餐厨垃圾市政污泥联合厌氧消化处理技术

餐厨垃圾有机质浓度高,在厌氧消化处理过程中容易致系统酸化而导致消化系统中止。采用餐厨垃圾与市政污泥联合厌氧消化技术解决餐厨垃圾消化条件难控制的问题。结果表明,系统稳定运行时,在进料总固体（TS）浓度为10%左右,水力停留时间(HRT)为20 d,碱度控制在6 000~8 000 mg/L时,餐厨垃圾与市政污泥联合厌氧消化能稳定运行,且有机负荷达到5.29 g/(L•d),沼气产量达1.03 L/g〔以挥发性固体（VS）计〕,沼气中的甲烷浓度在59%以上。     

市政污泥与餐厨垃圾混合两相厌氧消化研究

为了使污泥和餐厨垃圾2类固体废弃物得到更加资源化处理,将污水厂污泥和餐厨垃圾按TS之比4∶1进行混合两相厌氧消化,研究产甲烷相中不同的投配率对发酵效果的影响,试验设定的3个投配率分别为8%、12%和16%。研究结果表明,产甲烷相中投配率为16%时,系统稳定时总的SCOD去除率和总的VS去除率最高,分别74%和88.07%;日产气量最大,为888.07 mL/(g VS·d);产气中甲烷的百分含量最高,为74%。因此产甲烷相中投配率16%是本实验的最佳投配率。     

基于厌氧膜生物反应器的剩余污泥-餐厨垃圾厌氧共消化性能

采用厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor,AnMBR)进行剩余污泥与餐厨垃圾的共消化,研究其有机物的去除特性、产气性能和微生物群落组成等运行性能.结果表明,反应器运行过程中有机负荷(organic loading rate,OLR,以VS计)稳定在0.59～0.64 kg·(m~3·d)~(-1),挥发性固体(volatile solids,VS)降解率由单消化17.5%上升至共消化40%,COD截留率为95.3%.消化液含固率提高了3.9倍,最终CH_4体积分数稳定在60%,CH_4产量(以COD_(added)计)为78.7 mL·g~(-1).跨膜压差(transmembrane pressure,TMP)和平均Flux分别维持在-3.1～-2.7 kPa和0.106 L·(m~2·h)~(-1),膜污染较轻.16S rRNA微生物多样性分析表明,AnMBR内部厌氧消化细菌主要是Proteobacteria(变形菌门)、Bacteroidetes(拟杆菌门)和Cloacimonetes(阴沟单胞菌门),产甲烷菌中的优势菌科为Methanobacterium(甲烷杆菌科),优势菌属为Methanosaeta(甲烷鬃毛菌属)和Methanolinea(甲烷绳菌属).这将为AnMBR处理污泥及其它高含固率废物流的稳定性和运行性能研究提供有力的理论参考依据,进而为生物质资源化和能源危机提供有效解决途径.     

餐厨垃圾中温干法厌氧消化快速启动实验研究

为研究餐厨垃圾在进行干法厌氧消化时,利用高含固率消化液作为接种物进行快速启动的可行性,采用两组分别含有低含固率消化液和高含固率消化液的平行反应器,研究了在(35±1)℃完全混合反应器(CSTR)中进行的餐厨垃圾干法厌氧消化的启动性能.结果表明,在同样43d的启动过程中,使用高含固率消化液作为接种物的反应器的有机负荷可成功地增加到10.0kg·m-3·d-1(以VS计),而使用低含固率消化液作为接种物的反应器的有机负荷只能达到3.5kg·m-3·d-1(以VS计).与传统启动相比,快速启动没有停滞期,且拥有较短的恢复期;快速启动的启动速度是传统启动的2.5倍.恢复期之后,在相同的有机负荷下,快速启动的沼气和甲烷产率、甲烷产量及VS降解率都较传统启动呈现出较好的性能.     

