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厨余垃圾厌氧发酵定向产酸的影响因素

化工进展 2024年

作者：孙文瑾王雪梅李子富北京科技大学能源与环境工程学院北京市工业典型污染物资源化处理重点实验室

自垃圾分类工作的不断推进落实，厨余垃圾的分出量急剧增长。由于其极易变质，在收集、运输和储存过程中可能会对环境造成二次污染，厨余垃圾的处理处置问题逐渐成为人们的研究热点。现有的主要处理技术有填埋、焚烧、好氧堆肥、厌氧发... 详细信息

自垃圾分类工作的不断推进落实，厨余垃圾的分出量急剧增长。由于其极易变质，在收集、运输和储存过程中可能会对环境造成二次污染，厨余垃圾的处理处置问题逐渐成为人们的研究热点。现有的主要处理技术有填埋、焚烧、好氧堆肥、厌氧发酵等，由于焚烧和填埋的方式是非常不环保的，好氧堆肥和厌氧发酵更具有良好的资源化属性，水解产酸是厌氧发酵技术的一个研究方向，厨余垃圾是产酸的合适原料。因此，本文针对水解产酸技术发展进行了梳理和分析，基于厨余垃圾水解产酸的代谢机理，重点介绍了影响厨余垃圾产酸效果的两种因素，即水解微生物和水解条件。针对挥发性脂肪酸的不同应用场合，分别讨论了其所需的酸类组成，分析总结了不同产酸微生物的类别及其产酸效果，在不同pH、温度、有机负荷以及投加试剂的条件下对产酸的影响，并针对定向产酸需求提出解决方案，希望为未来研究提供支持。

关键词：水解厌氧定向产酸厨余垃圾水解微生物挥发性脂肪酸

温度对厨余垃圾厌氧消化系统启动及性能的影响

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环境科学学报 2024年第7期44卷 281-292页

作者：唐周利李蕾叶文杰韩林沛袁荣焕王小铭彭绪亚重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室重庆400045

为揭示温度对厨余垃圾厌氧消化系统启动、产气性能及耐氨性能的影响,开展了不同温度下的连续两批次实验.结果表明,高温条件下(53℃)反应器启动快、累积甲烷产率(CMY)高,但4500 mg·L^(-1)的氨胁迫会抑制其产甲烷菌丰度,导致CMY和最大产... 详细信息

为揭示温度对厨余垃圾厌氧消化系统启动、产气性能及耐氨性能的影响,开展了不同温度下的连续两批次实验.结果表明,高温条件下(53℃)反应器启动快、累积甲烷产率(CMY)高,但4500 mg·L^(-1)的氨胁迫会抑制其产甲烷菌丰度,导致CMY和最大产气速率(Rmax)分别下降了5.71%和47.79%.48℃和45℃的过渡温度区间,启动稍慢,第2批次中的CMY与高温组没有显著差异(p=0.579~0.805),且与高温组具有高群落相似度,产甲烷菌和产氢产乙酸菌在相同浓度氨胁迫下的耐受性强于高温组.中温组(37℃)耐氨性最强,微生物多样性高,但CMY及Rmax分别显著低于其余温度组40.30%~42.88%和72.88%~93.70%(p=0~0.031).在42℃下运行的反应器启动缓慢,酸积累严重(8346.12~10418.78mg·L^(-1)),而且无法成功产气.在48℃和45℃下长期驯化有望获得和高温厌氧消化类似的消化效率.

