污泥厌氧发酵产酸机理及应用研究进展

为了实现污水中污泥减量化和资源化，对其进行厌氧消化是目前国际上应用最广泛的处理方法。酸化阶段的重要产物——挥发性脂肪酸（VFAs）不仅可以作为污水脱氮除磷的碳源，还是合成生物质塑料聚羟基脂肪酸酯（PHAs）的理想底物。简单介绍了污泥厌氧发酵产酸的代谢机理和微生物机理，对近年来污泥厌氧发酵产酸的研究成果进行了梳理，重点论述了底物种类、预处理技术、pH值、发酵温度等因素对污泥厌氧发酵产酸的影响及研究进展，总结并对比了不同底物类型、发酵温度、酸性和碱性条件下都可影响发酵产酸的产量及酸种类分布，而污泥预处理技术则倾向于提高酸的产量，对酸种类分布影响不大。介绍了污泥厌氧发酵产酸在合成PHAs、生物能源和污水的脱氮除磷等方面的应用情况。最后，针对污泥厌氧发酵产酸会因底物有机成分不同，导致酸化效率有所差异，同时控制底物种类、pH值和温度等因素不仅影响产酸量，还会影响产酸类型和产物种类。提出了今后的研究方向主要是深入分析不同底物的酸化效率差异原因、污泥定向发酵产酸，实现总VFAs中各种酸比例调控。     

零价铁投加对污泥厌氧发酵产短链脂肪酸的影响

污水处理厂的污水处理过程会伴随产生大量的污泥,如何解决剩余污泥带来的环境问题、实现污泥的资源化利用成为研究热点。在污泥厌氧发酵系统中添加零价铁,研究投加粒径、投加量、pH和温度等因素对产酸的影响。结果表明,零价铁投加能有效促进污泥发酵产酸,在5.0 g/L纳米级零价铁投加量、pH 7.0、37℃的适应条件下,污泥厌氧发酵产酸量在第4天达到最大值。     

厌氧发酵产氢污泥的驯化技术

以糖蜜废水为发酵底物,以污水处理厂剩余污泥为反应器启动污泥,污泥采用曝气氧化预处理方法,从而达到厌氧发酵产氢目的并提高其发酵产氢能力.试验表明,经曝气氧化预处理后的污泥可作为厌氧发酵生物制氢的接种污泥,且具有较高的产氢能力,在实验条件下,反应器稳定运行时产气量为3 L,发酵产气中氢气浓度为75.77%,液相末端发酵产物主要为乙醇、乙酸.     

碱性条件促进纺织印染污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸

系统研究了酸性（pH值5、pH值6）、中性（pH值7）和碱性（pH值8～10）条件下,纺织印染污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸（VFA）的发酵类型,比较了总酸及主要酸的最高发酵浓度及分布、总酸及乙酸的产率和生产速率,并揭示了碱性条件有利于有机酸发酵的机制。研究结果表明,不同pH值条件下,乙酸型均为主要发酵类型,但较低的pH值利于丁酸累积。总酸及乙酸的浓度随着pH值的升高而增加,且碱性条件能够促进纺织印染污泥发酵产酸,原因为高pH值能促进有机物的降解并提高转化效率,同时较高的pH值抑制了有机酸的降解。pH值为10是厌氧发酵产酸并累积乙酸的最佳pH值。该条件下,乙酸和总酸的质量浓度达最高,为8.21 g/L和14.08 g/L;乙酸和总酸产率也达最高,为34.97%和75.72%;同时乙酸和总酸的生产速率达最高值,为2.41 g/(L·d)和3.48 g/(L·d)。pH值为6比较适合丁酸发酵,丁酸的最高浓度为1.89 g/L。     

PET微塑料对污泥和厨余垃圾共消化的影响

探索了中温条件下不同粒径聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）微塑料（30 μm和250 μm）在0、0.45、1.44、2.88 mg/g总固体（TS）的添加量下,对剩余污泥和厨余垃圾厌氧共消化过程中每日甲烷产量、累计甲烷产量、溶解性化学需氧量、氨氮、挥发性脂肪酸以及微生物群落结构的影响。结果表明,PET微塑料会抑制甲烷产量、增加氨抑制、酸抑制风险。在微塑料投加量为2.88 mg/g TS时,累计甲烷产量分别下降了54.49 %（30 μm） 和 49.58 %（250 μm）。微生物结果表明：添加微塑料后细菌的多样性增加,古菌的多样性降低。在共消化过程,微塑料抑制了产酸菌Prevotella、 Proteiniphilum的丰度,同时也抑制了产甲烷菌Methanosaeta的丰度,减弱乙酸产甲烷的途径。相关性分析表明,微塑料的粒径与Euryarchaetota呈显著正相关（r=0.945、p<0.01）。微塑料粒径越小,对产甲烷菌丰度抑制越明显,与其他细菌相比,产甲烷菌对微塑料更为敏感。     

