污泥与其它基质共消化研究进展

厌氧消化是污泥处理的有效手段,但由于污泥碳氮比较低,易产生氨抑制,污泥单独厌氧消化存在产气量低,系统不稳定等问题。污泥与其它基质厌氧共消化可以提高甲烷产率与单位处理效率,有效解决系统不稳定的问题。针对污泥厌氧共消化进行了系统的研究,总结了基质的主要来源,就不同基质共消化时体系运行参数、系统抑制与强化因子进行了分析,发现作为共消化基质的餐厨垃圾可以得到广泛应用,油脂类或藻类物质的应用逐渐上升,污泥与基质投配比、温度、反应器类型、预处理等均能影响共消化的效果。对污泥与其它基质共消化的发展方向提出了建议和展望。     

微生物电解池产甲烷技术研究进展

微生物电解池（microbial electrolysis cell,MEC）产甲烷技术是以微生物为催化剂,利用外界输入的电能将CO₂或有机污染物转化为甲烷的新技术。MEC在实现CO₂处置与能量转化的同时,能够处理污水、污泥、沼渣等多种污染物并生产甲烷,具有能量转化率高、生产成本低、环境友好等特点,可望成为解决能源紧缺和环境破坏问题的重要途径之一。近年来,MEC在产甲烷生物阴极结构及电子传递途径、产甲烷微生物群落等方面得到了广泛关注,同时,MEC耦合厌氧消化或其他废水处理系统形成的产甲烷新技术也逐渐研发并成为研究热点。本文综述了产甲烷生物阴极、产甲烷微生物群落等方面的研究现状,介绍了MEC耦合厌氧消化或其他系统产甲烷新技术,总结并分析了MEC产甲烷技术的研究方向和实用化过程仍需解决的技术难题。     

低劣生物质厌氧产甲烷过程的模拟研究进展

低劣生物质厌氧消化可以减少温室气体的排放并且生产生物甲烷作为能源。介绍了关于厌氧消化过程、底物的相关理论,还对目前主要用于厌氧产甲烷过程研究的数学模型以及碳氮磷转化的模拟研究进行了综述。其中,一级动力学模型是最为简单的数学模型,其可以通过简单的计算得到整个过程中甲烷产量随着时间的变化曲线,但是只限于较准确模拟甲烷产率的ADM1模型相对发展最为全面、应用最为广泛,且能够针对具体要研究的对象进行模型的修改。同时总结了较为常见的底物厌氧产甲烷研究模型、研究对象及结果、已有碳/氮/磷转化模拟研究及相关研究,并对开展针对厌氧产甲烷过程中碳氮磷转化的模拟研究进行了展望。     

低劣生物质厌氧产甲烷过程的模拟研究进展

低劣生物质厌氧消化可以减少温室气体的排放并且生产生物甲烷作为能源。介绍了关于厌氧消化过程、底物的相关理论,还对目前主要用于厌氧产甲烷过程研究的数学模型以及碳氮磷转化的模拟研究进行了综述。其中,一级动力学模型是最为简单的数学模型,其可以通过简单的计算得到整个过程中甲烷产量随着时间的变化曲线,但是只限于较准确模拟甲烷产率的ADM1模型相对发展最为全面、应用最为广泛,且能够针对具体要研究的对象进行模型的修改。同时总结了较为常见的底物厌氧产甲烷研究模型、研究对象及结果、已有碳/氮/磷转化模拟研究及相关研究,并对开展针对厌氧产甲烷过程中碳氮磷转化的模拟研究进行了展望。     

纳米零价铁对厌氧消化影响的反应动力学模型

污泥厌氧消化是污水处理厂实现“碳中和”的关键环节。然而传统厌氧消化技术普遍存在水解不充分、产甲烷效率低的问题,在工程中表现为污泥的甲烷潜势（B₀）低、产甲烷速率（k）低等,从而使得获得的甲烷气通常不能达到量和质的要求。纳米级零价铁（NZVI）基于能够在厌氧条件下析氢（H₂）腐蚀为产甲烷菌提供电子供体及更有利的厌氧环境,而被认为在厌氧消化领域具有潜在的应用前景。就此,通过在厌氧消化体系中投加不同剂量的NZVI（0、100、300、600和1000 mg·L^-1）,以甲烷潜势（B₀）和产甲烷速率（k）为主要评价指标,并基于一级反应动力学模型探讨了NZVI对厌氧消化过程的主要作用机理。研究结果表明,NZVI能够强化厌氧消化过程产甲烷,主要作用机制在于促进微生物细胞破壁,从而提高污泥的水解酸化程度,得到更高的甲烷潜势（B₀）。     

