污泥膨胀及其恢复

用ＳＢＲ法处理啤酒废水和化工废水的试验研究表明：两种废水的活性污泥在低有机负荷时有利于丝状菌的增殖而会发生污泥膨胀,这种膨胀污泥可以通过提高有机负荷得到控制和恢复。啤酒废水在长期低ｐＨ值（４．０６￣５．０）和有机负荷连续由高变低时引起的污泥膨胀,其ＳＶＩ较相同有机负荷、正常ｐＨ值（６．５￣８．０）条件下上升缓慢,有出现丝状菌缠绕型粒状污泥。在高负荷及ｐＨ＝６．０恢复时的粒状污泥消失过程中,ＳＶＩ仍     

预处理低有机质剩余污泥两相厌氧消化

为提高低有机质剩余污泥的厌氧消化效率,采用超声波(40kHz,50W)与生石灰(投量为560mg/L)联合预处理剩余污泥,然后将预处理的剩余污泥进行中温两相厌氧消化.试验污泥取自长春市某污水处理厂,试验中主要考察剩余污泥的消化性能、产气情况及脱水性能变化.结果表明,当剩余污泥的VS/TS比值为0.56、水力停留时间(HRT)为20d时,预处理污泥厌氧消化后VS去除率达到40.8%.在消化过程中系统稳定,产酸相内挥发酸成分以乙酸和丁酸为主,而产甲烷相内以少量乙酸为主.产甲烷相的甲烷产率为0.33L/gVS去除,产气中甲烷平均含量可达到59.2%,但消化后污泥的脱水性能变差.污泥的联合预处理增加了液相中溶解性有机物的含量,提高了进料污泥的pH与碱度,有助于低有机质剩余污泥的后续厌氧消化处理.     

镁粉投加对剩余污泥碱性发酵的影响

为了提高剩余污泥厌氧消化过程中的水解速率,采用批次试验对处理实际生活污水的剩余污泥进行低温热处理,研究了在处理时间为10~80min,处理温度50~90℃条件下,低温热处理对有机物溶出、溶解性碳水化合物(SC)和溶解性蛋白质(SP)相对分子质量变化及脱水性能改变的影响. 结果表明:随着热处理时间的延长,溶解性化学需氧量(SCOD)、SC和SP分别在90℃、80min,90℃、70min和70℃、40min条件下达到最高值,较原污泥中各项指标分别增长了15.5、19.2和5.2倍. 升高温度可以促进大分子物质向小分子物质的转化,在50~90℃,SC最小相对分子质量从163u降低到2.5u,SP从1.41u降低到0.26u. 通过污泥毛细吸水时间(CST)来表征污泥的脱水性能,CST在80℃后增长速率加快,70℃、80min条件下较原污泥增长了108.8s,而在90℃、80min条件下增长了375.7s. 根据以上研究结果得出结论,最合适的热水解条件为70℃、30min.

     

富含三类大分子有机质的废弃食物发酵产氢特性

以富含大分子碳水化合物、蛋白质和脂肪的5种废弃食物为发酵底料，采用厌氧活性污泥为接种物，研究了其发酵产氢特性，并利用色谱仪分析了发酵产物的气相和液相组成.结果表明，米饭、马铃薯、青菜、瘦猪肉和肥猪肉发酵生成的H2与CO2的体积比分别为0.77、0.82、0.82、0.93和0.82，H2与CH4的体积比均高于4，有些甚至没有CH4产生.将厌氧活性污泥加热预处理能够有效抑制产甲烷菌，同时又保持产氢菌芽孢的活性.在米饭、马铃薯和肥猪肉发酵生成的脂肪酸中丁酸的体积分数最高；在瘦猪肉发酵液中乙醇的体积分数最高；而在青菜发酵液中乙酸、丙酸和丁酸的体积分数相当.     

有机中间体废水加压活性污泥法处理及动力学研究

用加压活性污泥法处理有机中间体废水，考查了停留时间、污泥浓度、反应压力及曝气量等条件对化学需氧量（COD）去除率的影响，并对生物降解动力学进行了研究．有机中间体废水经铁炭床微电解预处理后，CODCr从原水的8000mg／L降到4000～5000mg／L，B／C由原来的0．20升高到0．40左右．通过实验确定了加压活性污泥法处理有机中间体废水的较优工艺条件为：反应器内废水CODCr在18002100mg／L，反应压力0．1MPa，污泥浓度4．0～6．0g／L，停留时间8～10h，曝气量2．0L／min．此条件下COD去除率大于70％，出水CODCr小于600mg／L．生物降解动力学符合Monod模式，动力学参数：Vmax24．49d^-1,Ks1927．69mg／L．     

低有机负荷对污泥膨胀及造纸废水处理效果的影响

研究了低有机负荷废水引发的活性污泥丝状菌的膨胀,以及其对废水处理效果的影响,并通过调节废水有机负荷和运行方式来对污泥膨胀进行控制.实验结果表明,当混合液有机负荷为0.03kgCOD·(kgMLSS·d)-1,易引发丝状菌污泥膨胀.当有机负荷为0.18kgCOD·(kgMLSS·d)-1时,运行到第7天,SVI从325mL·g-1降至109mL·g-1,CODCr去除率从42.67%上升至90.03%,丝状菌污泥膨胀得到基本控制;在调节有机负荷的同时,改变运行方式,当运行至第6天时,SVI从325mL·g-1降至99mL·g-1,CODCr去除率从42.67%上升至91.56%,丝状菌污泥膨胀亦得到基本控制.