乙醇预发酵对餐厨垃圾与酒糟水解酸化和甲烷发酵的影响

为了解决餐厨垃圾与酒糟干式甲烷发酵过程易酸化问题,考察了两种乙醇预发酵方式-餐厨垃圾单独预发酵和餐厨垃圾与酒糟混合预发酵对底物水解酸化和甲烷发酵的影响,并与不进行乙醇预发酵的对照组比较.结果显示,对照组、餐厨垃圾单独预发酵组(简称“FW预发酵组”)、餐厨垃圾与酒糟混合预发酵组(简称“FW+DG预发酵组”)的甲烷总产率分别为22.8, 222.4, 231.3mL/gVS.乙醇预发酵可以促进发酵底物的水解,预发酵结束后,FW预发酵组发酵底物中的乙醇、总挥发性脂肪酸(TVFA)、乙酸浓度与对照组相比分别提高了4.5、1.4、4.9倍,FW+DG预发酵组则分别提高了7.8、1.6、5.9倍.另外,在甲烷发酵过程中,预发酵组的乙醇浓度显著高于对照组,而乙酸、丙酸和TVFA浓度明显低于对照组,表明乙醇预发酵使有机物更多的转化为乙醇,减少了有机酸的生成,有效缓解甲烷发酵过程中的酸积累、产甲烷受抑制等问题.     

糟液循环对开放式餐厨垃圾乙醇发酵的影响及工艺改进

在前人研究的基础上对餐厨垃圾乙醇发酵糟液进行多次循环使用,以减少废液的排放量.重点考察了糟液循环对餐厨垃圾产乙醇的影响.结果表明:当未经处理的乙醇糟液在全回流条件下,对乙醇发酵产生明显抑制,全循环4次后乙醇产量由28.4g/L 降至2.56g/L.随着循环利用次数的增加,乳酸、SS、DS和盐分均产生积累,分别达5.45、64.7、99.5和12.3g/L.为提高糟液循环次数,本研究采用2/3的糟液回流和絮凝处理后全回流的方式,其糟液循环利用7次后,前者乙醇产生量维持在25.5~35.5g/L,而后者的乙醇产量在12.2~32.4g/L.糟液2/3回流循环效果要优于絮凝处理后全回流的方式,今后需考虑两者相结合进行糟液循环的方式.     

造纸污泥和餐厨垃圾混合发酵联产氢气和甲烷试验

采用联产氢气和甲烷复合工艺,对造纸污泥和餐厨垃圾进行中温-高温混合厌氧消化,通过设计两种物料的不同配比(质量比,以VS计),研究了不同比例混合的物料联产氢气和甲烷的性能.试验结果表明,造纸污泥和餐厨垃圾混合比例为2:2的反应器总气体产率最高,达496.78mL·g-1(其中,氢气64.48mL·g-1,甲烷432.3mL·g-1,均以VSfed计,下同),其VS去除率也最高,达41.33%,在反应30h后和产甲烷18d后分别完成了80%的氢气产量和甲烷产量,而单纯造纸污泥总气体产率为144.99mL·g-1,单纯餐厨垃圾总气体产率为80.4mL·g-1.综合氢气和甲烷产率、产气速率、VS去除率等指标发现,造纸污泥和餐厨垃圾混合发酵联产氢气和甲烷的最佳配比为2:2.     

餐厨垃圾两相厌氧消化特性试验研究

研究了餐厨垃圾两相厌氧消化特性。以北京化工大学餐厨垃圾为原料,分别以不同有机负荷(10、30、50和70 gVS/L)、接种量(5、10、15和20 gVS/L)、酸化时间(3、5、7和9 d)考察其对酸化效果的影响,并对酸化出料进行甲烷化产气实验。结果表明,餐厨垃圾最优酸化条件为有机负荷30 gVS/L,酸化时间5 d,接种量15 gVS/L。在此条件下,单位负荷产酸率为561.0 mg乙酸/gVS,酸化末端产物主要为乙酸和丁酸,单位负荷累积产气量达到826.7 mL/gVS,比乙醇型最佳条件单位负荷累积产气量763.8 mL/gVS高8.2%,比丁酸型最低单位负荷累积产气量70.6 mL/gVS高1 070.3%。有机负荷、酸化时间、接种量依次对餐厨垃圾酸化有重要的影响,并且餐厨垃圾酸化效果和产气性能具有一致性。研究结果可为城市生活垃圾厌氧消化提供设计和运行依据。     

