有机负荷对厨垃圾厌氧消化系统稳定性的影响

厌氧消化是餐厨垃圾产业化处理的主流方式,酸化是影响餐厨垃圾厌氧消化过程稳定的关键,单位有机负荷是引起酸化的最主要因素.系统研究了不同单位体积有机负荷的产气情况.试验结果表明,在2.5～2.8kg TVS/(m3·d)单位体积有机负荷水平,全混合厌氧消化系统可以获得稳定的高产气率,达到2.55～2.68m3/(m3·d).当单位体积有机负荷进一步提高,系统内挥发性脂肪酸总量、pH值、碱度和沼气中甲烷含量急剧下降,体系迅速转向酸化.     

微量元素对蔬菜废弃物厌氧消化的促进效果

以蔬菜废弃物为原料的厌氧消化系统,由于原料的易酸化特性,在高负荷条件下易失稳,而低负荷的运行会导致较低的池容产气率。本研究采用自行设计的70-L厌氧发酵罐,在中温35℃条件下进行蔬菜废弃物厌氧消化的连续冲击负荷试验,根据气体成分（CH₄）的变化规律,添加微量元素（Fe, Co, Ni）以调控消化过程,使其由失稳状态恢复至稳定状态,旨在提高高负荷厌氧发酵的稳定性。研究结果表明,蔬菜废弃物中温厌氧消化系统的有机负荷率增大至2.0 g VS/(L•d)时,CH₄含量由50%降至40%,从第103天开始连续添加5天微量元素（Fe, Co, Ni）后,CH₄含量迅速恢复至50% ~ 55%的稳定状态,池容产甲烷率由0.38 L/(L•d) 增大至0.6 L/(L•d)左右并保持稳定。停止添加微量元素后,继续增大有机负荷率,厌氧消化系统稳定运行83天。当运行至第195天时（3.0 g VS/(L•d)）,CH₄含量再次出现下降趋势,由58.9%降至53.4%,添加3天微量元素后,CH₄含量再次恢复到55%以上的稳定状态。微量元素的添加可有效提高蔬菜废弃物厌氧消化的稳定性,能够快速恢复失稳的系统。     

餐厨垃圾高效厌氧消化稳定产气研究

厌氧消化是餐厨垃圾产业化处理的主流方式,厌氧系统单位体积有机负荷和单位体积产气率是评价厌氧系统产业化能力的重要指标.实验研究了搅拌频率、物料投加方式和不同单位体积有机负荷情况下厌氧系统的产气情况.结果表明,在选择连续式投加物料情况下,维持60min/3hrs搅拌频率和2.8kg TVS/(m3.d)单位体积有机负荷水平,全混合厌氧消化系统可以获得稳定的高产气率,达到(2.69±0.03)m3/(m3·d),甲烷体积分数(65.2±1.3)％.     

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。     

基于中温两相厌氧发酵技术的不同配比牛猪粪对寒地户用沼气的影响

设计一种位于日光温室内并采用中温两相厌氧发酵装置,在前期单一牛粪为发酵原料的基础上,在其中加入一定量的猪粪,探讨所设计的新型农村户用沼气发酵装置产气量与维持发酵罐体内料液温度所消耗沼气量之间的关系。结果表明:当牛粪与猪粪混合液总固体含量为1∶1时,该沼气发酵装置最高池容产气率为1.5L/(L.d),比单一牛粪为原料的池容产气率(1.35L/(L.d))高,是传统沼气池产气率(0.35L/(L.d))的4倍多。日均结余沼气量为7.85m3,足以满足三口之家照明、炊事所需能源,实现高寒地区户用沼气全年正能输出,而且装置结构设计合理,设备完善,可取代传统沼气池。     

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。     

厌氧消化菌群的筛选及其对高浓度玉米秸秆的厌氧消化

为了提高玉米秸秆类原料厌氧消化的产气率和底物利用率,从环境中筛选出了厌氧降解玉米秸秆产酸和产甲烷的优势菌群,该菌群的最高容积甲烷产率为0.73 m3/(m3.d),气体中的甲烷含量达到85%左右,底物产甲烷量为410 L/kg;以15%高浓度玉米秸秆为原料,该菌群的最大产酸能力为10 g/L,最高容积产气率为3.10m3/(m3.d),平均容积产气率为1.7 m3/(m3.d),平均甲烷含量为55%。研究结果明显高于报导过的相应数据。为高浓度玉米秸秆的高效厌氧消化利用提供了良好的微生物菌群应用基础。     

