餐厨垃圾与污泥共发酵脱氮技术的研究

餐厨垃圾与污泥是城市垃圾的重要组成部分,作为可再生资源,目前餐厨垃圾与城市污泥共发酵产甲烷成为国内外垃圾能源化利用的主要方法.氨氮浓度是抑制发酵效率的一个影响因素,在中温(37℃)厌氧条件下,以餐厨垃圾与污泥1:1混合发酵,为提高发酵效率,进行发酵过程中脱氮研究;试验研究了发酵过程中氨氮的变化规律,确定发酵第15天为最佳脱氮时间;建立L16(45)正交设计,研究了吹脱时间、吹脱强度、pH值、絮凝剂(PAM)添加量对脱氮的影响.对正交试验结果进行分析,得出吹脱时间为10h、pH值为12、吹脱强度为20L/h、絮凝剂(PAM)投加量为2.5 mg/0.2 L是最佳脱氮工艺条件.     

餐厨垃圾中温厌氧发酵接种污泥的驯化研究

研究不同投料方式对餐厨垃圾中温厌氧发酵接种物产气活性的影响,探求餐厨垃圾中温厌氧发酵接种物的最佳驯化方法。在37℃条件下,采用不同投料方式对厌氧污泥进行驯化作为餐厨垃圾厌氧发酵的接种物,分析驯化过程中污泥pH值和SCOD浓度的变化,并用驯化后污泥作为接种物对餐厨垃圾进行中温厌氧发酵处理,研究不同驯化方式对餐厨垃圾产气特性的影响。结果表明:污泥经过添加一定量的餐厨垃圾驯化培养后,产气活性有所提高,其中每天投2.5 g实验物料(厌氧污泥接种体占0.5%),培养20 d后的接种体中生物活性最高,平均产气效率达179.5 mL/d,甲烷气体浓度为59.8%,最终降解率为75.5%。     

餐厨垃圾厌氧发酵产沼气潜力及其动力学研究

采用全自动甲烷潜力测试系统(AMPTS)考察中温(37℃)和常温(25℃)条件下餐厨垃圾厌氧发酵产沼气的潜力,同时建立其动力学模型。研究结果表明:相比于常温,中温下餐厨垃圾厌氧发酵日甲烷产量峰值提高116.8%,累积甲烷产量提高143.9%,且产气周期缩短,物料降解率提高;利用Cheynoweth方程对中温厌氧发酵产甲烷过程进行动力学分析,所建模型相关系数R20.95,拟合结果与试验数据较为接近,说明Cheynoweth方程能够较好地反映餐厨垃圾产甲烷的规律。研究结果为餐厨垃圾厌氧发酵处理提供设计和运行依据。     

牛粪和餐厨垃圾混合两相发酵产氢产甲烷的协同作用研究

通过两相厌氧发酵批式实验,研究牛粪和餐厨垃圾在不同混合比例下（4∶0,3∶1,2∶2,1∶3和0∶4）的产氢、产甲烷和产能特性,探究混合基质发酵在两相厌氧发酵产能过程中的协同作用。研究结果表明：氢气产率、甲烷产率和能量产率均随着餐厨垃圾占比的提高而增大,混合发酵在缩短产气延迟时间和提高最大产氢产甲烷速率方面具有积极作用;氢气产率和丁酸产量呈显著正相关关系,说明混合发酵和餐厨垃圾产氢均遵循丁酸型代谢途径;牛粪单独发酵时的主要挥发性脂肪酸产物为乙酸,氢气产率很低;混合发酵产氢在牛粪和餐厨垃圾之比为1∶3时表现出协同作用,而在牛粪和餐厨垃圾之比为3∶1和2∶2时表现出拮抗作用;在产甲烷和产能方面混合发酵呈现协同作用,且协同率随牛粪占比的增加而提高;当牛粪和餐厨垃圾之比为3∶1时,产甲烷协同率和产能协同率分别为23.6%和20.4%,协同效果最显著。     

