厌氧消化运行影响因素分析
养殖小区粪便沼气处理厌氧反应器
（ 四） 试验方案。温度、C / N 比与 HRT 三因素对消化系 统有重要影响。本试验利用正交试验确定各因素的影响程 度，每个因素取三个水平，见表 1。
大 学 生 科 技 创 新 的 现 状 、问 题 及 对 策 研 究
□崔 源 李雪琪 王文涛
【摘 要】培养大学生的科技创新能力是高校教育的重要环节，也是整个社会可持续发展的基础。本文从大学生科技创新的现 状入手，分析了大学生科技创新活动中存在的问题，并提出了优化大学生科技创新活动的对策。
【关键词】大学生； 科技创新； 创新能力 【基金项目】本文为常州大学怀德学院教育研究课题（ 编号： 2011HDJY14） 。 【作者简介】崔源（ 1984． 9 ～ ） ，男，江苏东台人，常州大学怀德学院助教，硕士； 研究方向： 大学教育、行政管理
反而呈下降趋势。 （ 二） 传统的实践教育制约了大学生科技创新能力的发
【关键词】厌氧消化； 养殖粪污； 正交试验 【作者单位】侯广宁，河北嘉诚环境工程有限公司
随着畜禽产品市场需求日益扩大，越来越多的规模化、集 约化饲养场蓬勃发展起来，但随之也带来了集约化养殖场畜 禽粪便排放量急剧增长的问题。据统计，近 80% 的集约化养 殖场集中分布在大中城市周围，大量排放的粪便污水日积月 累在各大城市周边形成了庞大的污染源，所以畜禽粪便的处 理及资源化利用问题，已经是刻不容缓。厌氧反应器单元是 畜禽粪便综合利用工程的关键，厌氧反应器工艺设计参数的 选择是否恰当直接影响畜禽粪便的处理效果、沼气产量和运 行管理。本文结合某中小规模养殖企业的实际，采用 USR 厌 氧反应器，通过正交试验对其畜禽粪便处理参数进行优化。
有机固体废物厌氧消化技术现状研究及前景分析
有机固体废物厌氧消化技术现状研究及前景分析摘要：厌氧消化技术是有机固体废物处理与资源化的重要渠道之一，能够通过微生物的三阶段厌氧分解，将废物中的大分子有机物降解为小分子物质，并产生可提供能源的沼气。
该技术可按固体浓度大小被分为低固体厌氧消化技术和高固体厌氧消化技术，前者应用范围广，但费用昂贵，后者的广泛运用受技术限制，但能产生可观的经济效益。
总体而言，在妥善解决固体废物的处置与管理问题后，厌氧消化技术可以有效地提高物质的回收利用率，前景广阔。
关键词：厌氧消化技术;有机固体废物;原理与工艺;现状;前景Reearch on Anaerobic Digetion Technology of Organic S olid Wateand Propect AnalyiLi RuyiSchool of Environment Tinghua Univerity Beijing 100084 Keyword：Anaerobic digetion technology;organic olid wate; principle and technology; the tatu quo; propect1 绪论有机废物厌氧消化处理技术历史悠久[1]，人们在早期利用禽畜粪便和农业废物厌氧发酵，释放甲烷用于产生热能。
20世纪中叶，全球对一次能源的需求量激增，煤、石油、天然气等化石能源的价格疯长。
为解决供应问题，许多国家开始寻找新的替代能源，这使得厌氧消化处理有机废物的优势越发突出[2]，需要重点关注厌氧消化技术的原理、工艺流程和技术方案以及评估其效益和应用前景。
2 厌氧消化原理厌氧消化过程就是在一定的厌氧条件下，有机物质被微生物分解，将碳素物质转化为两种温室气体——二氧化碳和甲烷的过程。
在这个过程中，底物的大部分能量仍然以有机物的形式储存在沼气中，只有一小部分的碳素氧化成了二氧化碳[3]，微生物借此发酵过程获得生命活动所必需的物质和能量。
UASB启动和运行过程中各影响因素分析
获 得广 泛应 用 ， ＵＡＳ Ｂ厌 氧 反应器 技 术对废 水 生物 处理 具有 划 时代 的意义 ． 虽 然废 水厌 氧 生物处 理 技术具 有 上述 优点 ， 同时 也存 在一 些缺 点 ， 启 动时 间长 ， 但 如 运行 管理 复杂 ， 去 除有机 物不 彻底 等 ［． ３ 一般 情 况下 ， ］ 占厌 氧微 生 物 代谢 产 物 ９ 的 甲烷 中蕴 含 着 大量 不 能 被微 生 物 利 用 ０
Ａｎ Ａｎ ｌ ｓｓ ｏ ｆｃ ｉ ｇ Ｆａ ｔ ｒ ｎ ｔ ｅ Ｓ ａ ｔＵｐ ａ ｅ ａ ｉ ｎ ｏ ａｙ ｉ ｆＡｆ ｅ ｔｎ ｃｏ ｓ ｉ ｈ ｔ ｒ－ ｎｄ Ｏｐ ｒ ｔｏ ｆＵＡＳ Ｂ
Ｌ ｎ ， ＩＭｅ ｇ ＣＨＥ ｉ ｕ ， Ｉ ｕ － ｎ ＮＧ Ｌ— ａ Ｂ ｅ ｕ ｈ Ｘ ｊ
好 氧工 艺难 以降解 的有 机污 染物 等优 点． 尤其 荷 兰 Ｗ ａ ｅ ｉｇ ｎ农业 大学 的 Ｇ．Ｌ ｔｉｇ 等 人 开发 的 升流 ｇ ｎｎ ｅ ｅｔ ａ ｎ 式 厌氧 污 泥床反 应 器 （ －ｌｗ ａ ｒｂｃＳｕ ｇ ｅ ， 称 ＵＡＳ ） 大 地提 高 了厌 氧 反 应处 理 效 率 ， Ｕｐｆ Ａｎ ｅｏ ｉ ｌｄ ｅＢ ｄ 简 ｏ Ｂ极 并
第 ３ ２卷第 ６ 期
Ｖ０． ２Ｎｏ ６ ２ １ Ｉ３ ． ０ １
青 岛 理 工 大 学 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＱｉｇ ａ ｃ ｎ ｌｇｃ ｌ ｉｅ ｓ ｙ ｏ ｒ ａ ｏ ｎ ｄ ｏＴｅ ｈ ｏｏ ｉ ｖ ｒｉ ａ Ｕｎ ｔ
ＵＡＳ Ｂ启 动 和 运 行 过 程 中 各 影 响 因 素 分 析
ｌ ｕ Ｙ ｓ ｍｍ ａ ｉｅ ｎｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ｒｚ ｄ ｉ ｈ ｓ ａ ｅ ．Ｔｈ ｆｅ ｔ ｆｄｆｅ ｅ ｔ ｎ ｌ ｅ ｔａ ａ ｔ ｒ ，ｓ ｃ ｓ ｅｅｆｃ ｓｏ ｉｆｒ ｎ ｆ ｎ ｉｌ ｃ ｏ ｓ ｕ ｈ ａ ，ｗａ ｅ ｕ ｌ ｉ ｕ ｆ ｔｒｑ ａｉ — ｔ ｙ，ｔｍ ｐ ｒ ｔ ｒ ，ｐ ，ａｋ ｌ ｉ ｅ ｅａ ｕ ｅ Ｈ ｌａｉ ｔ ｎ ｙ，ｉｆｕ ｎ ｄ ｓ ａ ｅ ｅ ａｉ ｎ ｒ ｔ ｎ ｏ ｔｏ ｏ ｄｔｏ ｓ ｎ ｌｅ ｔｍｏ ｅ ，ｇ ｓｇ ｎ ｒ ｔ ａｅ ａ ｄ ｃ ｎ ｒ ｌｃ ｎ ｉｉｎ ｏ
污泥消化问题分析和解决方法
污泥消化问题分析和解决方法一、污泥消化名词解释污泥消化是利用微生物的代谢作用，使污泥中的有机物质稳定化。
当污泥中的挥发性固体 VSS 含量降到 40% 以下时，即可认为已达到稳定化。
污泥消化可以采用好氧处理工艺，也可以采用厌氧处理工艺。
二、污泥的好氧消化污泥的好氧消化是在不投加有机物的条件下，对污泥进行长时间的曝气，使污泥中的微生物处于内源呼吸阶段进行自身氧化。
好氧消化可以使污泥中的可生物降解部分（约占污泥总量的80%）被氧化去除，消化程度高、剩余污泥量少，处理后的污泥容易脱水。
好氧消化比厌氧消化所需时间要少得多，在常温下水力停留时间为10-12d，主要用于污泥产量少的场合。
一般鼓风量为4.2-16.8m³/（㎡·h）、污泥负荷为0.04-0.05kgBOD5/（kgMLSS·d），BOD5去除率约50%。
三、污泥好氧消化特点和种类1）好氧消化上清液BOD5、SS、CODcr和氨氮等浓度较低，消化污泥量少、无臭味、容易脱水，处置方便简单。
好样消化池构造简单、容易管理、没有甲烷爆炸的危险。
2）不能回收利用沼气能源，运行费用高，能耗大，消化后的污泥进行重力浓缩时。
因为好氧消化不采取加热措施，所以污泥有机物分解程度随温度波动大。
好氧消化有普通好氧消化和高温好氧消化两种。
普通好氧消化与活性污泥法相似，主要靠延时曝气来减少污泥的数量。