中国餐厨垃圾管理现状研究

基于网络报道,对截至2015年9月的全国100多座城市(区)的餐厨垃圾管理情况进行了信息搜索和汇总整理,由此对国内餐厨垃圾管理规定、各省市餐厨垃圾处理能力、国内餐厨垃圾处理设施整体建设进度、餐厨垃圾处理工艺技术应用、不同项目的建设投资进行了统计分析,并从设施建设、收运体系、监管体系、收费制度4个方面对国内餐厨垃圾管理的发展趋势进行了展望。     

餐厨垃圾接种酵母菌固态厌氧发酵产乙醇的可行性研究

餐厨垃圾可定向发酵产乙醇,但复杂的预处理导致处理时间长、工艺复杂度增加. 本文通过直接接种酵母菌和灭菌后接种酵母菌对比试验,分析发酵系统内乙醇、乙醇前体物还原糖、还原糖前体物淀粉的降解与产生规律,探讨餐厨垃圾直接接种酵母菌固态厌氧发酵产乙醇的可行性及规律. 结果表明:酵母菌的添加能够促进餐厨垃圾固体厌氧发酵产生乙醇,接种酵母菌后乙醇浓度为11.86~12.09 g/L,是空白对照的8.41~31.50倍,且高于灭菌预处理后接种的6.88~10.02 g/L;基于修正的Gompertz模型分析也证实了上述结果,接种酵母菌后,系统产乙醇潜力(P_m)和单位最大乙醇产率(R_m)也随之上升,但接种量对餐厨垃圾的P_m和R_m影响不大. 对乙醇前体物还原糖的分析表明,接种酵母菌能够在发酵初期就可以发挥作用,促使系统内还原糖在0~4 h内快速降为43.37~46.55 mg/g,从而加速了餐厨垃圾的稳定化进程,但在4~24 h内,由于次生代谢物的抑制作用,系统内还原糖未出现明显的产生和降解. 还原糖前体物淀粉的水解情况分析表明,接种酵母菌可将淀粉的水解率由19.36%提高到27.90%~37.57%,但淀粉含量在274.02~316.51 mg/g之间时已不再发生水解. 研究显示,直接接种酵母菌有助于餐厨垃圾固态厌氧发酵产乙醇含量的提高,体系中还原糖、淀粉含量并未成为餐厨垃圾固态厌氧发酵产乙醇量的限制性因素.      

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。     

餐厨垃圾固态发酵挥发性脂肪酸全过程变化分析

在中温(37.0±0.2)℃条件下,通过连续实验将餐厨垃圾在完全混合厌氧消化反应器(CSTR)中运行100 d,研究餐厨垃圾固态发酵过程的中间产物挥发性脂肪酸全过程变化,重点研究在不同时期各组分挥发性脂肪酸含量及变化趋势.结果表明:(1)餐厨垃圾固态发酵实验过程可划分为4个时期:适应期、启动期、抑制期、恢复及稳定期;(2)实验初期,总挥发性脂肪酸浓度不断上升,在第19 d浓度达到最大值27.22 g·L-1,其中乙酸浓度最高为6.49 g·L-1,正丁酸浓度为6.10 g·L-1,戊酸浓度最低,仅为3.26 g·L-1;抑制期总挥发性脂肪酸浓度波动异常,各组分挥发性脂肪酸呈无规律性变化,系统产酸产气平衡遭到破坏;恢复及稳定期,调节当日回流渗滤液的pH使其接近7.0,在第75 d时TS含量20%,达到固态发酵,系统产酸产气基本恢复稳定,总挥发性脂肪酸浓度呈稳定性变化,最终稳定在20~23 g·L-1,其中正丁酸浓度最高,其浓度为5.43 g·L-1,丙酸浓度最低,其浓度为2.01 g·L-1.     