生物制氢反应器产氢产乙酸菌群对挥发酸的转化

采用间歇培养的方式,利用取自生物制氢反应器的厌氧活性污泥考察了活性污泥中产氢产乙酸菌群对乙醇、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸和乳酸的转化和产氢。结果表明,培养时间为44h时,厌氧活性污泥发酵葡萄糖的累计产气量为356mL,累计产氢量为209mL,氢气含量为58.7%。发酵产物的组成成分乙醇为427.1mg/L、乙酸为716.5mg/L、丙酸为172.5mg/L、丁酸为689.4mg/L、戊酸为123.6mg/L。发酵生物制氢反应器厌氧活性污泥中产氢产乙酸菌群能够对乙醇和乳酸进行产氢产乙酸转化,厌氧污泥转化乙醇形成的乙酸含量约为270mg/L,累计产氢量为15mL;转化乳酸形成的乙酸含量约为190mg/L,累计产氢量为7mL。厌氧污泥不能对乙酸、丙酸、丁酸和戊酸进行产氢产乙酸转化,培养过程中也没有气体生成,分析认为产氢产乙酸菌群对挥发酸的转化不是发酵生物制氢反应器产氢的主要途径。     

餐厨垃圾与污泥厌氧发酵产气动力学特性研究

对餐厨垃圾、污水厂污泥以及餐厨垃圾与污泥混合甲烷发酵的产气能力与动力学特性进行了实验分析,餐厨垃圾在中温和高温发酵的产甲烷潜能分别是400和426 mL CH4?gVS−1,经过120℃、20 min蒸煮除油后的餐厨垃圾在中温和高温发酵的产甲烷潜能分别是418和531 mL CH4?gVS−1。经Gompertz模型计算,除油后餐厨垃圾的最大产甲烷速率Rmax比除油前提高了49.8%（中温）和19.0%（高温）,但餐厨垃圾中固体有机物的产甲烷速率变化不明显。在餐厨垃圾机械破碎匀浆过程中,部分固体有机物被液化,中、高温发酵产气过程的一级动力学呈现两阶段特征,液相有机物在中温发酵的产甲烷速率（速率常数k = 0.1955 d−1）略快于高温（k = 0.1543 d−1）;而固体有机物在高温条件下的产甲烷速率（k = 0.0804 d−1）快于中温（k = 0.0388 d−1）。除油后餐厨垃圾中的固体有机物和污泥高温发酵的产甲烷速率也快于中温发酵,表明高温发酵有利于提高固体有机物的产气速率。污泥的产气潜能较低,产气速率慢,与餐厨垃圾共发酵有助于调节碱度和防止发酵体系的酸化。     

餐厨垃圾特性及其厌氧消化性能研究

以校园餐厨垃圾为原料,分析测定了早餐、午餐和晚餐餐厨垃圾的总固体(TS)、挥发性固体(VS)、碳水化合物、蛋白质、脂肪含量以及无机盐离子浓度,并通过批式厌氧发酵试验对3种餐厨垃圾的厌氧消化性能进行了对比研究。结果表明,早餐餐厨垃圾特性与午餐/晚餐餐厨垃圾差异较大,Na+,Ca2+和Cl-含量高于后两者。餐厨垃圾不同特性对其厌氧消化产气及有机物去除率都有一定影响,早餐、午餐和晚餐餐厨垃圾的累积甲烷产量分别为212.2,331.6和362.4 ml/g,早餐餐厨垃圾产气量比午餐和晚餐餐厨垃圾分别低36%和41.4%,其中Cl-含量高可能是造成其产气量低的主要原因。     

厨余和污泥不同混合比例碱处理产氢特性研究

以厨余垃圾和污泥为反应底物,加热预处理的污泥为发酵接种物,考察了碱处理下厨余与污泥不同混合比例的发酵产氢特性。结果表明:不同pH碱液对厨余垃圾进行预处理后,其效果以pH=13时最佳,预处理3h后SCOD和还原糖含量分别为31316.8mg/L和5.54mg/mL;碱预处理后的污泥与厨余联合发酵能够改善物料的营养平衡,缩短反应延迟时间到1h内;当厨余与污泥混和比例为5:1时为本试验最佳的试验条件,其氢气含量、比产氢速率峰值和氢产率分别为52.69%,1.73mL H_2/(h·gVS)和50.27mL H_2/gVS。     