高温好氧消化利用微生物氧化有机物时所释放的热量对污泥进行加热，将污泥温度升高到40-70℃，达到在高温条件下对污泥进行消化的目的。
与普通好氧消化相比，高温好氧消化反应更快，停留时间更短，而且几乎可以杀死所有病原体，不需要进一步消毒处理。
高温好氧消化可以在大多数自然气候条件下，利用自身活动产生的热量达到高温条件，不需要外加热源，只要对消化池加盖保温即可。
四、厌氧消化内容和高浓度废水厌氧处理区别污泥的厌氧消化是利用厌氧微生物经过水解、酸化、产甲烷等过程，将污泥中的大部分固体有机物水解、液化后并最终分解掉的过程。
餐厨垃圾厌氧发酵影响因素及产物分析2
餐厨垃圾厌氧发酵影响因素及产物分析杨林海(兰州理工大学，甘肃兰州 730000)摘要：对城市餐厨垃圾进行了厌氧发酵实验，探讨了活性污泥来源、基质来源、盐分、以及基质粒度等因素对餐厨垃圾厌氧发酵的影响。
实验结果表明:化粪池污泥接种餐厨垃圾厌氧发酵产气效果明显；当碳氮比在30左右时产气量增加趋于平稳；钠盐浓度大于5g/L的基质对餐厨垃圾厌氧发酵有抑制作用，钠盐浓度小于5g/L的基质对餐厨垃圾厌氧发酵有促进作用；减小基质的颗粒粒度可以加快厌氧发酵产气速度，缩短发酵时间，提高垃圾的减量化。
此外，在餐厨垃圾厌氧堆肥发酵过程中，pH一般会降低。
关键词：餐厨垃圾；厌氧发酵；影响因素The influence factors of food waste anaerobic digestion and product analysisYang lin-hai（Lanzhou university of technology ,Lanzhou Gansu 730000,China）Abstract：In the experiments of city food waste anaerobic digestion.. The effects of sources of activated sludge, sources of food waste, salinity, and matrix size, on anaerobic digestion were discussed in detail. The results showed that the gas anaerobic fermentation is obvious effect using the septic tank sludge;when C/N in about 30 than gas production tend to be stable; the salinity more than 5g/L can inhibit anaerobic fermentation, opposite the salinity less than 5g/L can promote anaerobic fermentation ; reduce the size of matrix can accelerate gas velocity and shortens fermentation time; In the actual, the pH generally can be decreased.Key words: food waste；anaerobic fermentation；influence factors餐厨垃圾俗称泔水，是指宾馆、饭店、餐馆和机关、院校、企事业单位在食品加工、餐饮服务、单位供餐等活动过程中产生的废弃物。
餐厨垃圾处理项目厌氧系统现状分析及解决方案
**餐厨垃圾项目厌氧系统现状分析报告一、厌氧系统现状**餐厨垃圾项目项目水解酸化罐指标表现为pH值4.0左右，温度57℃，挥发酸含量1000mg/L；厌氧罐指标表现为pH值降低，由8.04降至7.78,；挥发酸含量由升高，由1080mg/L逐步升至1900mg/L，且在降低厌氧进料量后挥发酸无明显降低；酸碱比由0.1升至0.22；吨进料产气由60m³降至53m³；11月7日和11月15日送沼科所化验的厌氧系统数据显示丙酸含量有上升趋势。
二、原因分析1、水解酸化效果差水解罐pH值过低，抑制了水解酸化菌的水解酸化作用，导致大量大分子有机物进入厌氧系统进行酸化作用，造成厌氧系统挥发酸增长，pH值降低。
水解罐温度过高，造成消化系统中氢分压的提高, 间接造成丙酸的累积, 同时阻碍了产生氢气的丁酸型产酸发酵过程。
2、系统受到负荷冲击11月1日至11月6日期间，厌氧控制系统由于CPU问题导致系统频繁故障，影响厌氧系统按时进料和总进料量，进料量波动较大；在排除CPU故障后，厌氧进料量提量过快，在5天内从186m³提至270m ³，对系统稳定性产生冲击。
3、系统受到丙酸抑制由于餐厨垃圾中微量元素含量极少，伴随进料、出料，系统内微量元素含量不断下降，同时在较高负荷下运行，限制了氢营养型甲烷菌和甲烷八叠球菌属的生长和代谢，甲烷产量最先受到系统失衡影响，对系统失衡的敏感度和预警有效性优于 VFA 浓度的变化。
甲烷鬃菌属取代甲烷八叠球菌属成为优势甲烷菌属，而氢营养型甲烷菌消失殆尽，同时产甲烷菌群落多样性显著下降，导致产甲烷菌群落功能下降，H2/CO2 产甲烷途径被阻断，氢分压上升引发对丙酸代谢的反馈抑制，导致丙酸累积。
三、解决方案1、调节水解罐pH值与温度水解酸化菌最适环境pH值为5.5-6.5，可通过提高沼液回流比的方式或投碱进行调节。
目前沼液回流量为20m³/d，回流比为9%，受水解罐液位高度影响，回流量有限，投碱最为直接，间歇投碱保证pH值一周后可使pH值维持在5.5-6.5之间。
污泥中温厌氧消化氨抑制探讨
石 家 庄 桥 东 污 水 处 理 厂 污 泥 处 理 为 中 温厌 氧 消 高 甲烷 菌 的耐 受程 度 变化 规律 尚无定 论 ． Ｃ ． Ｇ ａ ｌ ｌ ｅ ｒ ｔ Ｉ ］ 等 化， 反 应器 为 ６座 卵形 消 化池 。 单 池容 积 １ １ ５ ０ ０ｍ ， 污 证 明 了高 温 状态 下 系 统 对 Ｎ Ｈ 可 耐 受 的 质量 浓 度 至 泥液正 常运行 温度 为 （ ３ ５ ＋ ２ ） ｏ Ｃ ， 水力 停 留时 间为 ２ ０ ｄ ， 少 为 中温 的 ２倍 ： 同时 资 料ｌ ６ ｌ 显 示 在 高 质 量浓 度 氨 的 系统 采用 机 械搅 拌和 套管 式加 热 器加 热 。 运 行 过程 中 环 境 内操 作 。温 度从 ６ ０ 降至 ３ ７℃可 减轻 Ｎ Ｈ 的抑
Ｌｉ ｕ Ｃｈ ａ ｏ
厌 氧 消化 是 当前 废 物处 理 的 常见 工 艺 ． 包 括 有机 菌 的 活性 会 受到 严 重抑 制 ， 系 统稳 定性 和产 气 能力 开
废 物 在 厌 氧微 生 物作 用 下 的降 解 及稳 定 化ｌ １ ｌ ， 同 时伴 始 下降 。 蒋建 国 等证 明该 限值 在 ｌ ７ ０ ０ ｍｇ ／ Ｌ左 右 。 其 随着 生物 气 的产 生 和 生物 量 的增 大 ， 并 具有 低 剩 余 污 机 理 为 游 离 氨 可 自由透 过 细胞 膜 而 成 为微 生 物 降解 泥 产量 、 低 能耗 和可 回收 能源等优 点 。 但 往往 由于废水 的抑制 因素 ， 而厌 氧系 统 内 ４种类 型 厌 氧 菌群 中产 甲 水 质 不稳 定 ， 存在氨 、 硫化物 、 金 属元 素 等 大量 抑 制性 烷 菌 （ ＭＰ Ｂ） 最 易被抑 制 １ 。当系统 内 Ｎ Ｈ ４ ＋ 一 Ｎ 的质 量浓 物质， 会 抑制厌 氧 消化 过程甚 至 导致反 应器 运行 失败 。 度 达到 在 ４ ０ ５ １ ～５ ７ ３ ４ ｍｇ ／ Ｌ范 围时 ， 颗 粒 污 泥 中产 酸 笔 者 结 合 石 家 庄 桥 东 污 水 处 理 厂 某 中温厌 氧 消 化 池 菌 几乎 不受影 响 ， 而 ＭＰ Ｂ的失 活率 高达 ５ ６ ． ５％ｌ ４ ｌ 。