碱预处理耦合零价铁强化含油污泥厌氧消化

含油污泥通常含较多的生物难降解性有机化合物,且污泥黏度大,乳化程度高,导致其厌氧消化潜力较低。污泥细胞破壁较慢,是污泥厌氧消化的限速步骤。本研究通过对含油污泥进行碱预处理,实现了污泥细胞破壁,并检测到胞内有机物质大量溶出,进而加快污泥水解为溶解态的小分子有机物,提高厌氧消化效率。另一方面,为了解决由预处理产生过量有机酸（如丙酸等）积累破坏厌氧系统内pH平衡的问题,本研究通过投加零价铁,促进丙酸等小分子向乙酸的转化,促进产甲烷,并最终使厌氧系统内pH保持平衡。研究结果表明：含油污泥经过碱预处理甲烷产量提高91.7%,同时污泥减量率提高了8%。碱预处理耦合零价铁粉,使得甲烷产量提高了105.4%,污泥减量率提高13%。进一步优化碱预处理pH条件,结果表明碱处理的最佳pH为9。     

微生物电解池产甲烷技术研究进展

微生物电解池(microbial electrolysis cell,MEC)产甲烷技术是以微生物为催化剂,利用外界输入的电能将CO_2或有机污染物转化为甲烷的新技术。MEC在实现CO_2处置与能量转化的同时,能够处理污水、污泥、沼渣等多种污染物并生产甲烷,具有能量转化率高、生产成本低、环境友好等特点,可望成为解决能源紧缺和环境破坏问题的重要途径之一。近年来,MEC在产甲烷生物阴极结构及电子传递途径、产甲烷微生物群落等方面得到了广泛关注,同时,MEC耦合厌氧消化或其他废水处理系统形成的产甲烷新技术也逐渐研发并成为研究热点。本文综述了产甲烷生物阴极、产甲烷微生物群落等方面的研究现状,介绍了MEC耦合厌氧消化或其他系统产甲烷新技术,总结并分析了MEC产甲烷技术的研究方向和实用化过程仍需解决的技术难题。     

底物浓度和水力滞留时间对电化学厌氧消化的影响

采用电化学厌氧消化(EAD)连续发酵工艺,以乙酸钠为底物,在温度为35℃、pH为中性的条件下,考察底物质量浓度和水力滞留时间对电化学厌氧消化的影响,分析了不同条件下的产气量、气体含量、底物利用率及产甲烷转化率。结果表明,当底物质量浓度从15 g/L增加到25 g/L时,甲烷体积分数先增加后减少,甲烷产率一直降低,导致电化学厌氧消化的降解效果降低。延长水力滞留时间能提高电化学厌氧消化的效果,促进底物在反应体系内的充分氧化分解,提高甲烷产率,但反应器运行效率会减小。     

强化污泥厌氧消化产甲烷新技术研究进展

随着城市人口数量的增加,污水处理量增多,随之而来的污泥处理量越来越大。厌氧消化是实现污泥减量化、稳定化、无害化、资源化的重要处理途径。目前厌氧消化技术不够成熟,有机质去除率低和产甲烷率低是污泥厌氧消化发展的瓶颈。本文从污泥预处理、厌氧反应器新模式、新材料的应用、协同消化四个方面综述了强化污泥厌氧消化产甲烷技术进展。     

纳米零价铁对厌氧消化影响的反应动力学模型

污泥厌氧消化是污水处理厂实现"碳中和"的关键环节。然而传统厌氧消化技术普遍存在水解不充分、产甲烷效率低的问题,在工程中表现为污泥的甲烷潜势(B0)低、产甲烷速率(k)低等,从而使得获得的甲烷气通常不能达到量和质的要求。纳米级零价铁(NZVI)基于能够在厌氧条件下析氢(H2)腐蚀为产甲烷菌提供电子供体及更有利的厌氧环境,而被认为在厌氧消化领域具有潜在的应用前景。就此,通过在厌氧消化体系中投加不同剂量的NZVI(0、100、300、600和1000 mg·L~(-1)),以甲烷潜势(B0)和产甲烷速率(k)为主要评价指标,并基于一级反应动力学模型探讨了NZVI对厌氧消化过程的主要作用机理。研究结果表明,NZVI能够强化厌氧消化过程产甲烷,主要作用机制在于促进微生物细胞破壁,从而提高污泥的水解酸化程度,得到更高的甲烷潜势(B0)。     