构树与不同生物质废弃物混合厌氧发酵产气性能研究

在温度(55±1℃)和总挥发性固体浓度(2%)为固定参数,碳氮比(C/N)为可变参数的条件下,研究了构树和牛粪、餐厨垃圾、水稻秸秆分别进行混合发酵的产气性能。研究结果表明:与单一发酵相比,混合发酵均能提高甲烷产量,当构树与餐厨垃圾混合物的C/N为20时,可获得最高的累积产甲烷量(411.71 mL/g),比构树和餐厨垃圾单独发酵时的累积产甲烷量分别提高了45.45%和12.61%;构树与餐厨垃圾、牛粪、水稻秸秆进行混合发酵时,原料之间均存在协同作用,其中,构树与水稻秸秆在C/N为15的条件下进行混合发酵时,协同指数最高,为18.69%;构树与不同废弃物的混合厌氧发酵过程符合修正Gompertz方程(R~20.97),可用该拟合方程模拟混合厌氧发酵过程。     

水热炭对餐厨垃圾厌氧消化性能影响研究

文章通过餐厨垃圾的批式厌氧消化试验研究了水热炭制备温度和水热炭含量对不同接种比下餐厨垃圾产沼气的影响。研究结果表明：未添加水热炭时,随着接种比由1.5降低到0.5,产气抑制严重,餐厨垃圾的产沼气潜力由383.4 mL/g降低到151.6 mL/g;添加水热炭能够提高产气量,减少产气延滞时间;接种比相同时,沼气总产量随着水热炭添加量的增加而提高;当水热炭（H240）的添加量为30%时,接种比为1.5,1和0.5的试验组的沼气总产量较对照组的最大增加量分别为11.5%,31.7%和81.2%;当水热炭添加量相同时,H240对厌氧消化的促进效果最优,这归功于其表面丰富和活跃的官能团;添加水热炭后,修正Gompertz方程对不同接种比下累积产气量的拟合效果均得到了提高。     

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%。     

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80 d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 kg_COD/(m³∙d)的条件下,容积产甲烷率为2.2 L/(L∙d),挥发性固体（VS）的甲烷产率达到480 L/kg_VS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10 000 mg/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。     

替硝唑片对污泥厌氧发酵产氢作用的研究

研究表明，在污泥中添加替硝唑片可使污泥中的有机物质含量明显增加，特别是可溶的有机物质；替硝唑片对提高污泥产氢效果显著，替硝唑片添加量为1．40g时，污泥的产氢效果最佳，其累积产氢量和产氢潜能分别为580．64mL和98．41mL／gVS；厌氧发酵属于典型的乙醇型发酵；发酵代谢过程主要降解的有机物质为糖类物质，总糖降解率高达70．32％，蛋白质降解率只有26.25％。     

木糖厌氧发酵产氢特性研究

以木糖作为厌氧发酵产氢底物,热预处理(100℃,处理20 min)的厌氧颗粒污泥作为接种物,研究了中温条件(37℃)下厌氧发酵产氢特性.结果表明,当反应进行至50 h时,累积产氢量最大,为81.11 mL;乙酸、丁酸和乙醇是液相末端产物中的主要物质,其中乙酸和丁酸的浓度分别为1290 mg/L和1225 mg/L,发酵类型是典型的丁酸型发酵;反应体系的pH值开始降低,最后稳定在4.40左右,形成一个稳定的缓冲体系.     

厨余与污泥联合发酵不同预处理产氢特性研究

以厨余垃圾和污泥为反应底物,加热预处理的污泥为发酵接种物,考察了对反应底物进行碱、酸和热3种预处理的发酵产氢特性.试验结果表明:经过预处理的反应底物中的可溶性营养物质(SCOD和还原糖)总量有明显增长;预处理后发酵所产氢气含量、比产氢速率和氢产率都有较大改善,其中以加热预处理提高效果最为明显,最大氢气含量、最大比产氢速率(VS)和最高氢产率(VS)为47.68%,2.89 ml/(h·g)和57.74 ml/g,相对于未经过预处理的发酵样品分别提高了0.89倍,5.14倍和3.16倍.     