厌氧动态膜生物反应器中动态膜形成及其运行周期的影响因素分析
1.2.4 动态膜运行周期的确定
动态膜从滤饼层形成到堵塞的过程称为动态膜过滤的一个运行周期，根据运行周期内的 TMP 变化规律及对颗粒物的截留效果，可将其分为 3 个阶段：形成期、稳定发展期以及堵塞期[8-9]。运行 初期 TMP 较短时间内迅速上升，出水浊度快速下降，这一阶段为动态膜形成期。之后 TMP 和出水 浊度趋于稳定，并持续较长的一段时间，这一阶段为稳定发展期。当运行一段时间后，TMP 出现陡 升，说明动态膜已产生较严重的堵塞，这一阶段为堵塞期。当 TMP 继续快速升高，至出水浊度增大， 此时动态膜出现破损。
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BT100-2J）控制流量，反应器循环由蠕动泵（格兰蠕动泵 BT100-2J）控制流速。跨膜压差（TMP）由 传感器（伊莱科 ELE801）测量并由无纸记录仪（天信仪表 TXR2003E）记录。反应器设置布水管，位 于不锈钢网组件正下方。
环 境 工 程 学 报 通量/（L·（m2·h）-1）版 权 所 有
回
水箱
流
进水
MLSS 采用《水和废水监测分析方法（第 4 版）》
中的检测方法进行测定。浊度采用便携式浊度仪
图 1 厌氧动态膜生物反应器装置示意图
（HACH 2100Q）测定。 1.2.2 EPS 的提取
Fig. 1100Diagram of anaerobic dynamic membrane bioreac1to2r
报
与膜孔径的关系[7] 一致。后续实验将在低于临界通量的次临界通量下运行。
学
2.2 动态膜形成及运行周期影响因素分析 2.2.1 不锈钢网孔径的影响
不锈钢网组件投入运行后 TMP 及出水浊度的变化宏观上反应了动态膜形成过程及运行周期的 长短。在运行通量均为 32 L（· m2·h）-1，MLSS 为 3 680 mg·L-1 的条件下，不同孔径不锈钢网组件的出水 浊度变化及运行周期如图 3 所示。由图 3 可见，300 目不锈钢网在运行 2 h 后，出水浊度下降至5 NTU， TMP 缓慢上升，判断该阶段为动态膜形成阶段；2~4 h，不锈钢网的 TMP 和浊度保持稳定，判断该
厌氧消化 氢分压
厌氧消化氢分压
厌氧消化过程中氢分压是一个重要的因素。
氢分压会影响厌氧菌种群的转化潜能，同时氢也是厌氧过程中代谢许多基质的重要中间产物。
在厌氧消化过程中，氢必须被产甲烷菌快速有效地消耗，使系统中的氢维持在一个非常低的浓度，以便产甲烷菌能代谢其他物质，特别是丙酸盐。
在一个稳定的厌氧系统生境中，产氢细菌和耗氢细菌应处于一个良好的平衡状态。
一旦这个平衡被打破，将导致系统有机酸或醇类的积累，从而抑制厌氧消化过程。
氢分压的变化甚至可以作为厌氧消化系统稳定性的早期警示标志。
以上内容仅供参考，建议查阅关于厌氧消化的文献或咨询相关专家以获取更全面和准确的信息。
厨余垃圾厌氧消化处理难点及调控策略分析
第38卷㊀第12期2020年12月环㊀境㊀工㊀程Environmental EngineeringVol.38㊀No.12Dec.㊀2020厨余垃圾厌氧消化处理难点及调控策略分析赵佳奇1㊀范晓丹1,2㊀邱春生1,2∗㊀王晨晨1,2㊀刘楠楠1,2㊀王㊀栋1,2㊀王少坡1,2㊀孙力平1,2(1.天津城建大学环境与市政工程学院,天津300384;2.天津市水质科学与技术重点实验室,天津300384)摘要:厨余垃圾产量大㊁有机物含量高㊁营养元素丰富,对其进行适当处理后资源化利用是厨余垃圾处理的发展方向㊂厌氧消化可实现生物质能的高效利用,是厨余垃圾资源化㊁无害化处理的主要方法之一㊂提升餐厨垃圾厌氧消化效率获得清洁能源及对消化产物的综合利用是目前研究的热点㊂介绍了厨余垃圾的基本特性㊁厌氧消化的机理,总结厨余垃圾厌氧消化各阶段面临的问题,分析对应的国内外调控策略的优缺点及研究进展,并对今后厨余垃圾厌氧消化的调控新策略及产物再利用进行展望㊂关键词:厨余垃圾;厌氧消化;预处理;产物利用DOI:10.13205/j.hjgc.202012024ANALYSIS ON DIFFICULTY AND CONTROL STRATEGY OF ANAEROBIC DIGESTIONTREATMENT OF FOOD WASTEZHAO Jia-qi 1,FAN Xiao-dan 1,2,QIU Chun-sheng 1,2∗,WANG Chen-chen 1,2,LIU Nan-nan 1,2,WANG Dong 1,2,WANG Shao-po 1,2,SUN Li-ping 1,2(1.School of Environmental and Municipal Engineering,Tianjin Chengjian University,Tianjin 300384,China;2.Tianjin Key Laboratory of Aquatic Science and Technology,Tianjin 300384,China)Abstract :A large amount of food waste was produced with high content of organic matter and rich nutrient elements.Resourceutilization after proper treatment is one of the potential methods for food waste disposal.Efficient utilization of the biomass energy in food waste could be realized by anaerobic digestion,thus it was the main technology for resource utilization andharmless treatment of food waste.The improvement of anaerobic digestion efficiency to gain clean energy and integratedutilization of digestion products was a research hotspot worldwide.The research progress of treatment and resource utilization of food waste was reviewed in this article,including the basic characteristics of food waste and the mechanism of anaerobicdigestion,the problems in each stage of anaerobic digestion of food waste,and the advantages and disadvantages of strategies and research progress.The development direction of anaerobic digestion and products utilization was also proposed.Keywords :food waste;anaerobic digestion;pretreatment;products