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摘要:针对北方农村地区户用沼气池产气效率低、原料短缺、保温效果差等问题,文章选取两座户用沼气池进行对比试验,以秸秆、鸡粪作为发酵底物,试验池接种瘤胃菌剂,考察低温条件下沼气池运行效果.结果表明,未接种瘤胃菌剂的对照池的日均产气量为0.42 m3·d-1,产生的沼气中甲烷含量为61.56%;接种瘤胃菌剂的试验池的日均产气量达到0.8 m3·d-1,产气中甲烷含量达到65.41%.接种瘤胃菌剂的沼气池发酵过程中还原糖与挥发性脂肪酸产量均有显著提高,并对温度变化的缓冲能力优于未接种瘤胃菌剂的沼气池....
摘要:通过在厌氧氨氧化塔式生物滤池内通入不同浓度的NO气体,探究NO对厌氧氨氧化反应的影响.当NO进气浓度升高至4 018 mg·m-3,NO2--N进水浓度降低至20 mg·L-1时,NO-N在电子受体中的比例升高至78.8%,NO去除速率最高达165.8 mg· d-1,证明厌氧氨氧化菌可以利用NO-N为电子受体进行厌氧氨氧化反应脱除NO.在这一过程中,TN去除负荷与不通入NO时相比下降了74.3%,NO3--N生成∶NH4+-N消耗比从0.26下降至0.13.当NO进气浓度升高至8 036 mg·m-3时,NO对厌氧氨氧化菌产生了抑制,TN去除负荷和NO消耗速率分别下降了47.1%和69.6%,同时NO2--N在电子受体中的比例升高至56.9%.实验证明,提高NO2--N进水浓度能降低高浓度NO对厌氧氨氧化菌的抑制性....
摘要:为解决农村生活污水的高效除碳脱氮问题,以厌氧水解-同时硝化反硝化厌氧氨氧化( SNAD)工艺处理低C/N比农村生活污水。实验结果表明:水解酸化单元进水C/N比为2∶1时,COD的去除率达到69%;产物VFA主要成分为乙酸、丙酸和正丁酸,平均含量分别为88.4%、6.5%与5.1%,VFAs/COD比为0.74;出水C/N比为3∶5。水解酸化单元出水进入SNAD脱氮单元,通过亚硝化、反硝化与厌氧氨氧化的耦合作用,该单元COD与总氮的去除率分别可达到76.7%和84.1%。厌氧水解-SNAD组合工艺COD与总氮总去除率分别达到92.8%和84.1%。...
摘要:好氧颗粒污泥是一种应用于废水生化处理中的新型活性污泥技术,具有结构致密,沉降性能优越,生物处理能力强等特点.通过在气升式内循环间歇反应器启动阶段,接种活性污泥的同时添加活性炭颗粒(AC)的方法,缩短好氧颗粒污泥颗粒化时间,成功培养出了沉降速率大,结构稳定,除氮效果好的活性炭好氧颗粒污泥.并考察了活性污泥絮体-出现颗粒污泥-成熟颗粒污泥-储存-解体-修复的过程,验证了载体强化型好氧颗粒污泥处理低碳氮比废水的可行性.实验结果证明:活性炭好氧颗粒污泥反应器稳定运行时,COD、氨氮、总氮去除率分别可以达到80% ~ 90%、99%、80%.将成熟活性炭好氧颗粒污泥储存12个月,经过恢复培养,物理特性及脱氮性能能够完全恢复到储存前的水平....
摘要:我国作为传统农业大国,除了要提升农业生产效率,满足人民群众的需求之外,还要加强生产过程中产生的固体有机废物治理.只有将固体废物进行合理处理,才能进一步满足农业发展需求和社会资源需求.本文先后探讨了传统农业固体有机废物处理方法与危害、农业固体有机废物处理技术及资源化对策、农业固体有机废物处理技术保障措施等,以期为相关专业提供参考依据....