关键词：厌氧消化厨余垃圾微生物群落温度

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厨余垃圾厌氧消化对沼气微生物及环境的影响

中国农业科技导报 2024年第6期26卷 159-169页

作者：强敬雯王晚晴唐曼玉张娜武双华威邵恒煊程艳玲北京联合大学生物化学工程学院北京100023 北京联合大学生物质废弃物资源化利用北京市重点实验室北京100023

厨余垃圾可通过厌氧消化生产沼气,实现其减量化和可再生能源的循环利用,促使行业发展向“双碳”目标靠近。总结了厨余垃圾厌氧消化过程中主要水解产酸菌和各营养型产甲烷菌,讨论了厨余垃圾在产沼过程中环境因子对厌氧消化的影响及其与... 详细信息

厨余垃圾可通过厌氧消化生产沼气,实现其减量化和可再生能源的循环利用,促使行业发展向“双碳”目标靠近。总结了厨余垃圾厌氧消化过程中主要水解产酸菌和各营养型产甲烷菌,讨论了厨余垃圾在产沼过程中环境因子对厌氧消化的影响及其与微生物活性间的关系,同时基于厨余垃圾厌氧消化全生命周期研究,分析了沼气生产及其应用对环境的影响。最后,针对厨余垃圾厌氧消化产沼效能低下的问题,在系统优化方面进行了展望,以达到高效回收及高值化利用厨余垃圾的目的,进而实现能源结构转型,推动城市绿色低碳发展。

关键词：厨余垃圾厌氧消化微生物群落环境影响

胞外聚合物螯合镍强化厨余垃圾水解产酸的机理

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环境工程学报 2024年第5期18卷 1425-1433页

作者：景佳张永梅孔鑫袁进太原理工大学环境科学与工程学院晋中030600 太原理工大学环保产业创新研究院晋中030600

生物利用度低是影响微量元素强化厌氧发酵效能的重要原因。以厨余垃圾(food wastes,FW)为基质,将人工螯合剂和胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)与镍(Ni)的络合物分别加入到FW产酸发酵体系中,综合考察螯合剂加入对Ni... 详细信息

生物利用度低是影响微量元素强化厌氧发酵效能的重要原因。以厨余垃圾(food wastes,FW)为基质,将人工螯合剂和胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)与镍(Ni)的络合物分别加入到FW产酸发酵体系中,综合考察螯合剂加入对Ni补充量和FW水解产酸效率的影响。首先通过分析Ni单独补充对FW水解酸化效果的影响,明确Ni的最优和次优投加质量浓度分别为2.5和1.25 mg·L^(−1)。其次,将次优质量浓度下的Ni与螯合剂1∶1络合后补充到发酵体系中,表明螯合剂的加入均可以使Ni-1.25 mg·L^(−1)表现出与Ni-2.5 mg·L^(−1)相当的产酸效率,其中EPS的补充使得VFA产值比次优Ni质量浓度和最优Ni质量浓度条件下分别提高了16.6%和5.7%。最后,通过分析螯合剂加入后对Ni化学形态、微生物丰度和群落结构的影响,提出EPS使Ni在水解产酸体系中表现出最高的生物利用度,同时由于EPS的绿色配体特性保障了产酸细菌的丰度,在有效强化FW产酸发酵过程的同时减少了50%Ni的用量。

关键词：镍生物利用度胞外聚合物厨余垃圾水解产酸

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电场辅助对厨余垃圾好氧堆肥的影响机制研究

中国环境科学 2024年第5期44卷 2554-2561页

作者：何莹莹闵柏林向远昆李惠平谢丽同济大学长江水环境教育部重点实验室上海200092 同济大学环境科学与工程学院上海200092 上海污染控制与生态安全研究院上海200001

以厨余垃圾为原料,在小型反应器中进行32d的高温堆肥,探究电场辅助好氧堆肥中胞外聚合物的变化.结果表明,电场显著加快有机质的生物转化,在堆肥初期增加23.1%的挥发性脂肪酸和40.8%的还原糖含量.与对照组相比,电场组的类富里酸和类胡敏... 详细信息