utilization㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2019-11-25基金项目:水体污染控制与治理科技重大专项(2017ZX07106001,2015ZX07306001)㊂第一作者:赵佳奇(1996-),女,硕士研究生,主要研究方向为废弃物资源化㊂jiaqizhao0427@∗通信作者:邱春生(1984-),男,博士,副教授,主要研究方向为废水处理及污泥资源化㊂qcs254@0㊀引㊀言根据住建部2019年最新发布的标准,厨余垃圾(food waste)指易腐烂的,含有有机质的生活垃圾,包括家庭厨余垃圾㊁餐厨垃圾和其他厨余垃圾等,其主要成分有瓜果皮壳㊁剩菜剩饭㊁食品加工肥料㊁腐肉和水产品等[1]㊂我国人口众多,加之生活水平的提高以及特色的饮食习惯,使得厨余垃圾产量不断攀升㊂厨余垃圾本身不具毒性,但如不及时处置或处置方式不当将引发卫生安全问题,应当选择合适的方法妥善处理㊂投喂牲畜㊁填埋和焚烧等传统的处理处置方式易引发卫生疾病,产生二次污染㊂厨余垃圾含有丰富的营养元素和无机盐,经适当处理后资源化利用符合厨余垃圾资源化㊁无害化的要求及可持续发展的理念㊂资源化利用的方式包括好氧堆肥㊁生产生物质能环㊀境㊀工㊀程第38卷源㊁饲料化㊁厌氧消化产甲烷等[2]㊂其中,厌氧消化能够降解厨余垃圾中的有机质,控制气味的产生,避免卫生安全问题的产生,且反应系统简单,无二次污染,输入的能量低且可产生甲烷,经济效益好㊂厌氧消化的整个过程无须供氧,输入能量较低,对环境友好,具有反应过程稳定㊁产生清洁能源,实现厨余垃圾无害化和资源化等多种优势[3],是极具潜力和发展前景的厨余垃圾的处理方法㊂如何快速㊁高效㊁节约成本地实现厨余垃圾的厌氧消化成为近年国内外科学研究的热点,也是厨余垃圾厌氧消化工业化亟待解决的问题㊂通过对近年文献的总结和分析,本文介绍了厨余垃圾的基本特性㊁厌氧消化的机理,总结厨余垃圾厌氧消化面临的问题,并分析了对应的国内外调控策略的优缺点研究进展,为我国厨余垃圾的工业化处理提供参考㊂1㊀厨余垃圾厌氧消化存在的问题1.1㊀厨余垃圾特性厨余垃圾的含水率较高,一般在80%左右,其余干物质以可降解有机物为主㊂干物质中包括碳水化合物㊁蛋白质㊁脂肪㊁木质纤维素㊁油脂和少量的金属元素等㊂其中,碳水化合物㊁蛋白质㊁脂肪的含量通常超过干物质的70%[4],具有较高的产甲烷潜力,使厨余垃圾的厌氧消化成为可能㊂厨余垃圾的碳氮比(C/N)一般在10~30,符合厌氧消化C/N值在20~ 25的要求[5]㊂1.2㊀厌氧消化机理厌氧消化过程可分成水解㊁酸化㊁产乙酸和产甲烷4个阶段[6]㊂水解阶段厨余垃圾中的碳水化合物㊁蛋白质和脂肪等悬浮颗粒有机质被微生物水解成如多糖㊁多肽和有机酸等可溶有机质;酸化阶段短链有机质被产酸菌降解成如葡萄糖㊁氨基酸㊁VFAs(挥发性脂肪酸)㊁NH3和H2S等;乙酸化阶段葡萄糖和氨基酸被产乙酸菌利用生成乙酸㊁H2和CO2;甲烷化阶段产甲烷菌将乙酸㊁H2转化成CH4和CO2㊂1.3㊀厨余垃圾厌氧消化存在问题厨余垃圾的营养物质丰富,C/N符合厌氧消化的要求,但是总结近年国内外文献发现,厨余垃圾的厌氧消化仍然面临许多问题:1)厨余垃圾的颗粒较大,且其中复杂的有机质,如木质素和角蛋白在厌氧条件下几乎不可生物降解,而化合物如木质纤维素和细胞壁虽可生物降解,却很难被生物利用[7],这些因素都会减慢厨余垃圾的水解速度,延长厌氧消化的停滞时间㊂2)与产酸菌相比,产甲烷菌的时代周期长,消耗有机酸的能力有限,且易受环境因素波动和重金属等有毒物质的影响[8],故当系统有机负荷较高时,VFAs 的产生和消耗不平衡,易有系统酸化的情况出现[9]㊂另外,氨氮是微生物的营养物质,且能够提高系统的缓冲能力[10],但是厨余垃圾的蛋白质含量较高时,厌氧消化系统经常面临氨氮抑制的问题,抑制厌氧微生物的活性,使得系统产气效率降低[11]㊂3)产甲烷菌是古生菌,主要分为乙酸营养型甲烷菌和氢营养型甲烷菌两大类群[12]㊂在产甲烷阶段,乙酸营养型产甲烷菌发挥主要作用,将乙酸脱羧分解成为CH4和CO2,而氢营养型产甲烷菌将H2作为电子供体,CO2作为电子受体,最后生成CH4和H2O㊂但是,厨余垃圾厌氧消化产生的沼气中CH4只占40%~70%,剩下的大部分是CO2,少量的H2S和其他杂质[13],所以产物沼气热值低(图1)㊂图1㊀厨余垃圾厌氧消化机理和限制因素Figure1㊀Mechanism and limiting factors of anaerobic digestion offood waste2㊀调控策略2.1㊀预处理厨余垃圾中的有机物通常以颗粒物形式存在,且成分复杂,包含木质纤维素㊁蛋白质㊁脂肪等大分子有机物,水解过程缓慢,是厨余垃圾厌氧消化的限速步骤㊂物理㊁化学㊁生物等预处理方法可减小厨余垃圾颗粒物的尺寸㊁破坏大分子难降解有机物的结构,加速水解,缩短厌氧消化停滞时间,提高甲烷产量[14]㊂2.1.1㊀物理预处理物理预处理方法包含超声波㊁热处理㊁冻融和微波处理等手段,相关研究见表1㊂超声波的空化作用441第12期赵佳奇,等:厨余垃圾厌氧消化处理难点及调控策略分析和水分子冻结的冰晶产生的机械作用使细胞壁破解,破坏细胞膜结构,使细胞内有机物质更多溶出,与水解酶充分接触,增大水解效率,缩短消化时间㊂微波预处理与热处理机理相似,利用电磁场的热效应加热破坏细胞有机质结构,但与传统的热处理方法相比,微波预处理加热速度快㊁热效率高㊁设备体积小[15]㊂考虑处理效果的同时,预处理成本与额外获取的能源也是应该重视的问题㊂额外获得能源和预处理投入相抵后,冻融预处理因无须添加化学药品与低能量输入,是具最高利润(10~15欧元/(t㊃kW))的预处理方法[16]㊂近年来,水热预处理逐渐成为研究热点,具有更大的发展前景㊂水热预处理不仅受温度和停留时间的影响,还与压力有关㊂由于水蒸气容易获得,很多工业生产过程都可能产生大量的水蒸气且无法合理利用,所以水热预处理的成本更低,并且能实现能量的循环[17]㊂此外,荷兰Sustec公司研发出的TurboTec热水解工艺为连续流热水解工艺,可将污泥热水解后通过热转换器回收热能,使热水解预处理的热能回收利用成为可能㊂现有能源的利用和能量回收系统的研究,是实现处理效果与经济效益共赢的重要发展方向㊂表1㊀厨余垃圾物理预处理厌氧消化的相关研究Table1㊀Summary of typical studies of physical pretreatments on food waste anaerobic digestion消化基质预处理厌氧消化方式条件条件效果文献厨余垃圾超声250W,40min37ħ,50d+42.6%累积产气量;+7.6%CH4浓度[18]木质纤维素蛋白质超声93Wh/L35ħ,20~25d+71%累积产气量;+23%累积产气量[19]厨余垃圾热处理160ħ,125min35ħ,30d+56%SCOD[20]餐厨垃圾冻融-20ħ,冷冻24h;25ħ,解冻12h35ħ,12d-42%消化时间[21]污泥+餐厨垃圾热解+微波120ħ,30min;80ħ,700W,400s37ħ,60d+41.4%沼气产率;+38.9%甲烷产率[22]㊀㊀注: + 表示预处理后增加的指标; - 表示预处理后减少的指标㊂2.1.2㊀化学预处理H+和OH-能溶解脂类物质使厨余垃圾中的固体细胞裂解溶出有机质,也可破坏纤维素和半纤维素之间的氢键结合,从而破坏木质素与多糖之间的酯键和醚键,提高后续厌氧消化过程中有机物质的水解速率㊂因为成本低廉,在促进复杂有机质降解方面速度更快㊁效率更高等优点,酸或碱预处理用于提高有机垃圾厌氧消化沼气产率已得到广泛的研究[14]㊂添加强碱弱酸盐NaHCO3作为缓冲剂的厨余垃圾厌氧消化实验结果表明,接种物与底物比(ISR,基于VS)为1ʒ1.4时,添加1000mg/L