[博士论文] 靳文尧
工业生态与环境规划 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:我国是农业大国,农业生产过程中产生的固体有机废物因产量大、难处理、污染严重近年被广泛关注,具有代表性的包括纤维素类生物质和禽畜养殖粪便。厌氧消化技术是处理农业固体有机废物的主流技术之一,因环境友好、可持续发展被广泛研究。纤维素类生物质受结构紧密、结晶纤维素等影响很难被普通微生物高效转化,常用的预处理方法存在操作复杂、成本高的问题。因此,有必要研究一种经济有效的预处理方法和一种可以高效转化该类废物的微生物系统,研发适用于广大农村地区的农业固体有机废物处理新技术,具有重大而深远的意义。
  本研究利用反刍动物瘤胃微生物高效降解纤维素类生物质原理,主要考察沼液对玉米秸秆预处理性能,小试、中试与工业化规模条件下体外模拟瘤胃微生物厌氧消化反应器高效降解玉米秸秆与禽畜养殖粪污产甲烷性能,主要研究内容包括:
  (1)采用正交实验方法,利用厌氧消化剩余沼液含有较高浓度氨的特性对玉米秸秆进行预处理。结果表明:经过沼液预处理后的秸秆表层结构被显著破坏,内部酯键、醚键等连接结构化学键断裂,相对结晶度从80%降低至最低的36.2%;9天的预处理时间、25℃左右的环境温度和50%的沼液投加量秸秆预处理效果最好,影响因素排序为预处理时间>预处理温度>沼液投加量;预处理使瘤胃微生物厌氧发酵秸秆产酸达到稳定期时间缩短40%,干物质消化率提高18%左右,与传统氨化剂对比分析,沼液对秸秆表层及内部结构破坏程度更高,对瘤胃微生物厌氧发酵糖化与酸化过程促进作用更明显,可操作性更强。
  (2)模拟反刍动物瘤胃环境,建立小试规模体外模拟瘤胃微生物连续厌氧消化反应器系统,初步探索瘤胃微生物体外驯化培养条件。结果表明:控制pH为6.5以上,39℃培养温度,120rpm的搅拌速度,模拟反刍动物唾液成分配置缓冲溶液,成功在改良的厌氧消化反应器中实现瘤胃微生物体外培养,单独玉米秸秆底物消化系统30天左右系统即可启动成功。干物质含量与停留时间是影响系统中间产物、酶活性和产气量的主要因素,9天停留时间,1g/(L·d)的干物质投加量条件下,系统产气量达到405mL/(g·VS),系统稳定后CH4、CO2和H2的含量约为60%,40%和0%。
  (3)采用Box-Behnken实验设计与响应曲面模型法,优化混合底物预处理及发酵条件,结果表明:预处理时间3天,混合比例1∶1即C/N比为19.37∶1条件下,预处理效果最好,混合物的相对结晶度从81.8%降低至54.74%,发酵水解酸化速率明显高于单独底物。混合底物消化系统22天即可启动成功,共代谢对厌氧消化混合底物性能的提高优于混合预处理,9天停留时间,干物质浓度1g VS/(L·d)和2g VS/(L·d)条件下,系统产气率均达到430mL/(g·VS),系统稳定后CH4、CO2和H2的含量约为60%,40%和0%。
  (4)在小试实验研究基础上,成功建立瘤胃微生物厌氧消化农业固体有机废物工业化试验基地。沼液预处理后的玉米秸秆相对结晶度降低至50~60%,瘤胃菌厌氧发酵干物质消化率达到73.25%,中试规模预处理效果良好;温度和pH是影响厌氧消化系统稳定的主要因素,添加尿素后对单独秸秆消化系统并无明显促进作用。瘤胃菌厌氧消化系统30天左右启动成功,单独秸秆厌氧消化最高含固率可达到3%,总产气量1550L/d左右并维持稳定,单位重量产气量达到395L/(kg·DM);混合厌氧消化系统含固率10%,总产气量维持在5100~5300L/d左右,单位重量产气量维持在420L/(kg·DM)左右,NH4+-N浓度为3000mg/L左右时对系统产气基本无影响;好氧堆肥系统控制C/N比为20∶1左右时,采用分段逐级鼓风控制系统,有机肥产品质量满足并优于NY525-2012《有机肥料》国家标准。
  (5)采用Miseq高通量测序方法,对瘤胃微生物体外演替与协同代谢机理进行了初步探索。结果表明,体外厌氧消化系统中微生物群落结构发生了较大变化,两个发酵系统中均保留了原始瘤胃微生物内核心纤维降解菌属,相对瘤胃细菌,真菌可以更好地适应新的系统,具备更为出色的纤维素类生物质降解能力。单独玉米秸秆厌氧消化系统中,演替出包括以水解纤维素、降解丙酮酸和糖类物质的优势细菌菌群,以水解纤维素与半纤维素及果糖的优势真菌菌群,系统内甲烷菌仍以氢营养型为优势菌群,代谢底物中H2主要来源于产氢产乙酸菌和乙酸分解菌。混合底物消化系统演替出与单独消化系统不同的纤维素水解及酸化细菌优势菌群,系统内甲烷生成包括了氢营养型与乙酸营养型两种途径。瘤胃微生物在体外厌氧消化系统中演替主要受到3个因素诱导,包括:1)生存环境变化导致部分微生物不能适应而被淘汰,2)底物诱导效应如易降解物质增多、氨氮压力等,3)甲烷菌大量富集改变了系统全过程代谢途径,氢分压降低并诱导大量互营菌出现。