碱性蛋白酶与烷基糖苷协同促进剩余污泥厌氧发酵产酸

针对剩余污泥厌氧发酵产短链脂肪酸(SCFAs)面临的污泥水解效率低的问题,将碱性蛋白酶(AP)与烷基糖苷(APG)联合用于污泥厌氧发酵产酸中。结果表明,AP与APG在强化污泥厌氧发酵产SCFAs过程中具有协同作用,在9%g AP/g SS和0.20 g APG/g SS的作用下,在厌氧发酵第3 d取得的最大SCFAs产率为214.80 mg COD/gVSS,显著高于两者单独作用时,且以乙酸为主。AP与APG的协同作用提高了污泥增溶与水解效率,改善了污泥发酵液的生物可降解性能,为酸化阶段提供了良好的发酵底物。同时,蛋白酶、α-葡萄糖苷酶、乙酸激酶的活性得到提高。微生物群落结构分析表明,AP与APG的协同作用提高了Firmicutes、Bacteroidetes和Actinobacteriota等水解酸化类微生物的相对丰度,而Proteobacteria和Cloroflexi等消耗SCFAs的微生物的相对丰度显著降低。     

吹脱超声强化垃圾渗滤液碱性厌氧发酵产酸研究

垃圾渗滤液含有丰富的有机物，进行适当处理转化成小分子有机酸后可作为反硝化脱氮工艺的碳源。采用吹脱联合超声的预处理方式脱除垃圾渗滤液中的多余氨氮，并根据氨氮去除效果，将最佳条件下预处理后的渗滤液接种剩余污泥后在碱性环境下厌氧发酵产酸。对厌氧发酵体系中挥发酸产量、相对分子质量、三维荧光及微生物群落进行分析，探究了垃圾渗滤液的发酵产酸效能。结果表明：垃圾渗滤液在初始pH=11、吹脱联合超声预处理1 h后，以初始pH=10的条件联合剩余污泥共发酵时产酸效果最好，体系内挥发酸产量在第5天达到峰值，为（1 183.86±10.26） mg/L（以COD计），且乙酸和丙酸之和占比大于80%，适合用作工业发酵碳源。三维荧光、相对分子质量、微生物群落也佐证了上述处理条件为垃圾渗滤液中大分子有机物向小分子有机酸转化的最佳条件，为垃圾渗滤液的资源化回收提供了理论依据和实验基础。     

剩余污泥厌氧发酵制氢效率的研究进展

剩余污泥中存在大量的微生物,微生物的细胞质富含丰富的有机质(包括糖、蛋白质和脂肪等),但微生物的细胞质被细胞壁包裹,限制了污泥的厌氧发酵。想要改变污泥中有机物的可利用性,必须采用适当的预处理技术,破坏细菌的细胞壁使有机质溶出,以利于后续厌氧发酵产氢。系统介绍了物理﹙微波、超声波和热预处理﹚、化学﹙酸、碱预处理﹚、生物﹙酶预处理﹚等预处理方式及其他因素对污泥厌氧发酵产氢率的影响。     

微塑料对有机废物厌氧消化影响的研究进展

总结了厌氧系统中微塑料的来源、存在种类、形态以及含量；探讨了不同厌氧消化体系中，微塑料对水解、产酸和产甲烷3阶段运行特征的影响异同；在此基础上，从细胞结构、酶活性和微生物群落演替3方面对微塑料影响厌氧消化机制进行综述分析。有研究表明，由于微塑料会在反应过程中不断释放毒性物质，在厌氧代谢的不同阶段常起抑制作用，但一些研究也发现微塑料会通过增溶作用促进厌氧代谢。现有研究主要以污泥厌氧消化为对象，而对其他底物或者共消化厌氧系统中微塑料的研究较少，而微塑料对厌氧代谢过程中微生物互营关系特别是种间电子传递的影响，还有待进一步深入研究。     

污泥厌氧发酵产酸技术研究进展

阐述了污泥厌氧发酵产酸的机理;归纳了污泥厌氧发酵产酸的影响因素：C/N、温度、pH、污泥停留时间、污染物等,并指明控制污泥厌氧发酵体系C/N比为20～30,温度为25～40℃,pH为10,污泥停留时间为5～10 d以及合适的污染物浓度有利于SCFAs积累;综述了共发酵和联合预处理这两种污泥厌氧发酵产酸技术的最新研究进展,两种产酸技术均可显著提高SCFAs产量;最后提出了当前研究存在的不足,并对未来的研究方向做出了展望,旨在为污泥处理与处置、厌氧消化实现资源最大化提供参考。     

