氨三乙酸促进厌氧消化产甲烷的动力学研究

以乙酸钠为碳源,考察了金属离子螯合剂氨三乙酸(NTA)对厌氧发酵产甲烷过程的影响.结果表明,NTA对厌氧消化具有明显的促进作用,在乙酸钠浓度为6,7,10,12g/L,消化温度为35 ℃的条件下,10μmol/L NTA的添加,分别使甲烷产量提高了30.0%,45.2%,64.3%和95.9%.此时, NTA促进厌氧消化反应的动力学常数V max和半饱和常数Ks分别由84.8mLCH4/(gSS×d)和2.95gNaAc/L提高到147. 1mLCH4/(gSS×d)和7.57g NaAc/L.螯合剂NTA的添加,使微量元素的生物可利用性得到增强,产甲烷菌对乙酸盐的利用率相应提高.     

不同底物条件下金属离子螯合剂对厌氧消化的影响

借助气相色谱分析,研究了金属离子螯合剂在不同有机酸存在时对厌氧消化的影响.结果表明,螯合剂A的添加可以有 效提高不同有机酸的甲烷产量和产甲烷速率,促进有机酸向甲烷的转化. 当螯合剂A的添加量为10μmoI/L时,丁酸、丙酸和乙酸的甲烷产量分别增加了19.8%、133.0%和45.2%.产甲烷的延滞期也明显缩短,最高产甲烷速率提高了4倍多.丁酸厌氧氧消化的4～8d间,丁酸降解率达56%,同时,气相色谱未检测到乙酸的累积,说明丁酸转化为乙酸后,乙酸很快被产甲烷菌利用.螯合剂A对有机酸产甲烷的促进作用可从酶学上得到支持,以乙酸为例,添加10μmoI/L螯合剂A时,污泥(vss)中辅酶F₄₂₀含量由空白实验的1.20μmoI/g提高到1.52μmoI/g.     

Mg2+、Ca2+对厌氧消化系统中CO2的捕获和营养盐的回收

为探究矿物碳酸化与污泥厌氧消化耦合过程中实现CO₂捕获和N/P营养盐协同回收的可行性,在污泥水解液为底物的厌氧消化系统中,研究不同比例Mg²⁺/Ca²⁺离子添加对厌氧消化系统中CO₂捕获和营养盐的协同回收效果的影响.结果表明,添加Mg²⁺/Ca²⁺离子为（20mmol/L）/（0mmol/L）、（10mmol/L）/（10mmol/L）和（0mmol/L）/（20mmol/L）均可促进有机质降解,使沼气产量分别提升16.97%、21.56%和23.99%,并使CO₂含量由27.27%分别下降至24.81%,22.06%和21.98%.不同比例Mg²⁺/Ca²⁺离子添加可使磷酸根浓度下降63.46%~66.47%,但仅Mg²⁺/Ca²⁺离子以（20mmol/L）/（0mmol/L）和（10mmol/L）/（10mmol/L）添加的实验组中氨氮浓度得到下降.XRD分析揭示,Mg²⁺/Ca²⁺离子以（20mmol/L）/（0mmol/L）、（10mmol/L）/（10mmol/L）和（0mmol/L）/（20mmol/L）添加时分别使厌氧消化系统中形成鸟粪石和碳酸镁、鸟粪石和方解石、方解石和三斜磷钙石.Mg²⁺、Ca²⁺离子等摩尔量联合添加可实现最优的CO₂捕获和营养盐协同回收效果.     

Ce~(3+)对厌氧颗粒污泥产VFA的影响

采用批式实验,以葡萄糖和乙酸钠为基质,研究投加不同浓度稀土Ce3+对稳定驯化和长期贮存的厌氧颗粒污泥消化产VFA的影响.结果表明,Ce3+浓度＜1 mg/L时可降低消化过程中的VFA浓度,促进丁酸向乙酸的转化以及乙酸转化为甲烷;Ce3+浓度为1～10 mg/L时则抑制细菌活性,不利于乙酸和丁酸的降解.稀土Ce的投加对以葡萄糖为基质的厌氧颗粒污泥消化产VFA中各组分的质量分数影响较小,厌氧消化前期和中期VFA产物主要为丁酸和乙酸,两者含量之和约为96%,丙酸含量＜3%.以乙酸钠为唯一基质厌氧消化时,0.05 mg/L Ce3+的投加对乙酸钠降解具有一定促进作用,可提高反应速率和去除率.污泥经过长期贮存活性降低,但含稀土Ce的厌氧颗粒污泥活性高于不含稀土的污泥,利用含稀土Ce的污泥有利于反应器再启动.     