  (6)在工业化试验基础上,建立农业固体有机废物综合治理与资源化示范工程,形成IMFZ关键技术(IMFZ,Integrated Methanation,Fertilization and Zero Emission Technology)。以存栏量十万头猪的规模化养殖场为例进行“区域农业固体有机废物处理与资源化中心”工艺设计,采用IMFZ技术协同处理秸秆与禽畜养殖粪污。项目总投资约6500万,年处理猪粪4.86万吨,污水10.44万吨,消纳秸秆2.54万亩,年可减排CO21.37万吨。项目年产天然气396万Nm3,有机肥10800吨,液态商品肥或叶面肥16.2万吨,直接经济效益2322万元,除去运行费用与折旧等,年利润约966.0万元,投资回报期7年左右。对纤维素类生物质收集半径进行分析,得到收购成本是影响纤维素类生物质原料收集半径的主要因素,项目规模越大装卸均摊成本越低,运输成本越高,在总成本中所占比例越大;在实验室小试、工业化中试与示范工程等基础上,建立了农业固体有机废物沼气化、肥料化、零排放集成技术与关键设备示范工程。
[专利] 发明专利 CN201610282232.X
大连理工大学 2016-07-20
摘要:本发明公开了一种利用瘤胃微生物提高干式厌氧发酵有机固体废物资源化利用率的方法,属于有机固体废物资源化处理领域。首先利用沼液等氨化剂对纤维素类生物质进行预处理,预处理后的纤维素类生物质与禽畜养殖废弃物按C/N为20‑30:1的比例进行混合配料,混合过程添加瘤胃微生物菌剂,调节pH为6.5‑7.5,利用瘤胃微生物高效水解和产甲烷的特性进行厌氧发酵。该方法的底物含水率较低,发酵后无沼液消纳问题;对底物进行预处理,提高纤维素类生物质废弃物的生物可降解性;接种体外驯化培养的瘤胃微生物菌剂,可提高底物降解效率和产气效率,并缩短发酵周期;发酵后的沼渣有较好的氮、磷、钾肥效,可直接作为有机肥料,后续处理简单。
[专利] 发明专利 CN201510190596.0
大连理工大学 2015-08-19
摘要:本发明公开了一种高效分解纤维素类有机质废物产沼气的瘤胃功能菌剂的制备、保存及使用方法,该菌剂的微生物菌种来源于自反刍动物瘤胃内容物,取出后迅速装入具有保温功能充满惰性气体的容器内,作为原始菌种。厌氧环境下,以纤维素类有机质作为降解底物,瘤胃内容物为接种物,经过驯化、富集与纯化,得到具有高效纤维素降解能力与甲烷生成速率的微生物菌群,其操作条件为:反应温度为35~45℃,搅拌器转速为100~300转/分,底物浓度为1~10%,pH为6.2~7.5,停留时间为9~20天。该复合微生物菌剂活性恢复快、制作成本低、纤维素降解效率高、沼气产生速率快、单位克重产气量高、无二次污染问题,适用范围广泛。
[专利] 发明专利 CN201410842728.9
大连理工大学 2015-04-22
摘要:本发明提供了一种无纺布环形填料启动SNAD工艺的方法,属于水处理技术领域。采用一种填料在同一个反应器中同时进行亚硝化、厌氧氨氧化和反硝化反应,内层无纺布与外层骨架组成的无纺布环形填料,经过驯化培养使填料表面挂上厌氧氨氧化菌,通过投加有机碳源以及驯化好的异养型反硝化菌,将一部分的硝酸盐转化为氮气,最后投加亚硝化菌使外层亚硝化菌消耗大部分溶解氧并将部分氨氮转化为亚硝酸盐,为ANAMMOX菌的生长代谢提供合适比例的降解底物,同时也为反硝化菌提供有利的厌氧环境,本发明挂膜效果更佳,并且驯化周期更短,是一种可持续污水处理技术,具有广阔应用前景。
[专利] 发明专利 CN201310432108.3
大连理工大学 2014-01-01
摘要:本发明涉及生物质废弃物前处理方法及其资源化利用的生物技术。首先利用沼液对生物质废弃物前处理,再利用瘤胃微生物对其进行厌氧生物转化;发酵过程为:从反刍动物瘤胃内取出瘤胃液,接种到盛有前处理过的生物质废弃物和缓冲溶液的厌氧发酵反应器中;厌氧发酵反应器运行,收集产生的沼气,液相和固相产物。本发明可将生物质废弃物干物质消化率提高10-20%,发酵时间缩短3-10天,产甲烷效率可达210-250mL/g·干重。发酵产生的沼液可循环用于前处理,沼渣处理后可用于有机肥。
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