外源添加剂强化剩余污泥厌氧发酵产酸的影响研究

挥发性脂肪酸（VFA）是污水生物处理中反硝化脱氮和厌氧释磷过程必需的碳源,还能作为底物生产高附加值的产品,而利用剩余污泥进行厌氧发酵是产VFA的重要途径之一。为了提高污泥产酸效率,利用外源添加剂促进和强化污泥厌氧发酵产酸的研究逐渐引起重视。文章总结了抗生素、表面活性剂、植物化学物质和盐类四类外源添加剂对污泥厌氧发酵产酸过程的影响,分别从外源添加剂对污泥的增溶、水解、产酸和产甲烷四个过程进行了分析,同时阐述了外源添加剂在污泥中的降解、残留状况,最后提出对两种或两种以上的外源添加剂联用促进产酸和寻找能促进污泥产酸的共发酵基质也是今后的研究重点。     

过硫酸钾对剩余污泥厌氧发酵过程的影响

为了提高污泥产酸量,研究了氧化剂过硫酸钾(K_2S_2O_8)对剩余污泥厌氧发酵过程的影响,考察了K_2S_2O_8对厌氧发酵过程中SCOD、短链脂肪酸(SCFAs)、溶解性蛋白质和多糖及污泥比阻和挥发性固体的影响。结果表明:适宜的K_2S_2O_8浓度有利于污泥的水解、产酸类型的优化以及SCFAs产量的提高。当K_2S_2O_8投加量为0.12g/g时,可以获得较高的产酸量,污泥产酸量达209.21 mgSCFAs/gVSS。同时,投加适量的K_2S_2O_8能提高有机质减少率,改善污泥脱水性能。当K_2S_2O_8投加量为0.12 g/g时,有机质减少率可达34.75%,污泥比阻与对照组相比可下降38.5%。     

HTAB对污泥发酵效能及微生物种群结构的影响

探究了典型杀菌剂十六烷基三甲基溴化铵(HTAB)对污泥厌氧发酵产短链脂肪酸的影响,采用16S rRNA和16S rRNA(genes)等测序手段分析比较了发酵系统中微生物的种群结构。结果表明,HTAB暴露有效促进了污泥产酸的效能,第6天达到(2 012±101) mg COD/L,相比空白组提高将近4倍,特别是乙酸。进一步发现,HTAB能加速污泥中蛋白质等有机底物的溶解和水解,促进发酵功能微生物的富集,有利于短链脂肪酸的积累。与传统的16S rRNA相比,16S rRNA(genes)测序分析能更加真实、有效地反映发酵系统中功能微生物的重要作用。     

磷酸预处理对芦苇秸秆与牛粪混合厌氧发酵的影响

为研究酸预处理对芦苇秸秆-牛粪混合厌氧发酵的影响,采用6%磷酸对芦苇秸秆进行预处理,并与牛粪混合进行厌氧发酵制沼气实验,同时对酸预处理组和对照组在厌氧发酵过程中产气量、p H、COD以及发酵前后混合原料木质纤维素变化情况进行分析。结果表明,酸预处理提高混合原料发酵的产气量,其总产气量为97.24 m L/g,比对照组的产气量13.69 m L/g高出610.3%;酸预处理组p H更接近中性,表明该系统具有更好的抵御酸化能力和稳定性;酸预处理提高了发酵体系COD的含量,促进发酵原料的降解。研究表明,芦苇秸秆可以作为发酵原料进行再利用,且磷酸预处理可以提高发酵系统缓冲能力和原料利用效率。     

沼液短程硝化出水预处理强化剩余污泥发酵的研究

厌氧消化是剩余污泥减量化的一种重要方法，游离亚硝酸（FNA）预处理剩余污泥可改善其水解效果、增加产酸量和提高污泥减量化程度。采用污泥消化液（沼液）短程硝化出水作为FNA来源，考察沼液短程硝化出水预处理强化污泥解体和对剩余污泥发酵性能的影响。结果表明，沼液经过短程硝化处理后，亚硝态氮质量浓度可达1 224 mg/L，分别采用200、300、400、500、600 mg/L亚硝态氮（对应FNA质量浓度分别为4.88、7.35、9.62、11.9、14.35mg/L，以N计）处理剩余污泥，剩余污泥的SCOD、VS、厌氧发酵过程中产气量以及发酵气体中甲烷的含量均随着FNA浓度的增加呈先增加后减少趋势。FNA预处理可使剩余污泥发酵系统SCOD最高增加2.1倍，污泥中VS产量可提高11%，厌氧发酵产气量提高2.1～7.2倍，发酵气体甲烷含量也有显著提高，对于污水处理厂沼液资源化利用和剩余污泥的减量化处理具有指导意义。     