NaHCO3,厌氧消化能力比对照组提高了33.30%,而ISR为1ʒ2.8时产甲烷率提高了48.50%[23]㊂但是,Ma等[16]研究了5种不同预处理方法对厨余垃圾的增溶性和厌氧生物降解性的影响,发现热酸预处理的增溶效果最高,但累积沼气产量并不是最高,其原因可能是加酸后引起的增溶伴随着抑制物和难降解化合物的形成㊂另外,酸碱预处理对沼气产量的促进效果与加入的酸碱浓度有关,低浓度酸或碱处理效果有限,而高浓度处理会导致大量的干物质流失,并抑制产甲烷菌的活性,降低厌氧消化效率,所以对厨余垃圾预处理时必须选择适当的酸碱浓度㊂臭氧氧化预处理,指依靠㊃OH和 COO-降解如脂类㊁蛋白质和木质素等大分子有机质,提高厨余垃圾厌氧消化沼气产量的过程[24]㊂臭氧氧化有诸多优点,如在常温常压下进行,不会增加反应器中的盐浓度,而且处理完毕后无氧化剂残留,也不会产生有毒或有抑制作用的物质[25]㊂Ariunbaatar等[24]发现,不同浓度的臭氧对厨余垃圾进行氧化预处理后厌氧消化,能提高22%~46%的累积甲烷产气量㊂但是,臭氧氧化产生的㊃OH可破坏碳水化合物的结构而降低CH4产量,且预处理过程中可能产生未知的难降解中间产物,所以部分研究发现臭氧氧化预处理后,甲烷产量增幅较小甚至甲烷产量降低㊂另外,因臭氧发生装置耗电量较大,操作成本较高,处理后强化产生的生物甲烷不足以补偿臭氧发生器能耗,且操作危险系数高,故近年来臭氧氧化预处理促进厨余垃圾厌氧消化研究较少㊂2.1.3㊀生物预处理生物预处理的本质是酶预处理㊂酶预处理即通过外加酶的方式加速厨余垃圾水解的过程,包括肽酶㊁碳水化合物水解酶和脂肪酶等[26]㊂酶催化反应具有高效性和专一性的优点,可以定向转化固态和液态蛋白质㊁脂肪㊁纤维素等大分子有机物㊂研究发现[27],相比于其他预处理方式,酶预处理对厨余垃圾SCOD的溶出效果最好,对厨余垃圾水解效果更有优541环㊀境㊀工㊀程第38卷势,并且可大大缩短厌氧消化周期,提高厨余垃圾转化产甲烷效率㊂Moon等[28]使用淀粉酶㊁肽酶和脂肪酶混合后处理厨余垃圾,发现酶添加量为0.2%时效果最佳,固相去除率比对照组增加50%左右,中温厌氧消化产气率显著增加㊂Kim等[29]研究发现:酶预处理厨余垃圾厌氧消化水解和产气效率比空白组分别提高了2.3,3.5倍㊂虽然酶预处理操作简单,不产生二次污染物,且能促进厨余垃圾厌氧消化水解和产甲烷效率,但是成本较高仍未得到广泛应用㊂酶预处理是预处理方法中有前景的发展方向,未来应向降低成本方向研究㊂预处理的直接作用效果是增溶,继而依靠厌氧微生物降解溶解物影响CH4产量㊂总结上述各种预处理方法发现,增溶效果的增强与甲烷产量并不一定呈正相关,如臭氧氧化和生物处理会对甲烷产率产生负面影响㊂另外,不同的预处理方式会造成不同的额外投入,如通过超声波㊁臭氧等预处理手段提升甲烷产率获得的额外能源不足以补偿预处理的能源消耗㊂故投资少㊁能量利用效率高㊁可使甲烷产率显著提高的预处理方法是今后的研究焦点㊂此外,已经普遍应用在城市污泥预处理研究中的能量回收和循环利用方法也是厨余垃圾预处理的潜在研究方向之一㊂2.2㊀消化方式厌氧微生物易受环境因素的影响,如温度㊁pH㊁VFAs㊁碳氮比等都会影响微生物活性㊁引起厌氧微生物种群的变化,影响厨余垃圾厌氧消化的效率㊂当厨余垃圾中碳水化合物或者蛋白质含量高时,VFAs和氨氮的含量高,消化系统易酸败或者产生氨氮抑制的情况,影响厨余垃圾厌氧消化的产气效率㊂为保持厌氧消化系统的稳定,可通过投加缓冲剂㊁微量元素㊁对微生物进行酸或碱性的耐受性驯化及两相消化和共消化的方式进行调节㊂但是投加缓冲剂㊁微量元素不仅增加成本,且微量元素会对后续的沼液沼渣造成污染,同时产甲烷菌时代周期长,对微生物驯化需要时间较长[30]㊂综合考虑,对于VFAs的积累和碳氮比的不平衡造成的抑制现象,两相厌氧消化和厌氧共消化是较为经济㊁安全的办法[31]㊂2.2.1㊀两相消化厌氧微生物中产酸细菌世代时间短,生长速率快,可以产生大量有机酸,但产甲烷菌世代时间长,增殖速率慢,消耗有机酸能力有限㊂当产甲烷菌受到环境因素波动而活性被抑制时,无法将产生的酸转化为CH4,造成酸的产生与消耗不平衡,出现挥发性脂肪酸(VFAs)积累,导致整个系统瘫痪的现象,也称 酸败 [8]㊂两相消化是指餐厨垃圾厌氧消化的产酸和产甲烷2个阶段分别在2个反应器内完成,使产酸菌与产甲烷菌在各自适宜的环境中生长,避免反应过程中微生物之间相互抑制和VFAs积累的现象,以发挥各自最大的活性,提高系统的稳定性与消化效率㊂两相反应器有CSTR-CSTR串联㊁SBMR-ASBR㊁循环两相厌氧消化(R-TPAD)等,以及新型的双环嵌套式厌氧发酵罐,其内环产酸相在完成水解和酸化步骤的同时,减轻了外环产甲烷相受到酸积累的冲击,该反应器容积产气率平均达到1.69m3/(m3㊃d),MLVSS去除率达到77.20%[32]㊂近年来,两相消化的研究多于单相消化,但在工业应用水平上,餐厨垃圾单相消化占绝对优势,这可能是由于现有的两相厌氧消化工艺在消化时间和处理效果方面相比单相优势较小,且在系统操作和维护方面更加复杂㊂2.2.2㊀共消化厌氧微生物的生长需要适当的营养元素配比,然而厨余垃圾往往含有较多的C元素,而N元素和金属元素含量较少,不能满足产酸菌和产甲烷菌的生长需求㊂研究发现,厌氧发酵的最优C/N为15.5~19,而厨余垃圾的C/N往往高于20[33],所以当厨余垃圾单独进行厌氧消化时,常由于营养元素的不平衡,消化系统易发生酸败或氨氮抑制的现象㊂为了提高产气效率,研究发现,通过将厨余垃圾与纸类垃圾㊁动物粪便(猪粪㊁牛粪和鸡粪等)㊁秸秆㊁污泥等进行混合消化,可使基质的C/N处于适宜范围以提高产气效率㊂Qin等[34]对食物垃圾和纸类垃圾(PW)进行共消化,发现在PW含量低于50%的情况下,去除VS 约80%,去除碳水化合物约90%㊂此外,污泥与餐厨垃圾共消化具有协同效应,可提高系统的稳定性,当污泥与食物垃圾的比值为1ʒ1时,甲烷产率提高达4.59倍[35]㊂上述各种影响因素和相应技术手段对餐厨垃圾厌氧消化产甲烷效率的影响,都可归因于对产酸菌和产甲烷菌活性的影响㊂厌氧消化系统的稳定和甲烷产量的提高,一是要考虑消化基质的溶解度和降解性,二是2类厌氧微生物的活性和丰度㊂前者可通过2.1节的预处理方法解决,但后者对微生物丰度的研究相对较少㊂目前的研究也逐渐向保持微生物活性,提升微生物丰度的方向发展㊂641第12期赵佳奇,等:厨余垃圾厌氧消化处理难点及调控策略分析2.3㊀消化产物的升级和利用厨余垃圾厌氧消化的产物沼气成分复杂,包括CH4㊁CO2㊁N2㊁H2S和硅氧烷等[36]㊂其中:1)CO2含量越高,沼气中的热值越低;2)除甲烷外,沼气中其他气体是沼气污染物㊂H2S和NH3具有极强的腐蚀性,燃烧后产生的SO2会破坏热电联产装置和金属部件㊂而硅氧烷,即使浓度很小,但燃烧后产生的硅胶类氧化物能残留沉积在燃烧设备的引擎和阀门上造成故障[37]㊂这些原因都会导致厌氧消化产生的沼气不能直接利用,因此需要通过物理化学技术㊁生物技术等对产生的沼气进行净化和升级[38],以提高热值,将其转化为更高标准的燃料能源㊂常规的沼气净化升级方法总结见表2㊂表2㊀沼气净化升级方法Table2㊀Summary of typical studies of biogas upgrading技术方法原理优缺点文献水洗CH4在水中溶解度低于CO2去除效率低,存在CH4损失[39]深冷分离CH4和CO2的冷凝温度不同CH4损失少,成本高[40]有机溶剂物理吸附CH4和CO2在有机溶剂中的溶解度不同H2S会降低CO2的吸收能力,需先分离H2S[41]胺溶液化学吸附胺溶液与CO2的选择性反应无CH4损失[42]膜分离CH4的分子尺寸>CO2和H2S 