垃圾渗滤液与厨余垃圾混合厌氧消化研究

对垃圾渗滤液与厨余垃圾进行混合厌氧消化研究,采用中温批式厌氧消化工艺,考察3g/L和30g/L有机负荷(以VS计)条件下厌氧消化过程中pH值、产气量、VFA以及甲烷含量的变化,旨在探索有机负荷对厌氧消化产甲烷效果的影响.结果表明,在30g/L负荷下比3g/L负荷反应过程更为稳定,且累计生物气产量有大幅提高.2种负荷下系统均能进入产甲烷阶段,最高甲烷体积分数分别达到77.14%和74.47%,VFA质量浓度在反应结束时分别为300mg/L和336 mg/L.     

厌氧氨氧化混培菌的获得及其运行条件

采用了好氧活性污泥和厌氧颗粒污泥混合接种的方法 ,成功地启动了实验室规模的厌氧氨氧化反应器 ,启动后含氨模拟废水运行的进水氨浓度和进水亚硝基氮浓度均为 2 0 mmol/ L ,氨氮、亚硝基氮和总氮的容积负荷率为10 .69mmol/ L·d,12 .2 6mmol/ L· d和 3 94.5 5 mg/ L·d,氨氮、亚硝基氮和总氮的去除率保持在 90 %、99%和 95 %以上 ,对运行条件研究表明 ,厌氧氨氧化反应的最适 p H为 7～ 7.5 ,最适温度约在 3 0± 1℃。厌氧氨氧化随亚硝酸盐浓度的升高而下降 ,氨的厌氧转化随 COD浓度的增加也呈抑制型曲线 ,当 COD浓度为 80 0± 5 0 mg/ L 时 ,厌氧氨氧化速率达到最大     

Ce3+对厌氧颗粒污泥产VFA的影响

采用批式实验,以葡萄糖和乙酸钠为基质,研究投加不同浓度稀土Ce³⁺对稳定驯化和长期贮存的厌氧颗粒污泥消化产VFA的影响.结果表明,Ce³⁺浓度<1 mg/L时可降低消化过程中的VFA浓度,促进丁酸向乙酸的转化以及乙酸转化为甲烷;Ce³⁺浓度为1～10 mg/L时则抑制细菌活性,不利于乙酸和丁酸的降解.稀土Ce的投加对以葡萄糖为基质的厌氧颗粒污泥消化产VFA中各组分的质量分数影响较小,厌氧消化前期和中期VFA产物主要为丁酸和乙酸,两者含量之和约为96%,丙酸含量<3%.以乙酸钠为唯一基质厌氧消化时,0.05 mg/L Ce³⁺的投加对乙酸钠降解具有一定促进作用,可提高反应速率和去除率.污泥经过长期贮存活性降低,但含稀土Ce的厌氧颗粒污泥活性高于不含稀土的污泥,利用含稀土Ce的污泥有利于反应器再启动.     

添加污泥饼补充氮源的农作物秸秆高固体厌氧消化启动研究

采用高固体厌氧消化工艺处理农作物秸秆,并利用污水处理厂污泥饼进行氮源补充,既可以减轻对秸秆和污泥处置带来的环境污染,更能产生大量的沼气能源和有机肥,缓解农村的能源供给压力和过度使用化肥造成的土壤贫瘠.对2个高固体厌氧消化反应器启动阶段的变化规律进行了研究,结果表明,秸秆经过NaOH化学预处理并投加5％左右的污泥调节C/N后,厌氧消化效果良好.启动期共计930 h,启动阶段完成了厌氧污泥活性的恢复和菌种的驯化.启动期结束时,进料含固率约为12%～16%,产气速率为0.15～0.18 L/h.启动阶段pH的变化和产气情况的变化呈现出较为明显的相关性.1号反应器的TS和VS降解率分别为54%和65%,2号反应器则为67%和75%.启动阶段COD浓度较低,为1 000～6 000 mg/L,氨氮浓度为200～600 mg/L.     