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。     

餐厨垃圾中温干式厌氧消化污泥的流变特性研究

以半连续式和序批式餐厨垃圾厌氧消化产生的污泥为研究对象,考察温度(T)、含固率(TS)和剪切速率(γ)对消化污泥流变性的影响.使用旋转粘度计测定污泥动力粘度,测定时温度范围20~70℃,消化污泥TS分别为21.41%~29.54%(半连续式)、12.09%~22.48%(序批式).试验结果表明:污泥流动性随温度升高而增强,随温度降低而减弱,且温度变化会对污泥流变性造成不可逆的影响;同一剪切速率下,污泥的动力粘度随TS含量增高而变大;粘度曲线说明厌氧消化污泥为非牛顿流体,具有剪切变稀的特点;通过剪切应力的上升曲线和下降曲线可判断厌氧消化污泥为时间相关性流体,动力粘度-时间曲线进一步说明污泥为触变性流体;TS12%时,有必要设置搅拌系统,剪切速率控制在10.4~20.9 s-1较为合适;污泥的TS含量越高,温度、TS和剪切对流变性的影响越明显.试验可为厌氧消化反应器的搅拌系统和热交换系统设计提供一定的基础数据.     

蒸汽爆破对污泥和餐厨垃圾联合厌氧消化的促进效果

鉴于蒸汽爆破（简称"汽爆"）预处理对污泥和餐厨垃圾联合厌氧消化的影响还鲜有报道,为探讨汽爆预处理对污泥和餐厨垃圾联合中温厌氧消化的促进效果及经济可行性,利用小型发酵罐在35℃下开展了未预处理污泥和餐厨垃圾联合消化、汽爆污泥单独消化、汽爆污泥和餐厨垃圾联合消化的试验,并进行能耗分析.结果表明,未预处理污泥与餐厨垃圾联合消化阶段,VS（挥发性固体）去除率为33.9%,沼气产率为311.0 mL/g（以投料VS计）;汽爆污泥单独消化阶段,VS去除率和沼气产率均略高于未预处理污泥与餐厨垃圾联合消化阶段,但反应器ρ（NH₄+-N）过高,影响产气稳定性,沼气φ（CH₄）较低.汽爆污泥与餐厨垃圾联合消化阶段,VS去除率和沼气产率分别达到49.5%和420.5 mL/g,显著优于未预处理联合消化阶段.能耗分析表明,预处理的升温过程使汽爆预处理整体能耗偏高,但若能有效回收70%的热量,则汽爆预处理可提高污泥-餐厨垃圾联合中温厌氧消化工艺3.34 kW·h/t（以污泥量计）的能量产率.研究显示,汽爆预处理可提高污泥和餐厨垃圾联合中温厌氧消化工艺35.2%的沼气产率,但由于预处理能耗较高,预处理过程中热能的有效回收是汽爆预处理应用于污泥和餐厨垃圾联合中温厌氧消化经济可行的关键.      

污泥停留时间对餐厨垃圾与剩余污泥中温厌氧混合发酵系统的影响

采用连续搅拌釜式反应器(CSTR)成功启动了餐厨垃圾与剩余污泥混合发酵平行系统,重点探究了不同污泥停留时间(SRT)缩减幅度对于餐厨垃圾和剩余污泥混合发酵系统的影响.结果表明,较大幅度地缩减SRT( 8. 3 d)提升反应器运行负荷,不利于反应器的稳定运行;随着反应器运行负荷的增加,SRT缩减幅度应逐渐降低(5～0. 9 d),能够取得餐厨垃圾和剩余污泥混合发酵系统的高负荷稳定运行.经过282 d的运行,CSTR混合发酵系统能够在SRT为9. 1 d,进料负荷(以COD计)为(12. 9±1. 5) g·(L·d)~(-1)的条件下稳定运行,相应的甲烷产量为3. 94～4. 25 L·(L·d)~(-1),甲烷产率(以COD计)为288～302 m L·g-1,p H和挥发性脂肪酸(VFA,以COD计)分别稳定在7. 80～7. 83和0. 32～0. 39 g·L-1.此外,还探究了高负荷条件下餐厨垃圾和剩余污泥混合发酵污泥特性,结果表明,餐厨垃圾和剩余污泥混合发酵系统甲烷转化途径以乙酸转化途径为主,具有较高的乙酸、丙酸、丁酸和戊酸的产甲烷活性和辅酶F420的质量摩尔浓度.     