成本低,操作简单[43]㊀㊀沼气燃烧发电和供热是沼气利用的两大主要方式㊂目前德国利用沼气和生物甲烷发电的比例为74%,对生物质发电的贡献最大㊂沼气燃烧产生的热量可用于住宅和社会建筑㊁办公室㊁车间的供暖,以及水供暖(31%的沼气厂设置在社会建筑下面)和干燥过程(42%的沼气厂涉及此功能)[44]㊂另外,瑞典在免收能源税和二氧化碳税㊁减收气体燃料的车辆使用税等一系列优惠政策下鼓励沼气作为车用燃料使用[45]㊂我国拥有众多的农村家用沼气池,简单收集后沼气可直接作为替代燃料燃烧用于烹饪和取暖,但其地理分布比较分散,不利于进行统一收集与利用㊂3㊀展㊀望厨余垃圾作为有机物含量丰富的废弃物,厌氧消化是较成熟且极具潜力的餐厨垃圾资源化利用技术,而有效提升厌氧消化产气效率是该技术大规模应用的关键㊂由于厨余垃圾存在丰富的大颗粒有机质,厌氧消化过程存在水解速率慢,易酸化或产生氨氮抑制的现象导致系统崩溃,且产气热值低等问题㊂预处理可有效提高厨余垃圾的水解效率,缩短停滞时间;两相厌氧消化和共消化可为缓解酸败和氨氮抑制等问题,从而提升厌氧消化效率;产物沼气可通过升级净化后进行利用㊂但是预处理㊁两相厌氧消化以及后续的沼气升级需要额外的药剂㊁设备和装置,增加成本的投入以及能量的输入㊂然而,上述处理方法厌氧消化效率提升获得的额外能源往往不足以补偿额外的成本投入,所以如何选择提升产气效率效果更好,成本投入更低的方法,以及厌氧消化全过程能量回收系统都是未来研究的发展方向㊂参考文献[1]㊀国家质量监督检验检疫总局,国家标准化管理委员会.GB/T19095 2019.生活垃圾分类标志[S].北京:中国标准出版社,2019.[2]㊀农传江,徐智,汤利,等.餐厨垃圾特性及处理技术分析[J].环境工程,2014,32(增刊1):626-629,692.[3]㊀CHEN Y,CHENG J J,CREAMER K S.Inhibition of anaerobicdigestion process:a review[J].Bioresource Technology,2008,99(10):4044-4064.[4]㊀张韩,李晖,韦萍.餐厨垃圾处理技术分析[J].环境工程,2012,30(增刊2):258-261,282.[5]㊀ZHU N W.Effect of low initial C/N ratio on aerobic composting ofswine manure with rice straw[J].Bioresource Technology,2007,98(1):9-13.[6]㊀GONZALEZ-FERNANDEZ C,SIALVE B,MOLINUEVO-SALCESB.Anaerobic digestion of microalgal biomass:challenges,opportunities and research needs[J].Bioresource Technology,2015,198:896-906.[7]㊀BRAGUGLIA C M,GALLIPOLI A,GIANICO A,et al.Anaerobic bioconversion of food waste into energy:a critical review[J].Bioresource Technology,2018,248(Pt A):37-56. 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污泥中温厌氧消化物料平衡与能量平衡以及厌氧消化对污泥脱水性影响
酸将在污泥中积累，破坏碱性发酵；但如果加入的生污泥过少，消化池的容积将增大，增加运行费 用。因此，污泥的投配率应适当，一般在 5%-12%[4]。实验分析结果中以 5%最好[23]。
(6) 有毒物质。有毒物质主要包括重金属、Na+、K+、Ca2+、Mg2+、NH4+、表面活性剂以及 SO42-、
前言
城市污泥是污水处理厂在对污水处理的过程中产生的固体或半固体的沉淀物质，通常包括初沉 第一产量大， 以体积计为污水处理量的 0.5%～8.0% （含 污泥和剩余活性污泥。 城市污泥的特点[1]是， 水率 99%） ，目前我国城市污水年排放量已经达到 414 亿 m3，二级处理率达到 15%，污泥产生量大 约 1500 万 t/a 左右（按含水率 97%计） ；第二成分复杂，不仅含有大量有机质和 N、P、K 等植物营 养成分，而且含有很多病原微生物，同时还含有一定的重金属和其他有毒有害成分。这样就使城市 污泥的处理处置变得十分复杂。如何处理处置城市污泥，使之变废为宝，循环利用，达到污泥的减 量化、无害化、资源化是摆在世界各国环保工作者面前的一项重要课题。污泥中温厌氧消化是一种 污泥资源化的处理工艺。 1.产生能量 （甲 教其他稳定化处理工艺， 污泥厌氧消化获得广泛的应用的原因是有着一下优点[2]： 烷），有时候超过废水处理过程需要的能量； 2.使最终处置的污泥体积减少 30%-50%；3.消化完全 时，可以消除恶臭；4.杀死病原微生物，特别是高温消化；5 消化污泥容易脱水，含有有机肥效成分， 适用于改良土壤。污泥厌氧消化的主要优缺点是：运行操作比较简单和稳定、处理过程中需排出的 污泥量少。但是运行费用大，能耗亦多。本文主要对污泥中温厌氧消化物料平衡与能量平衡以及厌 氧消化对污泥脱水性影响做研究讨论。
总固体浓度对猪粪厌氧消化的影响及菌群结构分析
江苏农业科学 ２０１９年第 ４７卷第 ５期
为 ７．０。反应初始时，通入 ２ｍｉｎ氮气以保证厌氧环境。每日 定时检测 ｐＨ值、ＮＨ４＋ －Ｎ含量、ＶＦＡｓ含量及产气量，直至产 气结束。 １．４ 项目测定及方法
厌氧消化中物料的流变特性对微生物的传质以及沼气的 生产起到重要作用，流变特性和总固体（ｔｏｔａｌｓｏｌｉｄ，简称 ＴＳ） 浓度相关［３］，研究人员根据 ＴＳ浓度不同，将厌氧消化分为 ３ 种类型，即湿发酵（ＴＳ浓度≤１０％）、半干发酵（１０％ ＜ＴＳ浓 度 ＜１５％）和干发酵（ＴＳ浓度 ≥１５％）［４］。目前，关于 ＴＳ浓 度对畜禽粪便厌氧消化影响的研究主要侧重于厌氧消化产气 效果方面［５－６］，而在发酵基质浓度 对 挥 发 性 脂 肪 酸 （ｖｏｌａｔｉｌｅ ｆａｔｔｙａｃｉｄ，ＶＦＡｓ）成分及含量、甲烷含量以及发酵系统菌群结 构方面尚缺乏充分的系统分析。为此，本研究以固液分离的 猪粪固体为研究对象进行批次发酵，研究不同 ＴＳ浓度对猪粪 固体厌氧发酵过程中 ｐＨ值、ＶＦＡｓ含量、铵态氮（ＮＨ４＋ －Ｎ） 含量及产气量的影响，并对发酵系统的微生物类群结构进行
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江苏农业科学 ２０１９年第 ４７卷第 ５期
王乐乐，郑讯涛，张寓涵，等．总固体浓度对猪粪厌氧消化的影响及菌群结构分析［Ｊ］．江苏农业科学，２０１９，４７（５）：２４４－２４８． ｄｏｉ：１０．１５８８９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－１３０２．２０１９．０５．０５８
总固体浓度对猪粪厌氧消化的影响及菌群结构பைடு நூலகம்析
厌氧消化实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解厌氧消化过程中的微生物学原理。
2. 掌握厌氧消化实验的操作步骤。
3. 分析厌氧消化过程中不同因素对产气量的影响。
4. 探讨厌氧消化技术在有机废物处理中的应用。
二、实验原理厌氧消化是一种在无氧条件下，通过微生物的代谢活动将有机废物转化为甲烷、二氧化碳、水和其他副产品的生物化学过程。
该过程主要分为三个阶段：水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：猪粪、玉米秸秆、厌氧消化菌接种剂、蒸馏水、pH试纸、温度计、搅拌器、气体收集装置等。