螯合剂-大白菜修复电子垃圾拆解场地土壤中锌与磷酸酶活性的研究

采用盆栽培养试验研究了在螯合剂作用下,大白菜对电子垃圾拆解场地重金属污染土壤中锌(Zn)的修复,以及不同螯合剂对土壤中Zn形态和磷酸酶活性的影响。结果表明:随着螯合剂EDTA、草酸和EDDS浓度的增大,其对土壤中Zn的去除率大小表现为EDDSEDTA草酸;当螯合剂为EDDS且浓度为5mmol/kg时,土壤中Zn的去除率达到最大值66.97%,但由于EDDS浓度升高后会导致植物死亡,因此EDDS的最佳浓度应为3mmol/kg;当螯合剂为EDTA且浓度为3.11mmol/kg时,土壤中磷酸酶活性达到最大,是原始土壤的2.173倍;在草酸、EDTA和EDDS 3种螯合剂作用下,与原始土壤相比土壤中可交换态Zn的含量明显增大,其他形态Zn的含量均有不同程度的降低,而且螯合剂EDDS对土壤中Zn形态的影响较其他螯合剂显著。     

高温厌氧细菌混合培养对纤维素酒精生产的提高作用

以高温厌氧细菌热纤维梭菌(Clostridium thermocellum LQRI)和嗜热厌氧乙醇菌(Thermoanaerobacter ethanolicus X514和Thermoanaerobacter pseudoethanolicus39E)为对象,以纤维素为微生物利用的底物,分析了LQRI纯培养和LQRI+Thermoanaerobacter混合培养对纤维素降解、酒精生产及终产物分布的影响.结果表明,LQRI+Thermoanaerobacter混合培养的酒精生产能力和纤维素降解率明显高于LQRI纯培养.在混合培养体系中,LQRI+X514的酒精生产能力明显高于LQRI+39E.培养基中无外源酵母粉条件下,LQRI纯培养酒精最高浓度约为11.5mmol/L,LQRI+X514和LQRI+39E混合培养最高酒精浓度分别约为71mmol/L和36.5mmol/L,相同的底物纤维素浓度条件LQRI+X514和LQRI+39E混合培养酒精浓度分别约为LQRI纯培养的5～11倍和3～5倍,纤维素降解率分别都约为LQRI纯培养的1.5～5.0倍;培养基中0.6%外源酵母粉存在条件下,LQRI纯培养酒精最高浓度约为12.9mmol/L,LQRI+X514和LQRI+39E混合培养最高酒精浓度分别约为263.5mmol/L和143.5mmol/L,相同的底物纤维素浓度条件LQRI+X514和LQRI+39E混合培养酒精浓度分别约为LQRI纯培养的8～22倍和8～12倍,纤维素降解率均约为LQRI纯培养的1.1倍.在5%Solka Floc为底物和0.6%外源酵母粉的条件下,LQRI+X514混合培养酒精浓度最高可达到263.5mmol/L,相当于1.2%(质量浓度)的酒精,LQRI+39E约为143mmol/L.     

苯酚对厌氧颗粒污泥的毒性研究

通过改变苯酚的浓度,研究厌氧颗粒污泥的产甲烷比活性(SMA)、胞外多聚物(EPS)产生量和组分多糖、蛋白质以及辅酶F420的变化情况,以明确苯酚对厌氧颗粒污泥的毒性作用影响,并采用红外光谱分析了不同浓度苯酚作用对EPS分子结构的影响.结果表明,苯酚浓度<100 mg/L时,对厌氧颗粒污泥的影响很小,污泥的产甲烷活性、辅...     

污泥与秸秆共基质中温两相厌氧消化特性

以污泥和秸秆为共基质,以沼气产量、ρ（VFA）（VFA为挥发性脂肪酸）和COD_Cr去除率等为指标,探究污泥与秸秆配比（以COD_Cr计,质量比分别为1:0、1:1、2:1、3:1）对中温两相厌氧消化工艺运行效能的影响,以及最佳配比时SRT（污泥停留时间）对产甲烷相厌氧消化稳态特性的影响.结果表明:与污泥试验组相比,添加秸秆试验组的厌氧消化效能均较好;污泥与秸秆的最佳配比为2:1,该稳定状态下产酸相COD_Cr的去除率最高,为17.5%,ρ（VFA）为752 mg/L;产甲烷相COD_Cr的去除率为33.5%,ρ（VFA）为250 mg/L,产气量为47.7 mL/d,总体运行效能较高.在最佳污泥与秸秆配比（2:1）并设定产甲烷相反应器的SRT为20 d时,稳定状态下产甲烷相各组分的变化情况:COD_Cr去除率为41.20%,ρ（VFA）为238 mg/L,产气量为51.3 mL/d,沼气产率为8.4 mL/（d·g）.研究显示,当控制污泥与秸秆配比为2:1、SRT为20 d时,中温两相厌氧消化工艺运行效果良好.      

