pH值调控柠檬酸污泥厌氧发酵产酸及碳源潜力研究

以柠檬酸废水厌氧颗粒污泥为接种物,在不同pH值调控条件下开展柠檬酸生产废水剩余活性污泥厌氧发酵产酸研究。通过对发酵液挥发性脂肪酸(VFAs)、有机质、氮磷和污泥脱水性能的分析,探讨了柠檬酸污泥厌氧产酸机制。结果表明,pH³10的碱性条件更有利于有机质的溶出从而促进VFAs的产生。三维荧光光谱分析发现在恒定pH值下腐殖酸(HA)和富里酸(FA)会大量溶出降低VFAs的产量。初始pH=10是柠檬酸污泥厌氧产酸的最佳pH值,发酵4d的VFAs浓度最高达(6681.47±126.82)mg COD/L,是文献报道中市政污泥产酸量的近2倍,其中乙酸占比49.8%,发酵后产酸功能菌Chloroflexi、Bacteroidota的相对丰度分别由初始的9.52%、10.87%增至16.84%、14.39%,污泥归一化毛细吸水时间(n_CST)为(11.34±0.27)s×L/g,脱水性能良好,发酵液TP浓度为(20.45±0.33)mg/L。研究表明,利用柠檬酸剩余活性污泥碱性厌氧发酵产酸作为污水处理过程中的外加碳源具有较大潜力。     

pH值对化学-生物混合污泥厌氧发酵释磷的影响

以污水处理厂化学除磷工艺产生的常见化学磷(AlPO4和FePO4)沉淀为研究对象,考察了两种化学磷分别与剩余活性污泥(即生物污泥)混合厌氧发酵过程中化学磷和生物磷的释放情况.结果表明:在纯水中,AlPO4在强酸强碱条件下均能释出部分磷,FePO4只在强碱条件下才能溶解释磷.在(35±1)℃,不同pH值下将含AlPO4的混合污泥厌氧发酵时,强酸性厌氧发酵能释出较多的化学磷,但微生物活性被抑制,不利于发酵产酸;碱性发酵(pH=10~11)能释出28%~55%的化学磷,43%~49%的生物磷,总释磷量比中性条件下高17.5%~62.7%,同时利于发酵产酸,维持pH 10和11时产酸量分别比中性条件高233%和117%;对于含FePO4的混合污泥厌氧发酵,中性条件下即能释放FePO4中40%的磷和生物污泥中50%的磷,释磷量高于pH=11的碱性厌氧发酵释磷量.     

pH值对化学－生物混合污泥厌氧发酵释磷的影响

以污水处理厂化学除磷工艺产生的常见化学磷(AlPO4和FePO4)沉淀为研究对象,考察了两种化学磷分别与剩余活性污泥(即生物污泥)混合厌氧发酵过程中化学磷和生物磷的释放情况.结果表明:在纯水中,AlPO4在强酸强碱条件下均能释出部分磷,FePO4只在强碱条件下才能溶解释磷.在(35±1)℃,不同pH值下将含AlPO4的混合污泥厌氧发酵时,强酸性厌氧发酵能释出较多的化学磷,但微生物活性被抑制,不利于发酵产酸;碱性发酵(pH=10~11)能释出28%~55%的化学磷,43%~49%的生物磷,总释磷量比中性条件下高17.5%~62.7%,同时利于发酵产酸,维持pH 10和11时产酸量分别比中性条件高233%和117%;对于含FePO4的混合污泥厌氧发酵,中性条件下即能释放FePO4中40%的磷和生物污泥中50%的磷,释磷量高于pH=11的碱性厌氧发酵释磷量.     

不同初始pH值下磷钼酸对剩余污泥厌氧发酵产酸的影响

磷钼酸作为一种绿色的强氧化剂,可以促进剩余污泥(WAS)厌氧发酵产酸过程中的水解阶段并能有效抑制产甲烷菌群,但其与pH值调节共同作用对挥发性脂肪酸(VFAs)的产生情况仍然未知.本研究提出调控初始pH值(7,8,9,10)以优化磷钼酸预处理下的WAS厌氧发酵产酸的方法,结果表明,提高初始pH值有利于污泥有机质的溶出,可与磷钼酸共同促进VFAs的产生.特别在初始p H=10时,最大VFAs的产量(1588.7mg COD/L)是未调控初始pH值(778.1mgCOD/L)时的2.0倍,乙酸含量占比更是达到了48.7%.综上,磷钼酸与碱性条件对污泥厌氧发酵过程起联合协同促进作用,对提高VFAs产量具有一定的可行性.     