微量金属元素对不同基质厌氧处理的影响研究

分别以葡萄糖、苯酚为基质,研究微量金属元素Fe、Co、Ni对甲烷菌的激活作用。结果表明,加入微量金属元素Fe、Co、Ni,能有效缩短厌氧消化反应时间,提高基质降解率和产气速率,以葡萄糖为基质比以苯酚为基质时产甲烷量多、产气速率高、COD去除率高。以葡萄糖为基质,Fe、Co、Ni的最佳补充投加量分别为3.0,0.02,0.5 mg/L.d;而以苯酚为基质,Fe、Co、Ni的最佳补充投加量为0.3,0.05,0.2 mg/L.d。     

微藻碳水化合物生产生物燃料的研究进展

化石能源的不可再生性和使用过程中造成的环境污染使开发新能源变得非常迫切。微藻因为生长速度快,固定二氧化碳能力强,碳水化合物积累量高,近年来成为生物燃料生产的研究热点。微藻碳水化合物制备生物燃料极具潜力,但规模化培养为制约其发展的瓶颈。本文总结了微藻碳水化合物的组成及代谢,介绍了微藻碳水化合物的酶水解、化学和超声等预处理方法,比较分析了酶糖化和化学糖化特点,简述了传统的厌氧消化、活性污泥发酵技术用于微藻碳水化合物制备生物燃料的循环利用优势,对微藻碳水化物制备生物液、气态燃料的研究进展、经济性和产业化前景进行了综述。提出了微藻碳水化合物制备生物燃料需要以更经济、有效的糖化和发酵技术为未来研发方向。     

热-碱渣预处理强化炼厂剩余活性污泥厌氧消化性能

热-碱预处理是强化剩余活性污泥厌氧消化的有效手段。为降低处理成本，利用炼厂碱渣替代新鲜碱剂，研究了热-碱渣预处理对炼厂剩余活性污泥(refinery waste activated sludge,RWAS)厌氧消化的影响。结果表明，热-碱渣预处理显著促进了胞内有机物的释放，蛋白质、多糖和挥发性脂肪酸浓度随温度和碱渣剂量的提升而增加，在温度90℃和碱渣剂量4%的条件下，蛋白质、多糖和挥发性脂肪酸分别可达1338.7mg/L、510.9mg/L和651.2mg/L。Person相关性结果表明碱渣剂量对腐殖酸类物质荧光强度和类黑素产量呈正相关，与厌氧消化停滞期呈显著正相关，表明高碱渣剂量会抑制RWAS厌氧消化性能。因此，热-碱渣预处理的最佳工艺条件为温度90℃、碱渣剂量1%。该条件下预处理RWAS厌氧消化的溶解性化学需氧量(SCOD)降解率可达66%，最大产酸量为736.2mg/L，甲烷和氢气产量分别是未处理RWAS的5倍和3倍，分别达95.3mL/g-VS (VS为挥发性固体)和11.5mL/g-VS。综上所述，热-碱渣预处理炼厂剩余活性污泥具有较好的应用前景。     

超声波强化醋糟产氢废水厌氧消化产甲烷性能研究

为提高醋糟产氢废水的甲烷产量,研究了超声波对厌氧消化产甲烷的影响,以超声功率和超声时间为影响因素进行了响应面分析,实验结果表明,超声功率对厌氧消化产甲烷有显著的影响。响应面结果表明最佳的超声条件:超声功率为24 W,超声时间为29 s。基于最优超声条件下的醋糟产氢废水厌氧消化实验表明,超声能够显著提高醋糟产氢废水的甲烷产率,最高的甲烷产率为228 m L/g-VS醋糟,比未超声组提高了21%。甲烷菌细胞的传质效率的提高和较高的生物活性是甲烷产量提高的原因。     

氨化预处理对水稻秸秆厌氧消化产气特性的影响

为了探索水稻秸秆厌氧消化产沼气的特性,本文通过使用不同质量浓度的尿素对水稻秸秆进行氨化预处理并测其产气量,来探究和发现氨化预处理对水稻秸秆厌氧发酵产气特性的影响规律。采用不同质量浓度的尿素对水稻秸秆进行氨化预处理,并进一步进行了厌氧消化试验。实验条件为:中温即(35±1)℃温度、水稻秸秆和牛粪的配比条件为1∶1。结果表明,不同百分比的尿素预处理不同程度地对水稻秸秆的组分造成了破坏,使秸秆厌氧消化产沼气潜力得到提高,并且相对缩短了厌氧消化时间。比较总固体与挥发性固体的转化率、甲烷含量、产气量等各项因素,可看出以6%尿素预处理试验组的效果最好;与其他实验组相比,TS和VS的转化率分别提高了54.9%和36.1%,累积产气量最高。综上所述,6%尿素预处理是较优的工艺条件。     