以厨余垃圾为原料,在小型反应器中进行32d的高温堆肥,探究电场辅助好氧堆肥中胞外聚合物的变化.结果表明,电场显著加快有机质的生物转化,在堆肥初期增加23.1%的挥发性脂肪酸和40.8%的还原糖含量.与对照组相比,电场组的类富里酸和类胡敏酸物质分别提高了91.4%和82.7%.此外,相关性分析表明堆肥期间胞外聚合物变化和有机物转化有显著相关性.首先胞外聚合物的蛋白质成分可能加速电子和氧气的接触,促进有机物的降解,同时其多糖和蛋白质成分可以作为腐殖质前体参与腐殖化过程.而电场促进了堆肥过程中胞外聚合物的分泌,因此胞外聚合物变化可能是电场强化好氧堆肥有机物降解的潜在机制.本文为电场辅助好氧堆肥调控腐殖化过程提供新思路.

关键词：厨余垃圾电场堆肥腐殖化胞外聚合物

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多酶协同预处理厨余垃圾技术优化

化工进展 2024年

作者：胡盼盼肖梦瑶王娜史吉平刘莉中国科学院上海高等研究院上海有机固废生物转化工程技术研究中心

酶预处理是缓解厨余垃圾厌氧消化过程中水解速率受限的有效手段，为提高预处理协同厌氧消化技术对厨余垃圾的生物转化效率，使用不同生物酶对厨余垃圾进行预处理，以水解效率为指标，探究适宜的酶种类、用量和处理时间。根据可溶性化学... 详细信息

酶预处理是缓解厨余垃圾厌氧消化过程中水解速率受限的有效手段，为提高预处理协同厌氧消化技术对厨余垃圾的生物转化效率，使用不同生物酶对厨余垃圾进行预处理，以水解效率为指标，探究适宜的酶种类、用量和处理时间。根据可溶性化学需氧量（soluble chemical oxygen demand， SCOD）的含量变化可知，当预处理条件为700 U/g纤维素酶、400 U/g酸性蛋白酶、80 U/g α-淀粉酶和300 U/g糖化酶共同预处理16 h时，预处理效果最优，酶解液的SCOD、可溶性还原糖和游离氨基酸含量分别达到89200.00 mg/L、39.91 g/L和43.26 g/L，是对照组的2.74、2.45和1.44倍。此外，预处理组淀粉、纤维素等大分子有机物含量也显著降低。经济核算显示，含水率80%的厨余垃圾的多酶协同预处理成本约为381.38元/t，最终“预处理+干式厌氧消化”的总收益约为189.95元/t。结果表明，多酶协同预处理有效促进了厨余垃圾不溶性大分子物质的水解，改善了底物流动性，便于微生物的接触和直接利用，为后续厌氧消化提供更多有利条件。同时，多酶协同预处理条件的优化为厨余垃圾“预处理+厌氧消化”的实际工程应用提供了理论参考。

关键词：厨余垃圾预处理多酶协同厌氧消化条件优化

高固体条件下黑水添加对厨余垃圾厌氧发酵的影响

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环境工程学报 2024年第1期18卷 237-244页

作者：王辉辉王雪梅李子富靳晓辉胡亚伟黄河水利委员会黄河水利科学研究院郑州450003 河南省农村水环境治理工程技术研究中心郑州450003 北京科技大学能源与环境工程学院北京100083

为探究高固体条件下黑水添加对厨余垃圾厌氧发酵性能的影响,设置了不同黑水添加比例以及不同接种比的发酵实验。结果表明,实验初期各组均出现了快速酸化,调节pH至7.3~7.5并添加缓冲剂后,产甲烷过程逐步恢复正常;添加了黑水的混合发酵实... 详细信息