不同剩余污泥发酵液对NO_x~-还原的影响

在(35±1)℃,且pH值分别为酸性(pH=4.0,5.0,6.0)和碱性(pH=8.0,9.0,10.0)条件下进行剩余污泥厌氧发酵,批次试验研究了相同体积的不同污泥发酵液对NO_x~-还原过程的影响.结果表明:当pH=8.0产生的发酵液做碳源时反应速率最高,NO_3~-和NO_2~-的比还原速率分别为16.28mg/(g VSS·h)和17.51mg/(g VSS·h).酸性条件产生的发酵液做碳源时NO_2~-还原过程较NO_3~-还原过程快;而碱性条件产生的发酵液做碳源时NO_3~-还原速率高,且产生了反硝化过程中亚硝酸盐积累现象,其中pH=10.0产生的发酵液做碳源时反硝化过程亚硝积累率高达82.5%.     

猪场沼液的卷式反渗透膜浓缩试验研究

沼液的养分浓缩和体积的减量化是其高效利用的前提。研究了不同条件下反渗透膜对预处理后沼液的浓缩效果,比较了不同反渗透膜操作压力、沼液初始pH值、沼液温度以及不同体积浓缩倍数对沼液浓缩的影响及规律。在此基础上,通过正交试验综合考虑体积浓缩速率、主要养分浓度和养分截留率,得出最适宜的反渗透膜浓缩条件为:操作压力为3500 k Pa、沼液温度为35℃,初始pH值为5. 0。     

高温条件下初始pH值对污泥-餐厨垃圾联合厌氧发酵产氢余物产CH4的影响

污泥-餐厨垃圾厌氧消化产氢产CH₄可将城市有机废弃物转化为可再生能源H₂、CH₄,对实现碳减排发挥着重要作用。通过批式试验探究高温条件下(55±1℃),不同初始pH值对污泥和餐厨垃圾联合厌氧发酵产氢余物产CH₄的影响。研究结果表明:适度地增加产氢余物的碱度会提高产CH₄效能,而过低的初始pH则抑制了产氢余物产CH₄效能。初始pH=8时,CH₄最高浓度(79.08%)、累积产甲烷量(101 mL/g DS)和最大CH₄生产速率(12.21 mL/d)均达到最大。不同初始pH下,总糖和总蛋白质的降解量跟累积产甲烷量呈正相关,其中总蛋白的降解量及降解率均高于总糖。初始pH=8时,总糖和总蛋白质的降解量及降解率最高,分别为6078 mg/L、55.70%和4710 mg/L、69.67%。不同初始pH值下,产氢余物厌氧消化后的pH都趋于7.5左右。     

猪粪及奶牛粪中温厌氧发酵对Cu和Zn的影响

以猪粪和奶牛粪为发酵原料,在中温〔(37±2)℃〕条件下采用完全混合式厌氧反应器进行了158 d的室内试验研究,分析厌氧发酵过程中Cu和Zn在沼液中质量浓度的变化及其在沼渣中的赋存形态. 结果表明:①猪粪沼液中ρ(TCu)和ρ(TZn)(TCu和TZn分别为总Cu和总Zn)随发酵时间的增加逐渐升高,而奶牛粪沼液中二者变幅不明显. ②整个发酵过程中,猪粪沼液中ρ(TCu)和ρ(TZn)的平均值极显著低于进料(P<0.001),降幅分别为80%和43%;而奶牛粪沼液中二者降幅分别仅为11%和13%. ③猪粪和奶牛粪沼液中ρ(溶解性Cu)占ρ(TCu)的53%和43%,与进料相比有小幅降低;而猪粪和奶牛粪沼液中ρ(溶解性Zn)占ρ(TZn)的35%和19%,极显著高于进料(P≤0.01),增幅分别为109%和37%. ④猪粪和奶牛粪沼渣中Cu主要以可氧化态存在,Zn主要以残渣态和酸溶态/可交换态存在. 中温厌氧发酵对猪粪和奶牛粪中溶解性Cu和Zn的削减效果有限,并且沼渣中残渣态Cu和Zn的减少可能增加二者的生物有效性,因此不利于农田的直接利用.      