餐厨垃圾与固体废物共消化产气效果研究

为研究餐厨垃圾与不同固体废物厌氧共消化产气的效果,探究餐厨垃圾/污泥共消化最佳进料方式,采用自制的全混合厌氧反应器,通过产气量和甲烷含量综合评价餐厨垃圾与不同固废(鸡粪、猪粪、玉米秸秆、麦秆、稻杆和活性污泥)共消化系统在不同配比下产气的潜力;通过产气性能和消化液的pH值、VFAs质量浓度、氨氮质量浓度、碱度综合评价进料方式对餐厨垃圾/活性污泥共消化系统的影响。结果表明:餐厨垃圾与6种不同底物混合共消化系统的产气潜力分别是活性污泥(5∶5)>鸡粪(5∶5)>玉米杆(3∶7)>麦秆(3∶7)>猪粪(1∶9)>稻杆(5∶5);餐厨垃圾/活性污泥共消化系统连续式进料的各项指标均优于序批式进料,更适合厌氧发酵产沼气。     

有机负荷对针铁矿厌氧消化产甲烷体系的影响

厌氧产甲烷是有机废弃物资源化的有效途径之一,已经被广泛应用于处理工业废水、城市生活垃圾、农业废弃物、禽畜粪便等。但目前存在产甲烷效率低、转化速率较慢等缺点。本研究尝试利用自然界中广泛存在的针铁矿为添加剂强化废水产甲烷过程。以乙酸钠和葡萄糖和为碳源模拟有机废水,研究了针铁矿对有机废水厌氧产甲烷的作用,考察了不同水力负荷条件下对连续流厌氧产甲烷反应器消化体系甲烷产量及产甲烷速率的作用。     

市政污泥厌氧消化液处理研究进展探析

厌氧消化是污泥处理的主流技术之一,但产生的消化液具有高氨氮、低C/N比等特点,处理难度大、成本高,是制约厌氧消化技术发展的关键问题之一,也是目前行业内的研究热点。本文通过对国内外污泥消化液处理的研究分析,重点阐述了传统硝化反硝化、厌氧氨氧化及化学沉淀法的原理、处理效果及应用前景。     

pH对高温厌氧耗氢产甲烷及微生物群落的影响

随着化石燃料的枯竭,以厌氧耗氢产甲烷菌为功能优势菌群的异位（或离位）加氢沼气生物提纯工艺备受关注。本文考察了高温条件下不同初始pH对厌氧耗氢产甲烷过程及微生物群落的影响。研究结果表明,半连续流反应器中不同初始pH变化对产甲烷量影响不大,在以H₂/CO₂为基质的厌氧体系中,厌氧耗氢产甲烷过程是甲烷产生的主要途径。比产甲烷活性研究结果进一步表明碱性条件（初始pH=8.5～9.0）耗氢产甲烷污泥对氢气消耗率提高,产甲烷迟滞期缩短至6.9h,且甲烷产率高达19.8mL CH₄ /(gVS?h)。通过高通量测序技术对不同初始pH条件下的产甲烷古菌群落进行分析,3个样本均以厌氧耗氢产甲烷菌为主导,酸性和中性条件古菌群落属水平上相似,以Methanothermobacter为主,其相对丰度分别为90.6%、91.6%;而碱性条件下以Methanobacterium为主,其相对丰度可达83.6%,还发现了Methanomassiliicoccus,其相对丰度可达7.7%。碱性条件下Methanobacterium相对丰度的提高和Methanomassiliicoccus的富集,可能是碱性条件下比产甲烷活性提高的主要原因。     

甲烷八叠球菌研究进展

甲烷八叠球菌（Methanosarcineae）是能够利用乙酸、CO2、甲醇、甲胺、甲基硫化物等多种有机或无机化合物为底物产生甲烷的厌氧古细菌,它的代谢路径多样,遗传结构简单,广泛应用于理论和应用研究,其中M．acetivorans、Mmazei和M．barkeri菌种在完成全基因组测序后成为研究古细菌的模式菌种。甲烷八叠球菌是厌氧消化产甲烷的重要菌株,应用潜力巨大。简单介绍了甲烷八叠球菌的形态特征、代谢特征和基因组特征,并对其在厌氧消化中的应用研究进展进行了综述。