《能源环境保护》厌氧创新技术与资源化应用·虚拟专题

来源：能源环境保护

在全球碳中和目标与循环经济转型的驱动下，厌氧创新技术的革新正成为破解有机废弃物处理与资源化难题的核心路径。随着微生物学、材料科学和过程工程等学科的交叉融合，深化了对厌氧过程物质转化与能量传递的认知，并提出了可工程化的创新方案。《能源环境保护》编辑部整理了2024年已发表的8篇关于厌氧创新技术与资源化应用的论文作为虚拟专题，以期为相关研究人员提供参考。

行业视野: 环境保护
类别; 38个
关键词; 39位
专家; 8篇
论文; 903IP
点击量; 32次
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低碳水处理与资源化技术:厌氧膜生物反应器(AnMBR)的特性、应用与新技术简介

作者(Author)：温汉泉, 潘元, 俞汉青

摘要：厌氧膜生物反应器(AnMBR)集成了厌氧生物处理的高效率和膜技术的精准选择性,开创了污水处理技术的新篇章。在当前全球环境保护意识和资源循环利用需求日益加强的背景下,AnMBR 技术不仅响应了追求低碳水处理的趋势,还在资源回收利用方面展示了广阔的发展前景。本文详细探讨了 AnMBR 的原理、操作优势以及其在当下的应用实践,并阐述了 AnMBR 技术在推广过程中面临的技术挑战和最新的科研进展。即便 AnMBR 在商业化应用中仍存有挑战,但得益于科学研究的不断深入和技术创新的推动,这些挑战正被一一克服。基于 AnMBR 的新技术开发与应用为实现废水资源化利用与推动循环经济方面提供了有力支持。 AnMBR 技术在提高污水处理效率、减少碳排放,以及促进能源和资源的可持续利用方面取得了突破性进展,预示着水处理技术正在向更加绿色、高效的方向发展,对未来水资源管理与环境保护具有深远意义。

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能源环境保护

2024年第01期

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面向厌氧发酵的酒糟-废水混合流动特性模拟研究

作者(Author)：颜蓓蓓, 刘晓芸, 周生权, 陈冠益, 张自强, 张永刚

摘要：酒糟厌氧发酵是当前处理酒糟的有效手段,而基于水力碎浆机的酒糟分离技术在保证稻壳和发酵有机质分离的基础上,具有简化设备并降低能耗的优势。采用ANSYSFluent软件对水力碎浆机内部的酒糟-废水两相流动进行CFD模拟,从速度场、压力场、组分场及流线等方面详细研究了稻壳、有机质和废水的混合流动规律,并进行了稳态和瞬态的流场研究。模拟结果表明,水力碎浆机内转子顶部弯叶内侧的浆料可达到最大速度48.06m/s,并且沿径向逐渐向外衰减至接近于0;由于转子的高速旋转,其前后分别形成了高压区和低压区,最大工作压力为3.06×105Pa;浆液整体呈现离心运动,压力由中心向壁面递增,中心处转子周边由于流动形成极大负压,带动中心浆料向下运动,而壁面处压力最大,达0.125MPa;稳态计算下,水力碎浆机能实现良好混合,混合后浆料固相体积分数为5.72%~5.81%;转子下方的狭缝区域为盲区,此处固定相体积分数达最大值5.81%,因此,可适当提高转子的高度以改进水力碎浆机的性能;瞬态计算下,8min碎浆过程即可达到所需的混合效果。另外,总结了酒糟-废水混合流动规律,即来自顶部中心的酒糟主要是在重力作用下开始下降,随后在靠近水力碎浆机的区域被转子旋转带入左侧或右侧的漩涡区,从而与浆液良好地混合;而来自顶部侧边的酒糟在重力作用下降时,更快地参与了左右两侧的大漩涡运动。研究结果对于优化酒糟-废水制浆运行参数具有重要意义。