Fe~(2+)对厌氧发酵生物制氢的影响

文章研究了厌氧发酵条件下Fe2+对生物制氢能力的影响。实验中针对改变Fe2+浓度对厌氧发酵产氢能力,pH值,葡萄糖降解效率,液相末端发酵产物VFA的影响进行研究。温度(35±1)℃,以葡萄糖为底物进行厌氧生物制氢实验。结果表明Fe2+800mg/L时,比产氢率最高,积累产氢量最大。     

厌氧发酵处理红霉素菌渣的效能及红霉素降解规律研究

红霉素菌渣是宝贵的资源,但却含有少量的红霉素残留,潜在引发环境细菌耐药的风险,被国家定义为危险废物。文章采用厌氧发酵技术处理红霉素菌渣,拟借助微生物作用降低抗生素残留并制取生物燃气,文中考察了红霉素残留随厌氧发酵过程的降解规律。研究发现:中温(35℃)发酵、接种比为0.4、含固率为8%时,单位池容产气率最高,红霉素菌渣的厌氧发酵处理是可行的。此外,在发酵的10 d后,红霉素降解率达到94%以上,日相对降解率与发酵液pH相关,pH越小降解速率越大,pH越接近中性,降解越缓慢。同时得到其降解过程与厌氧发酵产气量无明显相关性。该文为红霉素菌渣安全资源化提供了基础数据。     

沼液回流时间对厨余垃圾高含固厌氧发酵的影响

研究了高温(55±2)℃下沼液回流时间(1,6,12,24 h/d)对厨余垃圾高含固(15%TS)厌氧发酵产氢的影响,并探讨了不同沼液回流时间下微生物群落的演替规律。结果表明:增加沼液回流时间可提高产氢量,缓解VFAs积累的抑制效应,回流时间为24 h/d时氢气累积产量最大,为111.44 L,VFAs浓度为28.34 g/L,比回流时间1 h/d时降低了15.40%。厨余垃圾厌氧发酵过程中延长回流时间可恢复酸化体系的pH,且未形成氨积累。回流时间较短(12 h/d)的S实验组中,随着发酵的进行,微生物群落结构多样性降低,在门水平上Firmicutes逐渐演替为优势菌(49.2%~89.5%),回流时间较长(24 h/d)的T实验组一直保持较高的微生物多样性,发酵结束时,Firmicutes、Chloroflexi、Proteobacteria、Euryarchaeota相对丰度分别为27.8%、33.6%、13.0%和12.3%;属水平上T实验组(24 h/d)的产氢菌相对丰度高于S实验组(12 h/d),发酵结束时产氢菌Clostridium和Thermoanaerobacterium的相对丰度分别为10.5%和3.2%。延长沼液回流时间可促进VFAs与葡萄糖代谢产氢。冗余分析表明,沼液回流时间和产气量主要与Firmicutes和Chloroflexi中菌属变化较明显相关。     

厨余和餐厨垃圾混合干式厌氧发酵及活性炭缓解酸抑制研究

分别在中温和高温条件下对厨余垃圾与餐厨垃圾混合干式厌氧发酵产甲烷特性进行研究,结果表明:55℃高温发酵累积产气量均高于35℃中温组;高温组厨余垃圾与餐厨垃圾配比为1:5时发酵累积产气量最大,最大累积产气量达到2492.5 mL,是中温组协同产甲烷的1.4倍。同时,为提高产气率,考察了不同种类活性炭对厌氧发酵的影响,采用甘蔗皮、秸秆、花生藤蔓以及发酵沼渣为原料自制了4种生物质活性炭。实验结果表明,4种活性炭均呈蜂窝煤状的炭孔,其中甘蔗皮活性炭表面炭孔相对规则、完整,微生物可附着面积大,更有利于加快产气进程。添加甘蔗皮活性炭时累积产气3410 mL,相比空白对照组增长20.1%。     