2. 实验仪器：恒温培养箱、发酵罐、pH计、气体分析仪等。
四、实验步骤1. 样品准备：将猪粪和玉米秸秆按一定比例混合，加入适量的蒸馏水搅拌均匀，制成有机废物混合物。
2. 接种：将厌氧消化菌接种剂加入混合物中，搅拌均匀。
3. pH调整：使用pH试纸检测混合物的pH值，调整至6.5～7.5。
4. 装罐：将混合物装入发酵罐中，密封。
5. 培养：将发酵罐放入恒温培养箱中，在35℃条件下培养。
6. 产气量测定：每隔一定时间，使用气体收集装置收集发酵产生的气体，并使用气体分析仪测定甲烷含量。
7. 数据分析：记录不同时间点的产气量，分析厌氧消化过程中不同因素对产气量的影响。
五、实验结果与分析1. pH值对产气量的影响：在实验过程中，观察到pH值对产气量有显著影响。
当pH值在6.5～7.5范围内时，产气量较高。
这是因为该pH值范围内，厌氧消化菌的生长和代谢活动最为旺盛。
2. 温度对产气量的影响：实验结果表明，温度对产气量有显著影响。
在35℃条件下，产气量较高。
这是因为该温度范围内，厌氧消化菌的生长和代谢活动最为旺盛。
3. 有机物浓度对产气量的影响：实验结果表明，有机物浓度对产气量有显著影响。
当有机物浓度较高时，产气量较高。
这是因为有机物浓度越高，厌氧消化菌可利用的底物越多，产气量越高。
4. 接种剂对产气量的影响：实验结果表明，接种剂对产气量有显著影响。
1厌氧消化处理有机固废解析
2、pH值 在厌氧处理中，最适pH大致范围在6.8-7.2 (l)由于pH的变化引起微生物体表面的电荷变化，进而影响微生物 对营养物的吸收。 (2)由于多数非离子状态化合物比离子状态化合物更容易渗入细胞， 所以pH还会对有机化合物的离子化作用产生间接影响。 (3)酶只有在最适宜的pH值时才能发挥最大活性，不适宜的pH可使 酶的活性降低，进而影响微生物细胞内的生物化学过程。 (4) 过高或过低的pH值都会降低微生物对高温的抵抗能力
厌氧消化处理有机固废的影响因素
5、有机负荷 增加反应器中总固体含量，即提高了有机负荷率，可以相 应地减少反应器体积，但有机负荷率也不是越高越好，过载后 容易引起酸化，降低生物气产率，最终导致厌氧消化失败
6、毒性物质 厌氧系统中的有毒物质会不同程度地对消化过程产生抑制 作用。这些物质可能是消化物料所含成分或是厌氧菌的代谢产 物，通常包括重金属离子、碱金属、厌氧微生物代谢产物如氨 氮、有毒的有机物
四阶段理论
参与厌氧消化过程的微生物
通过对前面的四阶段理论分析可知： 厌氧消化过程可认为是由水解酸化、产氢、产乙酸和 产甲烷四个阶段组成，各个阶段分别由相应的细菌类群完成： 水解发酵细菌 产氢产乙酸菌 同型产乙酸菌 产甲烷菌
水解发酵菌群
水解发酵菌群为一个十分复杂的混合细菌群，该类细菌将各类复 杂有机质在发酵分解前首先进行水解，因此该类细菌也称为水解 细菌 1 2 将大分子不溶性 有机物在水解酶 的催化作用下水 解成小分子的水 溶性有机物
废水处理
（2）KomPogas工艺
有机垃圾预处 理 厌氧反应器 脱水
固含率为30%-5%，挥发性固含量为 55%-75%，粒径<40mm，pH4.5-7.0， 凯氏氮<4g/kg，(C/N)>18
固废厌氧消化课程设计
固废厌氧消化课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解固体废物的概念、分类及对环境的影响；2. 学生能掌握厌氧消化的基本原理、过程及影响因素；3. 学生能了解我国固体废物处理的政策及发展趋势。
技能目标：1. 学生能运用所学知识，分析固体废物的厌氧消化处理过程；2. 学生能通过实验操作，掌握固体废物厌氧消化的基本技能；3. 学生能运用数据分析方法，评估固体废物厌氧消化处理的效果。
情感态度价值观目标：1. 学生能认识到固体废物处理的重要性，增强环保意识；2. 学生能通过学习，培养对科学研究的兴趣和探究精神；3. 学生能树立绿色、可持续发展的观念，关注我国固体废物处理领域的发展。
课程性质：本课程属于环境科学领域，结合高中生物、化学等相关知识，通过理论讲解和实验操作，使学生了解固体废物的厌氧消化处理技术。
学生特点：高中生具有较强的逻辑思维能力和实验操作能力，对环保问题有一定的关注，但可能对固体废物处理技术了解不足。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生的动手能力和解决问题的能力，同时培养学生的环保意识和科学素养。
通过本课程的学习，使学生在知识、技能和情感态度价值观方面取得具体的学习成果。
1. 固体废物概述：固体废物的定义、分类、来源及危害；教材章节：第二章第一节内容安排：1课时2. 厌氧消化原理：微生物代谢过程、产甲烷菌的作用；教材章节：第二章第二节内容安排：2课时3. 厌氧消化影响因素：温度、pH、有机负荷等；教材章节：第二章第三节内容安排：2课时4. 固体废物厌氧消化工艺：湿式消化、干式消化、两相消化等；教材章节：第二章第四节内容安排：2课时5. 厌氧消化设备与操作：消化罐、搅拌设备、气体收集设备等；教材章节：第二章第五节内容安排：2课时6. 固体废物处理政策与发展趋势：我国相关政策、技术发展现状及未来趋势；教材章节：第二章第六节内容安排：1课时7. 实践操作：实验室规模的厌氧消化实验；教材章节：第二章实践操作内容安排：4课时1. 讲授法：通过生动的语言、具体的实例，讲解固体废物厌氧消化的基本概念、原理和工艺，使学生在短时间内掌握知识要点。
《固体废物资源化利用》期末考试复习题及参考答案
固体废物资源化利用复习题（课程代码372011）一、填空1. 控制固体废物污染环境的经济政策包括_______、_______、_______、_______ 等。
2. 固体废物与废水和废气相比,有着明显不同的特征,它具有鲜明的_____________、________ 和 _________ 等特征。
3. 固体废物的机械强度通常用静载下测定的________ __、____ _____、____ ____和____ _____来表示。
4. TCDD是指______________________。
5. 废物固化方法主要是用于处理__________________ 。
6. 固体废物按照来源可分为________ 、_____ 、____ 、____ 等。
7. 污泥脱水方法主要有______ ________、_______________等。
8. 固体废物焚烧过程主要分为______________、_____________、____________三个阶段。
9. 从煤矸石中回收黄铁矿常用_______作捕收剂；从粉煤灰中回收炭常用_______作捕收剂。
10. 在浮选过程中,为了加强物质表面的亲水、疏水性能,常需要加入浮选药剂,浮选药剂可分为___________ 、______________ 、_____________ 。
11．固体废物的处置方法可以按其最终去向分为_____________ 和 ___________ 。
12．控制固体废物污染的技术原则有___________、_____________、_____________。
13. 影响堆肥化的因素主要包括_________ _、_____ ______、__________、__ ____、____ ___、__ 等。
14. 固化所用的惰性材料称为_______________。
15. 固体废物来自人类活动的许多环节,主要包括_______________和_______________。
污泥厌氧消化过程中的微生物群落结构分析