含油率对餐厨垃圾干式厌氧发酵的影响

餐厨垃圾含油率高,且随着地域的变化有显著差别,含油率的高低对餐厨垃圾厌氧消化产气有一定影响.在中温(35℃)和高温(55℃)条件下,研究了不同含油率(0、2%、4%、6%、8%、10%)对餐厨垃圾干式厌氧发酵过程中日产气量、累计产气量、总固体(TS)、挥发性固体(VS)及甲烷产量的影响.结果表明:在中温和高温条件下,当含油率为6%时,200 g餐厨垃圾的累计产气量达最大值,分别为1391.6 m L和2165.9 m L.此时,TS和VS的去除率也最高,中温时去除率分别为29.4%(TS)和33.9%(VS),高温时去除率分别为33.2%(TS)和38.0%(VS).在餐厨垃圾干式厌氧发酵过程中,甲烷的产量占可燃气的体积分数逐渐升高.在中温厌氧发酵条件下,含油率为10%的餐厨垃圾发酵进行到26 d时,甲烷的体积分数最高,为80.5%.在高温干式厌氧发酵条件下,含油率为10%的餐厨垃圾发酵进行到23 d时,甲烷的体积分数最高,为84.2%.     

污水厂污泥与餐厨垃圾共消化产甲烷特性的研究进展

近年来,污水处理厂污泥和餐厨垃圾产生量越来越多,且单独处理存在很多问题,两者混合厌氧消化产甲烷发展前景广阔。从国内外近年的研究出发,从原料性质、控制参数、工艺优化三方面进行了总结,认为当前污泥和餐厨垃圾的混合处理还需更多地借鉴两者单独处理时已优化的控制条件,消化液的处理也需得到关注。此外,针对微生物种群演替、抑制因子、环境影响因子(如光照)、复杂有机物的转化、相关处理工艺设备等的研究与应用也需得到更多的开展。     

氧化铁投加方式对餐厨垃圾厌氧消化产气的影响

氧化铁可以促进产甲烷菌的代谢活动,从而加快厌氧消化体系的产甲烷速率。通过设计3组反应器,探究了不同的氧化铁添加方式对餐厨垃圾厌氧消化产甲烷的影响:包括空白组A(餐厨垃圾+厌氧污泥),以及2个实验组B(餐厨垃圾+厌氧污泥,48 h后投加氧化铁)和C(餐厨垃圾+厌氧污泥+氧化铁)。结果表明:反应器A酸化严重,进入长期产甲烷抑制状态;反应器B可以解除酸抑制,恢复体系产甲烷能力,但需要较长的启动期;反应器C则能较快达到产甲烷阶段。此外,截止到第54天实验结束,反应器C的累积产甲烷量(48 349 m L)高于B(35 665 m L)。对于餐厨垃圾厌氧消化,投加氧化铁可解除体系酸抑制,恢复其产甲烷能力。而在厌氧消化初期加入氧化铁可以更快地解除酸抑制,并促成更高的产甲烷速率。     

餐厨垃圾发酵制备生物燃料丁醇的研究

餐厨垃圾含丰富有机质,是潜在的廉价优质生物质资源;丁醇是继乙醇后的一种极具潜力的新型生物燃料。探索了以餐厨垃圾糖化液为原料,通过微生物发酵制取生物燃料丁醇。首先从实验室现有5株产丁醇梭菌中,优选出Clostridium beijerinckii NCIMB 8052作为丁醇生产菌,并考察在未添加任何营养物质,且不调节pH的条件下(简称非调控状态),以糖化液作为底物进行丁醇发酵的可行性。结果表明:非调控状态发酵的丁醇产量仅为5.96 g/L,并产生"酸崩"抑制;添加0.3%(w/V)Ca CO_3提高了糖化液pH缓冲能力,可解决"酸崩"问题,并将丁醇产量、总溶剂产量及丁醇生产速率分别提高了57.8%、53.1%和90.6%。这证明餐厨垃圾做为原料用于燃料丁醇生产是完全可行的。     

沼气发酵罐热负荷特性研究与排料余热回收装置设计

针对天津市某养殖场沼气工程,基于热平衡模型,模拟分析了沼气发酵罐热负荷特性,发现发酵罐罐体传热负荷和加热发酵料液负荷是沼气生产过程中主要负荷组成部分,而其中加热发酵料液负荷占到了沼气工程总热负荷的87.5%~90.8%,约为发酵罐罐体传热负荷的8倍。为减少发酵罐排料造成的热量损失,设计了1套沼气发酵罐排料余热回收装置,并对其余热回收效率进行模拟计算。结果表明:该装置在春季余热回收量为1 472.3~2 216.5 MJ,夏季为747.4~993.5 MJ,秋季为1 515.7~2 069.3 MJ,冬季为2 526.3~2 707.7 MJ。全年节能率波动范围在25.36%~48.46%,在冬季其节能率仍能达到30%以上,有效减少了排料的热量损失。     