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%。     

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。     

连续流生物制氢反应器中有机负荷对产氢的影响

采用连续流搅拌槽式反应系统(CSTR)作为反应装置,以红糖水为发酵底物,污水处理厂剩余污泥为反应的启动污泥,在进水p H值为7.0±0.1、氧化还原电位(ORP)为-420 m V、温度(35±1)℃、水力停留时间(HRT)为6 h等影响因子调控下,达到稳定产氢(主要为乙醇型发酵)。在其他参数不变的条件下,通过改变有机负荷,着重研究其对产氢能力的影响,同时调节p H值使微生物保持较高活性。结果表明,当有机负荷从12 kg/(m3·d)上升为32 kg/(m3·d)时,产气和产氢速率均有持续增大的趋势。当有机负荷为32 kg/(m3·d)时,达最大产气速率(18.6 L/d),产氢速率为6.4 L/d,较初始有机负荷12 kg/(m3·d)时分别提高89%和87%。在系统运行过程中,进水p H值降低至5.85时,厌氧发酵微生物活性受到抑制,产氢速率有所下降,ORP上升至-328 m V。此时,向反应器内投加一定量的Na OH调节p H值,使反应器保持较高产氢速率的乙醇型发酵类型。     

不同温度预处理的污泥消化与两相消化工艺的产气研究

将热水解技术与中温-微生物水解酸化-厌氧消化技术相结合处理污泥,研究了污泥的产气性能。小试试验中,原泥经过150℃和170℃热水解处理后厌氧消化,VS产气率较原泥分别增加9.01%和14.70%;原泥及其经过150℃,170℃热水解处理后采用两相消化,VS产气率较单相消化分别增加7.05%,7.63%和10.48%。中试试验中,150℃热水解污泥单相消化后VS产气率为346.88 L/kg,两相消化后VS产气率达到了481.62 L/kg,两相消化较单相消化VS产气率增加38.84%。     

OLR对UASB运行特性的影响及丙酸氧化菌群的演替

考察有机负荷率(OLR)的提高对升流式厌氧污泥床(UASB)反应器运行特性及丙酸氧化菌群的影响。结果表明,OLR由6 kg COD/(m3·d)逐步提高到54 kg COD/(m3·d)时,UASB的COD去除率可保持在92%以上,厌氧污泥的比产甲烷速率和比COD去除速率分别由130 L CH4/(kg VSS·d)和0.3 kg COD/(kg VSS·d)提高到827 L CH4/(kg VSS·d)和1.8 kg COD/(kg VSS·d)。随着OLR的逐步提高,系统中丙酸氧化菌群发生明显演替,其中,具有较低比生长速率(μ)和最大比降解速率(Umax)的Syntrophobacter wolinii和Pelotomaculum propionicicum被先后淘汰,而具有较高μ、Umax的P.schinkii逐渐成为系统的优势菌,具有较高μ、Umax的丙酸氧化菌的逐步富集可显著提高系统降解丙酸的能力,促进产甲烷菌群的增殖和代谢,使系统的整体处理效能得到显著提升。     

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。     

外源添加物对抗结壳沼气反应器产气特性影响

针对沼气反应器发酵原料利用率低、发酵周期长、产气率低等问题,实验研究尿素、复合磷酸盐及复合维生素等外源添加物对以马铃薯皮为发酵原料的新型抗结壳沼气反应器产气性能的影响。结果表明:一定浓度的外源添加物能缩短抗结壳沼气反应器的发酵启动时间,促进甲烷合成,显著提高反应器的日产气量。在最佳尿素添加量为1.0g/L时,总产气量提高52.9%,池容产气率为0.869m3/(m3.d),发酵后期甲烷浓度稳定在约65%;复合磷酸盐最佳添加量为1.200g/L时,此时总产气量提高28.9%,池容产气率为0.659m3/(m3.d),发酵后期甲烷浓度稳定在约68%;复合维生素最佳添加量为0.015g/L时,其总产气量提高48.4%,池容产气率为0.843m3/(m3.d),发酵后期甲烷浓度稳定在约70%。     

城市生活垃圾和污水厂剩余污泥联合厌氧消化产气性能研究

以城市生活垃圾和污水厂剩余污泥为消化原料,在中温(35℃)条件下,采用序批式厌氧消化方式,研究了生活垃圾和剩余污泥不同混合比例下的厌氧消化产气性能,以及不同原料配比对厌氧消化过程及消化效率的影响。按照生活垃圾和剩余污泥VS比分别为1∶0(R1),2∶1(R2),1∶1(R3),1∶2(R4)和0∶1(R5),试验设置了5个试验组。研究结果表明:两种物料混合后有助于提高消化效果和产气性能,其中,当城市生活垃圾和剩余污泥VS比为2∶1时,系统厌氧消化效果最好,VS去除率为35.98%,单位VS产气量为348.84 m L/g,产气中甲烷含量为53.8%,消化时间较单纯生活垃圾厌氧消化缩短了9 d。说明一定比例的生活垃圾和剩余污泥联合厌氧消化是提高厌氧消化效率的有效途径。     