新型生物制氢反应器的运行及产氢特性

以厌氧活性污泥为产氢菌种,糖蜜废水为底物,研究了新型外循环颗粒污泥膨胀床(ECGSB)生物制氢反应器的运行及产氢特性.结果表明,ECGSB反应器可在较高的容积负荷(VLR)下实现高效稳定的产氢,稳定运行时,反应器内可观察到自絮凝产氢颗粒污泥的形成,污泥平均浓度高达24.1gVSS/d,系统最大产氢能力为7.43m3/m3·d,发酵气中氢气体积含量为50%～56%.系统形成自絮凝产氢颗粒污泥是ECGSB反应器高效运行和产氢的关键,自絮凝产氢颗粒污泥既增加了活性产氢细菌的生物持有量,又提高了系统抗冲击负荷的能力.连续流运行各项参数表明,ECGSB反应器具有良好的运行稳定性和产氢优势;提出乙醇型发酵快速启动的调控对策,在发酵法生物制氢领域具有广泛的应用前景.     

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。     

热处理对污泥厌氧发酵产氢的影响

通过对污泥进行热处理来提高污泥厌氧发酵产氢的能力.结果表明:热处理是一种有效的污泥融胞方法,热处理对糖和蛋白质的水解效果好,热处理后污泥中可溶蛋白质浓度为原污泥的6.4～8.9倍,可溶糖浓度为原污泥的1.6～7.9倍.75℃热处理10 min效果最好,最大累积产氢量可达20.3 ml,较原污泥提高了19倍;VS最大比产氢率为152.2 ml·(kg·h)-1.并用SGompertz方程对实验数据进行拟合,定量说明在不同的热处理温度和时间下,厌氧发酵的累积产氢量(y)和时间(x)的关系.污泥厌氧发酵产氢前后各指标都发生明显变化,NH4 -N和总挥发性脂肪酸(TVFA)的浓度都增加了,而可溶糖和可溶蛋白质的浓度都降低了.热处理后的污泥在厌氧发酵产氢过程中,主要降解的有机物为蛋白质,发酵后蛋白质可降解20%～41%.     

北京市餐厨垃圾产生状况及厌氧发酵产气潜力分析

随着餐饮行业的发展,越来越多的餐厨垃圾造成的污染成为我们亟待解决的问题.文章通过对北京市城区的餐馆进行实地调查,针对不同规模的餐馆,分别对其餐厨垃圾产生的数量、成分、性质及其收集处理方式、处理费用和最终用途进行了深入的调查分析;并对中国目前的管理政策进行了探讨.文章还通过批式厌氧消化实验对学校食堂的餐厨垃圾进行了产气潜力分析,结果显示在20g/L的容积污染负荷下,经过35 d的中温(35℃)消化,总产气量达到7 380 mL,总甲烷量达到4 023 mL,甲烷含量平均为54.51%,VS去除率为50%,产气率和产甲烷率分别达到369ml/g和201 ml/g,实验表明餐厨垃圾具有很好的产气性能,为进一步研究提供了理论基础.     

基于协同厌氧进行餐厨垃圾处理的实践探究——以上海老港餐厨垃圾处理厂工程为例

上海老港餐厨垃圾处理厂工程建设规模为餐厨垃圾1000t/d,是上海市生活垃圾全程分类的重大保障性设施,主体工艺采用基于"湿式+干式协同厌氧产沼"的组合工艺,设计日产沼气约60000m3,年发电量超过2000kWh,在高效处理餐厨垃圾的同时,实现变废为宝.本文以上海老港餐厨垃圾处理厂工程为例,系统介绍了该厂的工艺设计理念及相关工程设计手段,供类似项目的设计与建设参考.