腐殖酸含量对污泥厌氧发酵过程产CH4效率的影响

污泥中含有的HA（腐殖酸）会对厌氧发酵过程产生影响.为探究ρ（HA）对厌氧发酵产CH₄效率的影响规律,开展了ρ（HA）为0、200、300和400 mg/L（依次记为T0、T1、T2、T3处理）的中温厌氧发酵模拟试验,检测和分析了φ（CH₄）、累计CH₄产量与产生动力学特征,以及ρ（HA）与累计CH₄产量之间的相关性.结果表明:各处理发酵过程的pH在6.9~7.9之间变化,并且HA对pH变化具有减缓作用;T1处理的φ（CH₄）峰值为66.7%,高于T0处理的61.5%,但随着ρ（HA）的进一步增加,φ（CH₄）峰值逐渐下降为62.0%（T2处理）和60.0%（T3处理）;采用修正Gompertz方程对累计CH₄产量的拟合结果表明,HA对厌氧发酵的产CH₄潜能呈抑制作用,且随ρ（HA）的增加,该抑制作用更加明显,T0、T1、T2和T3处理的最大累计CH₄产量分别为441.1、432.1、397.1和253.5 mL;相关性分析结果显示,ρ（HA）与累计CH₄产量呈负相关,随着ρ（HA）的增加,累计CH₄产量逐渐降低.研究显示,HA对污泥厌氧发酵产CH₄过程呈抑制作用,ρ（HA）较低时可提高沼气中的φ（CH₄）峰值.      

基于针铁矿强化乙酸产甲烷过程的ADM1模型修正与模拟研究

为探究针铁矿对乙酸产甲烷途径的调控作用,利用ADM1模型（厌氧消化1号模型）对添加针铁矿的产甲烷过程进行模拟研究.首先引入氧化还原介质作为新变量,模拟SAO（syntrophic acetate oxidation,互营乙酸氧化）过程中的种间电子转移,进而建立包含DIET（direct interspecies electron transfer,直接种间电子传递）产甲烷过程的ADM1修正模型,最后利用该模型对各产甲烷途径的贡献进行评价.结果表明:①c（乙酸）分别为12和20 mmol/L时,添加40~2 000 mg/L针铁矿明显提高了乙酸体系的产甲烷速率.②修正的ADM1模型能够有效地模拟针铁矿强化乙酸产甲烷过程.③12、20 mmol/L乙酸体系的敏感性参数km_Xst（最大比乙酸氧化速率）校准值分别从1.02、1.46升至1.76、2.03,km_DIET（最大比电子消耗速率）校准值分别从0.78、1.48升至2.44、3.99,表明添加针铁矿提高了互营体系的种间电子传递速率.修正的ADM1模型对各产甲烷途径贡献的计算结果显示,针铁矿对DIET过程的强化作用与其添加量呈正相关,添加2 000 mg/L针铁矿试验组[c（乙酸）为12 mmol/L]中DIET和SAO产甲烷的贡献率相比对照组分别提升了117.99%和130.73%.研究显示,修正的ADM1模型能够有效地模拟针铁矿对乙酸产甲烷过程的强化作用,并且能用于评价各产甲烷途径的贡献.      