利用餐厨垃圾浆液进行厌氧调试的试验研究

利用机械生物反应器(JSR)处理后产生的高浓度水解酸化相浆液对厌氧反应器进行调试试验研究。试验结果表明,餐厨垃圾浆液酸化程度较高,pH和VFA分别为4.9和15 720 mg/L。对这种浆液,采用0.5 kg COD/(m.3d)的启动负荷较合理,每3天增加0.5 kg COD/(m.3d),15 d后,系统运行稳定。厌氧出水sCOD平均值为870 mg/L,VFA从527 mg/L降低到407 mg/L,pH从6.8升高到7.3,而沼气中CH4百分含量从20.9%升高到77.3%。另外,氨氮和碱度在调试阶段出现累积效应,氨氮从58.1 mg/L升高到134 mg/L,碱度从780 CaCO3mg/L升高到1250 CaCO3mg/L。因此,启动负荷的选择以及整个调试过程中pH、VFA、碱度和CH4含量的监测对厌氧调试有着重要的影响。     

餐厨垃圾干式厌氧消化污泥膨胀微生态特征

分别在推流式反应器（PFR）（R1）和完全混合式反应器（CSTR）（R2）中进行餐厨垃圾（KW）中温干式厌氧消化（AD）,并采用MiSeq高通量测序技术分析反应器污泥膨胀前后的微生态特征.结果表明,污泥膨胀后古菌群落结构变化不显著,R1和R2分别以乙酸营养型的Methanosaeta和复合营养型的Methanosarcina为优势产甲烷菌;而细菌群落中某些可能与污泥膨胀有关的菌属的相对丰度显著增大,包括能合成并分泌生物表面活性物质的菌属（如Corynebacterium、Lactobacillus等）和细胞壁含分枝菌酸的菌属（如Actinomyces、Corynebacterium）.反应器在污泥膨胀前均经历了挥发性脂肪酸（VFAs）和氨氮积累,相应的,能贡献系统酸积累（如Petrimonas、Anaerosalibacter和Fastidiosipila等）和氨氮积累（如Proteiniphilum、Tepidimicrobium和Aminobacterium等）的菌属也大量增殖.     

剩余活性污泥和厨余垃圾的混合中温厌氧消化

研究了混合比例和水力停留时间对剩余活性污泥和厨余垃圾混合中温厌氧消化过程的影响,混合进料按照TS之比分别采用75%∶25%、50%∶50%和25%∶75%,HRT为10d、15d和20d.结果表明,在整个运行期间,进料VS有机负荷为1.53～5.63g/(L.d),没有出现pH降低、碱度不足、氨抑制和VFA积累等抑制现象.进料TS之比为50%∶50%时,具有最大的缓冲能力,稳定性和处理效果都比较理想,相应的挥发性固体去除率为51.1%～56.4%,单位VS的甲烷产率为0.353～0.373 L/g,甲烷含量为61.8%～67.4%.     

不同负荷餐饮垃圾与城市厌氧污泥混合厌氧消化研究

本实验研究了不同有机负荷下,餐饮垃圾与消化污泥不同方式混合中温厌氧消化的过程。实验结果表明,1#-4#的酸化点均可逆,1#的酸化低值点为4.11,3#的为6.04,通过加入氢氧化钠溶液有效控制系统的酸化过程,防止出现酸抑制现象,使得各有机负荷均能进入正常的产甲烷阶段。1#-4#的单位生物气产量分别为0.18 L/gVs、0.85L/gVs、0.69L/gVs和0.44L/gVs,甲烷含量分别为56%、69%、57%和66%。混合厌氧消化后的剩余物比原消化污泥具有更好的生物降解能力。各负荷氨氮浓度在消化过程中的变化趋势一致,最高含量达1 183.28 mg/L。     