微塑料对污泥厌氧消化的影响和机理

污泥厌氧消化对实现污水处理厂“碳减排”具有重要意义,然其产甲烷效率和工艺稳定性易受多种因素干扰。微塑料作为新兴污染物经污水处理后,约有99%富集在污泥中,对污泥厌氧消化过程产生影响。因此,本文重点总结了污水中微塑料的来源、性质及其在污水处理工艺中的归宿,详细阐述了聚苯乙烯（PS）、聚酰胺6（PA6）、聚氯乙烯（PVC）等常见微塑料对污泥增溶、水解、酸化和产甲烷阶段的影响,并从细胞结构、微生物群落、酶活性等角度进一步归纳了微塑料影响厌氧消化的机理。最后,在概括当前研究成果的基础上,提出应从系统工程研究（预处理技术、运行条件、反应器类型等）、微塑料及其浸出物的抑制机制（微塑料与胞外聚合物、细胞膜的作用、标志性辅酶和辅因子、特征微生物方面）、微塑料与污泥其他组分间的协同/抑制机理等方面开展深入研究,为污泥资源化利用提供理论基础和技术支持。     

水热预处理对餐厨垃圾厌氧发酵产戊酸的影响

目前，厌氧发酵产戊酸受限于其产率低，且利用餐厨垃圾产戊酸的研究少有报道。水热预处理因其可以促进底物的溶出和水解，并且无需使用化学试剂及具有操作简单等优点而受到广泛的关注。本文研究了不同水热预处理温度下，分别接种酒曲和剩余污泥对餐厨垃圾厌氧发酵产戊酸的影响。结果表明：最佳水热预处理条件（180℃）下，戊酸产量分别可达16.19g COD/L （酒曲组）和18.55g COD/L （剩余污泥组），相比空白组提高了3.66倍和0.74倍，显著提高发酵产戊酸效率。通过代谢分析发现：水热预处理可提高丙酸的产量，为发酵产戊酸提供充足的底物；此外，水热预处理有效调控厌氧发酵底物醇酸比，削弱戊酸产庚酸的转换途径，实现了戊酸的积累。微生物群落分析发现：水热预处理可提高产戊酸功能菌巨球菌属（Megasphaera）和小类杆菌属（Dialister）的相对丰度，酒曲空白组无产戊酸功能菌的富集，水热预处理（180℃）后，Megasphaera和Dialister的相对丰度可达13.77%和2.26%；剩余污泥空白组Megasphaera的相对丰度为6.21%，水热预处理（180℃）后，Megasphaera的...     

玉米秸秆高浓度厌氧发酵的启动过程特性

高浓度厌氧发酵具有单位体积产气率高、原料处理量大、需水量小、能耗低等优点,同时存在启动难和易酸化的问题。以玉米秸秆为原料,研究秸秆高浓度发酵过程接种物、分批进料结合渗滤液回流对启动的影响。结果表明,分批进料结合渗滤液回流工艺可有效实现高浓度厌氧发酵系统的稳定启动,反应器启动运行22 d,以污泥为接种物的秸秆累积产沼气量为43.54 ml·(g TS)?1,以湿法发酵的沼液为接种物的秸秆累积产沼气量为115.15ml·(g TS)?1。与以厌氧污泥为接种物的发酵系统相比,以湿式发酵沼液为接种物的高浓度厌氧发酵系统秸秆微观结构变化更明显,主要表现为半纤维的溶解;荧光原位杂交技术(FISH)结果也表明两种接种物系统的甲烷菌形态存在明显差异。     

我国应用生物技术资源化利用城市剩余污泥的研究进展

对我国近年来应用生物技术对城市剩余污泥进行厌氧发酵产沼气、厌氧发酵产氢气、厌氧发酵产生化产品以及污泥堆肥农用等四个领域的研究现状和进展进行了综述。分析发现,厌氧发酵产沼气和堆肥技术比较成熟,得到了比较广泛的应用,而污泥产氢气还处于试验室和中试研究阶段,污泥产生化产品和微生物燃料电池则刚处于起步阶段,具有很大的发展前景。     

污水处理厂剩余污泥热处理发酵产氢的影响因素

研究了影响污水处理厂剩余污泥热处理厌氧发酵产氢的4个因素：热处理时间、污泥浓度、起始pH和反应瓶顶隙率. 结果表明,热处理时间会影响污泥热处理的效果,导致发酵产氢的底物?污泥不同,从而影响热处理污泥的发酵产氢,121℃下热处理5 min为最佳处理时间. 中性起始pH值(6.5~8.0)下,热处理污泥的氢产率相对稳定,低于6.5不利于发酵产氢. 当反应瓶的顶隙率为51.61%时,热处理污泥的氢产率最大. 7.81 g/L为最佳污泥浓度,该浓度下污泥的氢产率最大,高于或低于该浓度时,污泥的发酵氢产率均下降. 在最佳条件下,热处理污泥的氢产率达19.57 mL/g VSS.