为探究高固体条件下黑水添加对厨余垃圾厌氧发酵性能的影响,设置了不同黑水添加比例以及不同接种比的发酵实验。结果表明,实验初期各组均出现了快速酸化,调节pH至7.3~7.5并添加缓冲剂后,产甲烷过程逐步恢复正常;添加了黑水的混合发酵实验组的累计甲烷产量相比厨余垃圾单独发酵实验组提升不大,而黑水的添加比例较高时,由于氨抑制作用,造成产甲烷量下降了46.7%;接种比由1下降至0.5时,混合比为3∶1和厨余垃圾单独发酵的实验组累计甲烷产量分别下降了73.2%和38.3%,平均甲烷含量分别下降了47.7%和13.0%。说明高固体、低接种比条件下,加入黑水不能有效改善厨余垃圾的厌氧发酵反应。该研究结果可为高负荷条件下厨余垃圾与黑水2种高浓度家庭有机废物流的资源化处理提供理论参考。

关键词：黑水厨余垃圾高固体厌氧发酵产甲烷效率

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外源酶强化厨余垃圾好氧堆肥降解及氮素转化

应用化工 2024年第5期53卷 1015-1020,1026页

作者：向远昆何莹莹张艺蝶姚全福谢丽长江水环境教育部重点实验室、同济大学环境科学与工程学院上海200092 呼和浩特民族学院化学与环境学院内蒙古呼和浩特010051

中温淀粉酶、葡萄糖氧化酶及β-葡聚糖酶分别以60 mg/kg的比例加入厨余垃圾好氧堆肥堆体中,考察其对好氧堆肥过程堆肥周期、固氮效果、有机物降解的影响及其潜在机制。结果表明,尽管堆肥过程中三种外源酶添加没有强化高温期的峰值表现,... 详细信息

中温淀粉酶、葡萄糖氧化酶及β-葡聚糖酶分别以60 mg/kg的比例加入厨余垃圾好氧堆肥堆体中,考察其对好氧堆肥过程堆肥周期、固氮效果、有机物降解的影响及其潜在机制。结果表明,尽管堆肥过程中三种外源酶添加没有强化高温期的峰值表现,但是中温淀粉酶和葡萄糖氧化酶可以使堆肥有机质降解率提高3.8%~4.1%,这可能归因于酶解预处理导致的酸积累。此外,中温淀粉酶和β-葡聚糖酶有效加速了堆肥的氨化过程,而葡萄糖氧化酶有利于硝态氮的累积,提升硝态氮含量6.0%,表明外源酶会产生酶的连锁反应,分别刺激β-葡萄糖苷酶和脱氢酶的活性。

关键词：厨余垃圾好氧堆肥外源酶添加有机物降解酶活性

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厨余垃圾中高温高效厌氧产沼中试研究

环境卫生工程 2024年第2期32卷 39-45页

作者：田启欢高彦达宫亚斌杜睿王立伦姚建刚杭州能源环境工程有限公司浙江杭州311106 维尔利环保科技集团股份有限公司江苏常州213125

针对厨余垃圾资源化和能源化过程中存在的问题,通过中温(38℃)和中高温(44℃)连续厌氧发酵试验,分析不同温度发酵体系的产气特性、过程参数、微生物菌落结构及组成情况。结果表明:在相同进料负荷条件下,相比中温试验组,中高温试验组具... 详细信息

针对厨余垃圾资源化和能源化过程中存在的问题,通过中温(38℃)和中高温(44℃)连续厌氧发酵试验,分析不同温度发酵体系的产气特性、过程参数、微生物菌落结构及组成情况。结果表明:在相同进料负荷条件下,相比中温试验组,中高温试验组具有较高的容积产气率、甲烷产气率等产气特性,且具有较高的底物VS降解率。中高温发酵系统在VFAs、氨氮、总碱度、pH等过程参数分析中更稳定,具有一定的抵抗负荷冲击能力。高通量微生物群落多样性探究中,中高温发酵表现为细菌中菌种相对丰富度多元化,古细菌中产甲烷菌属优势明显,表明中高温厌氧发酵系统中微生物菌落间相互促进和配合,促进了厌氧发酵过程中各物料参数的稳定有序转化,保证了厌氧系统的稳定高效运行。

关键词：厨余垃圾厌氧发酵中高温中温微生物群落