Anaerobic digestion of kitchen wastes in a single-phased anaerobic sequencing batch reactor(ASBR) with gas-phased absorb of CO2

IntroductionThereisanever increasingquantityofkitchenwasteswiththeincreasingpopulationandlivingconditionsinChina .Kitchenwasteshaveahighproportionof 5 0 %— 70 %amongmunicipalsolidwastes.TakingthecityofShanghaiforexample,thegenerationofkitchenwastesamount…     

预处理方法对香蒲厌氧发酵联产H2-CH4效能的影响

通过厌氧发酵动力学分析、还原糖及其他代谢产物变化情况,结合香蒲微观结构解析,系统研究酸(HCl)、碱(NaOH)、酶(纤维素酶R-10)3种预处理对水生植物厌氧发酵联产H₂-CH₄的影响. 结果表明:香蒲分别经酸、碱、酶3种预处理后,厌氧发酵联产累积H₂、CH₄产量及含量均显著提高,c(HCl)、c(NaOH)均为1.0mol/L, w(纤维素酶R-10)(以底物计)为10mg/g时,预处理最佳. 其中1.0mol/L NaOH预处理香蒲效果最佳,φ(H₂)(H₂含量)达30.09%,累积产H₂量(以香蒲干质量计)达11.39mL/g;φ(CH₄)(CH₄含量)最高达67.48%,累积产CH₄量(以香蒲干质量计)达41.87mL/g;还原糖利用率达50.87%,sCOD(溶解性化学需氧量)利用率达66.17%. 纤维素酶预处理后香蒲产CH₄能力显著提高,产CH₄阶段φ(CH₄)最高为71.39%,累积产CH₄量达46.32mL/g,还原糖利用率达72.10%. 扫描电镜微观结构分析表明,碱预处理对香蒲纤维素结构破坏程度最大,可有效增加香蒲与微生物接触面积,有利于厌氧发酵联产H₂-CH₄工艺的快速启动和稳定运行.      

规模化猪场原水氨氮对厌氧微生物活性的影响

通过厌氧毒性测定试验,研究模拟废水及猪场原水氨氮对厌氧微生物活性的影响。结果表明,模拟废水氨氮对厌氧颗粒污泥产甲烷活性的影响具有多重性,当氨氮浓度低于400mg/L时,表现为促进产甲烷作用。当氨氮浓度为800mg/L时,开始表现为抑制产甲烷作用,并且随着氨氮浓度的升高,抑制作用增强。猪场原水在进水浓度下均表现为抑制作用。模拟废水50%抑制浓度为1900.1mg/L,猪场原水50%抑制浓度为1725.9mg/L;在相同的抑制程度下,模拟废水氨氮浓度均高于猪场原水,平均相差594.1mg/L。     

pH6.0酸性条件下产甲烷EGSB反应器的运行研究

采用中性颗粒污泥接种,运行一个3.1L的EGSB反应器共345d,通过逐步降低pH值,获得了耐酸的产甲烷颗粒污泥并实现厌氧反应器在低pH、低碱度条件下的稳定运行.在pH 6.0,进水COD 3000mg/L,COD容积负荷5kg/(m³·d)时,反应器的COD平均去除率为95.0%,出水总碱度(以CaCO₃计)仅为328.5mg/L,每g去除COD的沼气产量为372.2mL,沼气中甲烷含量约为57.6%;在进水COD 4 000mg/L,COD容积负荷7.5kg/(m³·d)时,COD平均去除率为90.9%,出水总碱度仅为404.8mg/L,每g去除COD的沼气产量为446.3mL,甲烷含量约为55.9%.EGSB反应器在pH6.0～6.1的范围内共运行112d,表明在低pH、低碱度下实现稳定的产甲烷过程是可行的.     

AFMBR处理低浓度废水的运行特性

采用厌氧流化床膜生物反应器（AFMBR）处理模拟生活污水,研究其启动运行的特性.结果表明,在室温、进水COD 270mg/L的条件下,AFMBR系统经过驯化富集后,其出水SCOD能稳定维持在30mg/L以下,冬季温度降低时,系统产甲烷菌的活性会受到抑制,出水SCOD在30~40mg/L,但仍可满足一级A排放标准.系统的总甲烷转化量在0.182L/g COD去除左右,温度越高气体甲烷的转化量越大,进水COD约有45%转化为甲烷.AFMBR系统连续运行218d的污泥产量为0.071g VSS/g COD,其值要远远低于典型好氧系统的污泥产量.系统的能耗及产能,若只考虑气态甲烷产能,本研究中当HRT降至10h时产能才能满足能耗需求;若考虑所有的甲烷产能,当HRT降至20h时产能即能满足能耗需求,当HRT降至10h时产能是能耗需求的2倍.因此,AFMBR作为一个低耗高效的废水处理系统,具有良好应用潜力.