温度对E-D厌氧反应器处理餐厨垃圾效能及污泥特性的影响

考察了不同温度下新型E-D厌氧反应器处理餐厨垃圾的效能,并从污泥的粒径分布、金属离子含量等角度分析了反应器内污泥理化特性的变化。结果表明,在进水COD为5 000 mg/L、HRT为24 h、温度为25~30℃时,E-D反应器对餐厨垃圾COD的平均去除率在90%以上。当温度降低到20℃后,COD去除率仅为77%左右,出水COD高达1 000 mg/L以上,且出水中乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、戊酸的含量分别达到了287.1,546.7,89.8,156.8,93.4 mg/L;颗粒污泥中钙、镁含量分别减少为21.84,5.14 mg/L;其表面积平均粒径、体积平均粒径减少为97.9,333.3μm。这表明温度为20℃,对颗粒污泥的稳定性造成了负面影响,产甲烷菌的活性受到抑制,导致效能降低。     

餐厨垃圾厌氧消化运行试验研究

采用猪粪厌氧消化的消化污泥为接种物,在中温(37℃)条件下,以连续进料的方式对餐厨垃圾的湿式厌氧消化进行了启动以及运行试验,监测整个实验过程中产气量、pH、VFA、碱度等能够反映厌氧消化的系统指标。结果表明:本实验中系统最佳有机负荷为2.8 kg/(m~3·d)(以VS计),超过此负荷后,依靠系统自身恢复和人工调节,pH很难恢复正常运行状态。正常运行过程中,pH稳定在7.5~8.0,VFA稳定在2 000 mg/L左右,碱度在6 000~9 000 mg/L,氨氮在1 500~2 000 mg/L,底物含水率为96%~98%。系统超负荷运行后,产气量和pH下降,VFA浓度上升,碱度、氨氮、含水率基本保持稳定。     

我国工业危险废物的来源、处理及监管对策与建议

通过大量环境统计数据的分析,对我国工业危险废物的产生、综合利用、处置和贮存,从行业来源、区域分布进行了分析和总结。结合我国工业危险废物企业自建设施和政府集中处理设施处理情况,对我国工业危险废物的处理和环保监管对策提出了若干建议。     

生物炭促进餐厨垃圾发酵产己酸效能及机理研究

研究了餐厨垃圾制备的水热炭和热解炭对餐厨垃圾发酵产己酸的影响,分析了生物炭的理化性质及微生物群落结构。结果表明:空白组己酸最大产量仅为1.65 g COD/L,投加5 g/L水热炭和热解炭对产己酸均有促进作用,己酸最大产量分别为3.64,24.24 g COD/L,为空白组的2.2,14.7倍;而过量水热炭和热解炭(10 g/L和20 g/L)反而对产己酸具有抑制效应。生物炭理化性质对比分析表明:热解炭可促进直接种间电子传递,比表面积更大的热解炭可为产己酸功能菌群提供更大面积的附着位点,富集己酸功能菌,促进乙醇和丁酸转化成己酸。微生物群落分析表明:5 g/L热解炭组产己酸功能菌Clostridium_sensu_stricto_12、Caproiciproducens和Clostridium_sensu_stricto_11的相对丰度分别为35.6%、2.0%和1.7%。     

污泥与餐厨垃圾联合厌氧消化产甲烷研究进展

污泥的厌氧消化技术是实现污泥稳定化、资源化、无害化的重要途径,然而污泥的单独厌氧消化技术存在一些弊端,如有机质转化效率低、停留时间长、沼气产量低等,将污泥与餐厨垃圾联合厌氧消化则可以提高厌氧消化的效率,增强系统稳定性与产气性能。介绍了污泥与餐厨垃圾联合厌氧消化的协同效应,重点阐述了碳氮比(C/N)、有机负荷率、温度、p H值等因素对污泥与餐厨垃圾联合厌氧消化的影响,并对污泥与餐厨垃圾联合厌氧消化技术的研究及应用进行了展望。     

预处理及物料配比对有机垃圾厌氧发酵的影响

针对我国推行垃圾分类政策后产生的大量有机垃圾难以有效消纳的问题,开展了厨余、果蔬与园林垃圾连续式厌氧发酵实验,并通过超声与碱热预处理技术改善产甲烷性能,并以厨余垃圾单独厌氧发酵作为对照实验组.根据进料有机负荷(OLR),将反应周期分为低有机负荷[OLR=1,2 g/(L·d)]和高有机负荷[OLR=4,6 g/(L·d...