蓝藻厌氧消化产沼气技术研究

为了实现太湖蓝藻的资源化和无害化处置,本文在中温（35℃）条件下对蓝藻与猪粪厌氧发酵产沼气进行了研究。在蓝藻与猪粪发酵最佳接种比例1：2、最佳初始pH7．9、最适发酵液浓度2．9％条件下,通过对所产甲烷的分析,得到回归方程B：4885（1-e-0.034565t）,模型的决定系数R2为0．9819,均方差（RMSE）为123,达到收敛判断标准。蓝藻的生物降解率（BD值）为54．4％。pH的变化范围在6．6～7．9之间,能够较好地反应蓝藻与猪粪混合发酵的水解阶段、产酸阶段和产甲烷阶段。发酵结束后,TS去除率达到22．2％,VS去除率达到25．2％。对发酵过程中COD和氨氮变化的研究表明：反应结束后,COD的去除率达87．44％;高浓度的氨氮对厌氧细菌的生长有一定抑制作用,但是并不影响沼气的组份。各反应器所产生的沼气中甲烷和二氧化碳的含量均能保持在50％和35％左右,最高甲烷含量达到70％。     

有机负荷对秸秆床反应器厌氧生物产沼气的影响

在实验室条件下,以打捆麦秸为固定相,以猪场废水为流动相,采用半连续进料方式,考察了不同猪场废水容积负荷对秸秆床反应器产沼气的影响.结果表明:发酵前25d,较高的猪场废水有机负荷对反应器产气有一定抑制,之后日产气量和容积产气量迅速增加,并明显高于低猪场废水有机负荷的处理,当猪场废水容积负荷为7.2kgCOD/(m3×d)时,厌氧反应器最大容积产气量达2.29m3/(m3×d),产气稳定后维持在1.52~1.76m3/(m3×d),较猪场废水容积负荷为2.4,1.44kgCOD/(m3×d)的处理分别提高了50%和130%以上,对产气中甲烷含量无明显影响;较高的猪场废水容积负荷不利于麦秸厌氧发酵产沼气,发酵后麦秸干物质损失率、纤维素和半纤维素分解率均与猪场废水容积负荷成反比,红外的结果与之一致.对发酵后麦秸水浸提液的DGGE检测表明,维持反应器高有机负荷、低发酵液HRT,促进了厌氧微生物在麦秸表面定植,微生物种群数量和丰富度均明显高于低有机负荷、高发酵液HRT的处理,反应器耐高有机负荷冲击的能力增强.采用秸秆床反应器处理农村常见的秸秆和畜禽养殖污水产沼气是可行的,且较高的废水有机负荷有利于提高反应器容积产气率.     

秸秆与游离发酵液接触比例对产沼气特性的影响

在中温(37±1)℃条件下,以破碎麦秸为原料,采用批次进料和消化液每天回流方式(发酵固含率为10%),通过在反应器底部设置不同高度的多孔滤板使秸秆与游离发酵液接触比例分别为100%(T1)、50%(T2)和0%(T3),研究秸秆与游离发酵液接触比例对产沼气特性的影响.结果表明:从产气特征和发酵前后VS变化来看,各处理均无明显差异,表明减少秸秆与游离发酵液的接触比例,对秸秆产沼气效果无影响,即通过渗滤液每天回流方式,未浸没于游离发酵液中的秸秆可以达到与浸没秸秆相同的传质效果,此结果为秸秆厌氧发酵工程中提高秸秆有效发酵浓度提供了理论依据.此外,试验还发现,T3处理中消化液与秸秆接触比例随发酵进程呈逐渐降低趋势,并于发酵第6d基本稳定,表明发酵系统中实际的游离发酵液量逐渐减少,分析认为秸秆物料对消化液有吸收和截持作用,发酵第6d后已达秸秆物料吸持水饱和状态(秸秆物料含固率为16.42%).     