组合碱预处理对玉米秸秆厌氧消化的影响

为提高玉米秸秆厌氧消化的产气量及产气效率,采用不同质量分数的组合碱(质量比为2∶1的NaOH和Ca(OH)2)对其进行预处理,经过3 d的预处理后,考察组合碱对玉米秸秆成分及厌氧消化产沼气的影响。结果表明,组合碱预处理能有效缩短消化启动时间,并不同程度提高秸秆的产沼气能力。其中质量分数为3%的组合碱处理组产气状况最好,消化60 d后的总产气量可达24035 m L,日均产气率为400.58 m L/d,总固体产气率、挥发性固体产气率分别为358.73 m L/g和369.77 m L/g,在相应的厌氧消化时间内有效提高了玉米秸秆的厌氧消化效率。     

半连续两相厌氧发酵工艺处理蔬菜废弃物产沼气研究

通过一款自行设计的两相厌氧发酵装置,以半连续进料的方式对蔬菜垃圾产沼气情况进行研究。结果表明:在酸化相阶段,温度的升高有利于产酸反应的进行,35℃下,总挥发酸(乙酸、丙酸、异丁酸、丁酸)在酸化时间第3天时获得最大产量6892 mg/L,其中乙酸含量为4589 mg/L,达到66.58%,主要为乙酸型发酵,p H值在酸化开始后不断下降至3.42,于第9天逐渐回升并保持在7.0以下。氧化还原电位(ORP)随酸化时间的延长总体趋势逐渐降低。35℃的产酸效果和停留时间均优于25℃时。甲烷相的最佳有机负荷率为3.0~3.5 kg VS/(m3·d),平均SCOD去除能力在92%以上,平均沼气产量为0.59 m3/kg VS,甲烷产量为0.36 m3/kg VS,日容积产气率最高为2.6 m3/(m3·d)。     

规模化畜禽养殖粪污产沼气特性的半连续试验研究

以半连续厌氧发酵试验为基础,探讨了在15,25,35℃,HRT=36 d和25 d条件下,猪粪、鸡粪和牛粪3种厌氧发酵原料的产气特性。结果表明,3种原料均适宜在温度为35℃,HRT=25 d的条件下厌氧发酵。发酵池容产气率分别为0.87~1.75,0.81~1.26,0.41~0.73 m3/(m3.d);原料TS产气率分别为0.27~0.55,0.25~0.49,0.13~0.23 m3/kg。     

乙酸添加量对玉米秸秆青贮品质及其产甲烷性能的影响

以乙酸作为玉米秸秆青贮的添加剂,考察添加不同质量分数乙酸对玉米秸秆青贮品质及产沼气性能的影响。结果表明:青贮过程中添加一定量的乙酸能实现鲜秸秆的长时间保质贮存,无腐败现象且获得良好贮存发酵品质,其中添加质量分数2%乙酸的试验组中综纤维素比例最高,可达(51.20±0.45)%,有机酸总量为(10.92±0.30)%,高于其他组,具有较好的品质和较高的发酵产甲烷潜力;青贮240 d后与牛粪以总干物质的质量比3∶7,37℃条件下进行批式厌氧消化,添加质量分数为4%乙酸试验组的产气性能最佳,平均甲烷含量为54.00%,总固体(TS)产气率为312.02 L/(kg TS),挥发性固体(VS)产气率为470.63 L/(kg VS)。     

温度对蔬菜垃圾与猪粪混合消化产沼气特性的影响

采用批式厌氧消化实验,在10 L反应系统中将蔬菜垃圾与猪粪以1∶2质量比进行混合发酵,探究温度(20、32、37、52℃)对二者混合消化产气特性的影响。结果表明,中、高温(32、37、52℃)条件下混合发酵系统稳定,室温(20℃)发酵后期有轻微酸抑制。32℃时产沼气性能最佳,总产气量分别是20、37和52℃时的4.65、2.08和1.42倍,发酵过程中p H值、挥发性脂肪酸和氨氮浓度均在正常范围。3 m~3户用沼气池试验表明,蔬菜与猪粪32℃混合发酵的池容产气率为0.56 m~3/(m~3·d),平均甲烷体积分数为54.83%,日平均产气量为1.68 m~3。蔬菜与猪粪32℃混合发酵既可维持发酵系统稳定性,又能改善产沼气性能,为蔬菜废弃物的沼气化处理提供参考。