两阶段ASBR处理厨房垃圾的实验研究

应用两阶段ASBR技术对厨房垃圾进行实验室规模的处理研究。结果表明:总COD的去除率为77 6%,而总TS的去除率为72 21%,系统的产CH4率以TS和容积负荷计分别为212mL g和0 67L (L·d)。同时,研究发现适宜的pH值水解相为4～5,甲烷相为7～8;适宜的HRT水解相为5d,甲烷相为13 3d;适宜的固体浓度水解相TS为8%,甲烷相TS为7%;适宜的负荷(以TS计)水解相为16g (L·d),甲烷相为5 23g (L·d)。      

脱水污泥厌氧发酵搅拌动力需求试验研究

对于含固率较高的脱水污泥厌氧发酵系统,对物料的搅拌是能耗的重要组成部分,而目前对发酵工艺中机械搅拌动力需求的研究几乎没有。研制了一台卧式强制搅拌干式厌氧发酵反应器,对叶片搅拌过程进行受力分析,计算出理论搅拌扭矩,并以此反应器为基础,研究了污水处理厂脱水污泥的搅拌动力需求。具体研究了污泥的含固率、搅拌转速、反应器填充率等因素对搅拌动力需求的影响,发现低转速下,转速对搅拌扭矩影响非常小,而从搅拌动力需求角度考虑,物料填充率在66.7%~85%之间比较合理。同时还对长期连续搅拌状态下污泥所需的搅拌动力的变化做了研究,发现经过搅拌污泥的内摩擦角和粘聚力出现了较大的变化,从而引起搅拌所需动力在短时间内大幅降低。而原污泥兑水使含固率降低、自由水含量增加时,其搅拌动力需求呈指数趋势减小。     

半连续泔脚垃圾与猪粪混合厌氧消化研究

在中温(35℃)条件下,采用逐渐提高有机负荷的半连续进料方式,研究泔脚垃圾厌氧消化规律。在1gVS/(L.d)、1.25 gVS/(L.d)和1.5 gVS/(L.d)的有机负荷下,厌氧消化系统能够稳定运行,实现水解酸化阶段和产甲烷阶段的动态平衡,甲烷产率与日产气量的变化规律一致,pH、VFA、氨氮浓度分别保持在7.2和360mg/L1、500 mg/L左右。当有机负荷为1.5 gVS/(L.d),每克VS的甲烷产率和甲烷百分数出现最大值,分别为1.40 L/g7、1.37%,此时厌氧消化系统处于最佳运行状态。     

剩余污泥共厌氧消化改善脱水性能研究

为改善剩余污泥厌氧消化脱水性能,减少后续处理费用,研究了剩余污泥添加废物酒精糟液在高温(55℃)下共厌氧消化后污泥脱水性能,并对影响脱水性能因素进行了回归分析。结果表明:共厌氧消化提高了剩余污泥的碳氮比、有机负荷和产气率,减少了胞外聚合物中有机成分蛋白质和碳水化合物含量,增加颗粒尺寸,明显提高厌氧污泥脱水性能。当进样总体积为450mL、剩余污泥与酒精糟液二者体积比为2:1、污泥停留时间为11.1d时,厌氧消化污泥的脱水性能最好,毛细吸收时间为127s;当有机负荷继续提高时会出现酸化现象,可导致厌氧污泥脱水性能变差。对厌氧消化污泥脱水性能影响明显的因素是污泥颗粒尺寸、紧密粘附胞外聚合物含量。     

粪便与厨余垃圾现场处理研究

研究了粪便与厨余垃圾的源头真空管道收集及现场生物处理技术,根据系统工艺设计方案进行了分单元的小试.研究表明:真空便器的冲水量约为1L/次,破碎1kg垃圾用水0.4～0.6L;厌氧消化反应器进料粪便占40%,厨余垃圾占60%,水分控制在93%左右,C/N=25∶1左右,pH控制在6.2～7.3之间,最佳搅拌频率为6h/d,总停留时间28d;ABR反应器对混合上清液的COD去除率可达91%;用驯化得到的解磷、解钾菌株与消化污泥混合制取菌肥,解磷菌对土壤有效磷增强度67.5%,解钾菌对土壤有效钾增强度33.4%.