生物质秸秆静态与动态厌氧消化产甲烷潜能对比研究

中温(32~35℃)环境下,通过对固含率为15%三种不同粒径的发酵物料(0.5 cm以下、1~2 cm、3~5 cm)的厌氧消化过程分析,并且对固含率20%、25%、30%与带消化液回流的厌氧发酵实验研究,结果表明:三种不同粒径发酵物料产气量最大的是<0.5 cm,其次依次为1~2 cm,3~5 cm,考虑到粒径小容易酸化的原因,选择秸秆厌氧消化的粒径范围0.5~2.0 cm;小麦秸秆无回流间歇发酵的产气率可达到每立方米发酵物料2~3 m3/d,带消化液回流的厌氧发酵产气率达到2.2 m3/(m3.d);初始固含率8%的发酵物料经过消化液回流、排剩,最终发酵物的固含率为16.4%;小麦秸秆无回流间歇发酵产甲烷潜能最大达249.0 m3/t,对应的固含率为25%,带消化液回流的厌氧发酵产甲烷潜能达223.06 m3/t。     

碱处理玉米秸秆与超声预处理污泥混合厌氧消化效果研究

以碱处理玉米秸秆和超声预处理污泥为发酵原料,在恒温35±1℃及底物浓度为15 gVS/L的条件下,采用正常运行的大型沼气池沼液作为接种物,研究不同配比(VS污泥:VS秸秆分别为1:0、2:1、1:1、1:2、1:4)对混合厌氧消化效果的影响.研究表明,VS污泥:VS秸秆的比例为1:2时累积产气量最高,VS产气率达到了472.33 mL·g-1,甲烷产量在发酵稳定后达到了60.52%.进一步研究得出,将超声预处理污泥与碱处理玉米秸秆按一定比例混合发酵可以将产气高峰提前.     

餐厨垃圾中温与中高温过渡区厌氧产沼效率研究

以餐厨垃圾为研究对象,采用连续动态发酵试验,探究中温和中高温过渡区下餐厨垃圾连续厌氧发酵产沼及其微生物分布情况。结果表明:餐厨垃圾连续发酵试验中,在同等有机负荷下,中高温过渡区温度(44℃)下餐厨垃圾产沼量、甲烷浓度及发酵液关键参数等均明显优于中温(38℃)发酵温度下的发酵系统,其产沼率更高、发酵参数更为稳定。高通量微生物测序发现,44℃和38℃发酵体系中,细菌的群落结构及丰富度差异显著,而古细菌的群落结构及丰富度则差异不显著,表明餐厨垃圾在44℃发酵温度下的发酵性能优于38℃的主要原因在于其更加丰富的发酵型细菌的存在促进了发酵过程水解、产酸阶段的进一步进行,从而利于甲烷微生物的消化利用。     

接种比例对酒糟与餐厨垃圾混合厌氧发酵产沼气的影响

采用酒糟与餐厨垃圾作为混合发酵物料,并接种消化污泥进行厌氧干式发酵,比较接种比例(inoculum to substrate ratios,ISRs)(VS质量比)分别为0.5、0.8、1.0、2.0时的甲烷产率和产量、体系VFA、碱度、游离氨等指标。结果表明:接种比例的提高可有效提高甲烷产生速率,缩短发酵周期,减弱较高浓度VFA引起的抑制作用。当ISRs=1.0时产甲烷效果较好,累计产甲烷率为222.58mL/g,VS去除率达83.4%,继续增加接种比例对发酵效果影响不显著。此外,试验中适宜的VFA/碱度值为0.3～1.2,过大或过小都有可能抑制产甲烷过程。     

水葫芦制备生物气高效工艺中试研究

在5m3发酵规模探索水葫芦中温厌氧制备生物气的高效工艺发酵,试验表明工艺的发酵起动配方为污泥水∶水葫芦∶猪粪便=4∶3∶0.5,C/N 30,TS 8%,酵补料为100%水葫芦,发酵温度35～45℃,间歇搅拌,pH控制7.7±0.1,其中技术要点包括水葫芦应尽量粉碎均匀,接种醋酸杆菌加快酸化速度,添加尿素补充氮素养分等。