污泥厌氧消化过程中的微生物群落结构分析污泥厌氧消化过程是一种常见的生物处理技术，可以有效地处理有机废水。
其中微生物群落是影响污泥消化效果的重要因素之一。
因此，对污泥厌氧消化过程中的微生物群落结构进行研究，不仅有助于了解污泥内微生物代谢功能和转化途径，还可以为进一步提高污泥消化效率提供理论依据。
微生物群落在厌氧消化过程中的变化污泥厌氧消化过程中，微生物群落的组成和分布随着环境条件的变化而发生变化。
消化池内温度、pH值、压力、厌氧菌、有机物种类和浓度等环境因素对微生物群落结构都有显著影响。
一些研究表明，污泥厌氧消化过程中，压力和温度对微生物群落结构的影响最为显著。
具体地说，在污泥厌氧消化过程中，产气菌和乙酸发酵菌在消化早期占据主导地位。
当有机物分解进一步进行时，硫酸盐还原菌和丙酸发酵菌的数量开始增加。
而在消化后期，甲烷生成菌则占据了主导地位。
这些微生物群落的变化直接影响了污泥厌氧消化过程中的产气和甲烷产量。
微生物群落结构分析方法为了准确地了解污泥厌氧消化过程中微生物群落的结构，需要借助一些现代分子生物学方法。
其中最常用的方法有PCR-DGGE、T-RFLP和高通量测序技术。
PCR-DGGE法基于DNA序列的多样性和不同序列片段的独特性，通过电泳技术对PCR扩增产生的DNA片段进行快速、高通量的分析。
这种方法简便易行，可以同时检测多个DNA片段，具有一定的灵敏性和可重复性。
T-RFLP法是基于DNA序列的长度差异，使用限制性内切酶切割扩增出的DNA片段，然后进行电泳分析。
这个方法快速、高通量，对于大规模样品的检测具有优势。
而且比PCR-DGGE方法更加准确。
高通量测序技术是近年来发展起来的一种研究微生物群落结构的新方法。
它可以同时检测数千到数万条DNA序列，对于微生物群落的种类和数量的检测有非常高的准确性。
微生物群落结构研究的意义通过研究污泥厌氧消化过程中微生物群落的结构，可以深入了解微生物在厌氧消化过程中的生态角色和代谢转化途径。
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4厌氧消化运行影响因素分析
产甲烷反应是厌氧消化过程的控制阶段，因此，一般来说，在讨论厌氧生物处理的影响因素时主要讨论影响产甲烷菌的各项因素；主要影响因素有：温度、pH值、氧化还原电位、营养物质、有机负荷率（F/M比）、有毒物质等等。
1).温度因素:
温度对厌氧微生物的影响尤为显著，厌氧消化中的微生物对温度的变化非常敏感（一天内的变化范围在1.5～2℃以内为宜），温度的突然变化，对甲烷产量有明显影响，温度突变超过一定范围时，则会停止产气。
厌氧细菌可分为嗜温菌（中温菌）、嗜热菌（或高温菌）；相应地，厌氧消化分为：常温消化（10～30℃）、中温消化（33～35℃）和高温消化（50～55℃）；高温消化的反应速率约为中温消化的1.5～1.9倍，产气率也相对较高，但气体中甲烷含量较低；当处理含有病原菌和寄生虫卵的废水或污泥时，高温消化可取得较好的卫生效果，消化后污泥的脱水性能也较好；随着新型厌氧反应器的开发研究和应用，温度对厌氧消化的影响不再非常重要（新型反应器内的生物量很大），因此可以在常温条件下（20～25℃）进行，以节省能量和运行费用。
2). pH值和碱度：
pH值是厌氧消化过程中的最重要的影响因素，pH值的变化直接影响着消化过程和消化产物；重要原因：产甲烷菌对pH值的变化非常敏感，一般认为，其最适pH值范围为6.8～7.2，当pH<6.5或pH>8.2时，产甲烷菌会受到严重抑制，而进一步导致整个厌氧消化过程的恶化。
厌氧体系中的pH值受多种因素的影响：进水pH值、进水水质（有机物浓度、有机物种类等）、生化反应、酸碱平衡、气固液相间的溶解平衡等；厌氧体系是一个pH值的缓冲体系，主要由碳酸盐体系所控制；一般来说：系统中脂肪酸含量的增加（累积），将消耗，使pH下降；但产甲烷菌的作用不但可以消耗脂肪酸，而且还会产生，使系统的pH值回升。
一般通过控制碱度来控制pH值，通常碱度控制在2500～5000mgCaCO3/L比较合适，
3).氧化还原电位（ORP或Eh）：
产甲烷菌是专性厌氧菌，氧对产甲烷菌有毒害作用，因此必须创造厌氧的条件。
厌氧环境，主要以体系中的氧化还原电位来反映，一般控制在Eh为-300mV左右。
高温厌氧消化系统适宜的氧化还原电位为-500~-600mV；
中温厌氧消化系统及浮动温度厌氧消化系统要求的氧化还原电位应低于-300~-380mV。
产酸细菌对氧化还原电位的要求不甚严格，甚至可在+100~-100mV的兼性条件下生长繁殖；产甲烷菌的最适氧化还原电位为-150~ -400mv，培养产甲烷菌的初期，氧化还原电位不能高于-330mv。
4).有机负荷率（F/M比）：
厌氧生物处理的有机物负荷较好氧生物处理更高，一般可达5～10kgCOD/m3.d，甚至可达50～80kgCOD/m3.d；无传氧的限制；可以积聚更高的生物量。
产酸阶段的反应速率远高于产甲烷阶段，因此必须十分谨慎地选择有机负荷；高的有机容积负荷的前提是高的生物量，而相应较低的污泥负荷；高的有机容积负荷可以缩短HRT，减少反应器容积。
5).营养与C/N比：
厌氧消化原料在厌氧消化过程中既是产生沼气的基质，又是厌氧消化微生物赖以生长、繁殖的营养物质。
这些营养物质中最重要的是碳素和氨素两种营养物质，厌氧发酵原料的
C/N比以（20～30）:1为宜。
原料C/N比过高，碳素多，氮素养料相对缺乏，系统的缓冲能力低，pH易降低，细菌和其他微生物的生长繁殖受到限制，有机物的分解速度就慢、发酵过程就长。
若C/N比过低，可供消耗的碳素少，氮素养料相对过剩，则容易造成系统中氨氮浓度过高，出现氨中毒，会抑制消化过程。
厌氧微生物对N、P等营养物质的要求略低于好氧微生物，其要求COD：N：P=200：5：1；多数厌氧菌不具有合成某些必要的维生素或氨基酸的功能，所以有时需要投加：①K、Na、Ca等金属盐类；②微量元素Ni、Co、Mo、Fe等；③有机微量物质：酵母浸出膏、生物素、维生素等。
6).有毒物质：
挥发性脂肪酸（VFA）是消化原料酸性消化的产物，同时也是甲烷菌的生长代谢的基质。
一定的挥发性脂肪酸浓度是保证系统正常运行的必要条件，但过高的VFA会抑制甲烷菌的生长，从而破坏消化过程。
有许多化学物质能抑制厌氧消化过程中微生物的生命活动，这类物质被称为抑制剂。
抑制剂的种类也很多，包括部分气态物质、重金属离子、酸类、醇类、苯、氰化物及去垢剂等。
常见的抑制性物质有：硫化物、氨氮、重金属、氰化物及某些有机物等：
7). 氨氮：
厌氧消化过程中，氮的平衡是非常重要的因素。
消化系统中的由于细胞的增殖很少，故只有很少的氮转化为细胞，大部分可生物降解的氮都转化为消化液中的氨氮，因此消化液中氨氮的浓度都高于进料中氨氮的浓度。
实验研究表明，氨氮对厌氧消化过程有较强的毒性或抑制性，氨氮以NH4+及NH3等形式存在于消化液中，NH3对产甲烷菌的活性有比NH4+更强的抑制能力。
8). 搅拌和混合：
搅拌可使消化物料分布均匀，增加微生物与物料的接触，并使消化产物及时分离，从而提高消化效率、增加产气量。
同时，对消化池进行搅拌，可使池内温度均匀，加快消化速度，提高产气量。
搅拌方法包括气体搅拌、机械搅拌、泵循环等。
气体搅拌是将消化池产生的沼气，加压后从池底部冲入，利用产生的气流，达到搅拌的目的。
机械搅拌适合于小的消化池，液搅拌和气搅拌适合于大、中型的沼气工程。
9). 接种物：
厌氧发酵中细菌数量和种群会直接影响细菌甲烷的产生。
不同来源的厌氧发酵物种对产气量有不同的影响，添加接种物可有效提高消化液中微生物的种类和数量，从而提高反应器的消化处理能力和产气量。
在开始发酵时，一般要求菌种量达到料液量的5%以上。