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能源环境保护

2024年第06期

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白腐菌与厌氧污泥共培养强化秸秆湿式厌氧发酵

作者(Author)：袁文典, 于麒麟, 张耀斌

摘要：秸秆是广泛存在的可再生生物质资源之一,但由于木质素复合体的难降解性,当前湿式厌氧发酵对秸秆利用程度普遍较低。本研究通过将一种具有高效降解木质素能力的白腐菌———黄孢原毛平革菌与厌氧污泥在微氧条件下共培养,并通过秸秆的湿式发酵,探究共培养对秸秆悬液产甲烷的影响。结果表明,在 0.6 mg / L 溶解氧条件下,与非共培养组相比,共培养组的底物甲烷产率提高了 45%(达到 75.76 mL/ g VS),TCOD 去除率提高了 37%。电化学分析结果显示,共培养能有效提高污泥电容(提高了 182.9%)。黄孢原毛平革菌的引入使秸秆更易被利用,并且秸秆代谢产生的电活性物质加强了腐殖化过程及污泥胞外电子传递,从而增加了甲烷的产量。本研究实现了对未经预处理的秸秆高效厌氧发酵,为秸秆资源化提供借鉴。

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能源环境保护

2024年第01期

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5
水热炭与共基质对苯酚厌氧降解的影响

作者(Author)：邵钱祺, 罗涛, 张士成, 罗刚

摘要：厌氧消化(Anaerobic Digestion, AD)是一种可持续的生物技术,目前已应用于有机废物的处理。难降解的酚类化合物是厌氧消化过程中存在的主要毒性物质之一。本研究探究了水热炭与共基质(葡萄糖)同时添加对苯酚厌氧降解的影响。结果表明,水热炭和共基质的添加缩短了苯酚厌氧消化的延滞期,使其从对照组的 77.5 d 缩短到了 24.6~59.3 d。同时添加水热炭和共基质时,最高产甲烷速率 Rm从 3.53 mL/ d 提高到了 4.86 ~ 6.80 mL/ d,当只添加共基质且共基质浓度过高时,Rm下降。最适的葡萄糖共基质添加浓度为 1.0 ~ 2.0 g / L,高浓度葡萄糖环境可能富集了其它竞争性微生物,使得苯甲酸降解菌和耗乙酸产甲烷菌受到一定抑制。水热炭也有利于富集苯甲酸降解菌,但葡萄糖共基质浓度对群落组成的影响在水热炭存在下会被减弱。本研究利用水热炭和共基质强化苯酚厌氧降解,为苯酚厌氧消化效能提升提供了新思路。

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能源环境保护

2024年第01期

80

2
瘤胃微生物厌氧消化降解木质纤维素废弃物技术研究进展

作者(Author)：穆兰, 徐凤莲, 程占军, 王依凡, 石岩, 陶俊宇, 陈冠益

摘要：木质纤维素类生物质是厌氧消化生产生物能源的重要原料。然而,其复杂的三维结构造成厌氧消化过程中底物转化率低、技术经济性差等问题。反刍动物屠宰场废弃物———瘤胃液能够针对性地强化木质纤维素类生物质的降解与转化,与厌氧消化结合有望提升总体效率。近年来,国内外学者对瘤胃微生物厌氧消化降解木质纤维素类生物质进行了大量研究,同时,基于仿生原理的人工瘤胃发酵系统逐渐兴起。综述了反刍动物瘤胃微生物和木质纤维素组分降解酶的组成、多样性及相关基因,梳理了瘤胃微生物在木质纤维素生物质降解和甲烷、挥发性脂肪酸(VFAs)、氢气及其他增值产品制备等方面的研究进展,概述了仿瘤胃厌氧消化产甲烷系统的构建原理及应用效果,对瘤胃微生物在厌氧消化资源化利用方面的研究提出展望及建议,旨在为瘤胃微生物在木质纤维素类生物质降解转化及高值化利用提供思路与方法。

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能源环境保护

2024年第05期

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5
乙醇发酵预处理耦合生物炭强化城镇有机固废厌氧产甲烷

作者(Author)：王宁, 李美, 李媛, 赵智强

摘要：当前厌氧消化的核心技术原理是种间氢传递(IHT),其对扩散传质依赖高,在处理城镇有机固废(MOSW,主要包括餐厨垃圾和剩余污泥)时易受阻,导致厌氧产甲烷停滞。直接种间电子传递(DIET)对扩散传质依赖低,可取代IHT,成为城镇有机固废厌氧产甲烷的主要工作模式。乙醇型发酵预处理和投加碳基导电材料是促进厌氧消化中DIET的两大手段。以实际城镇有机固废为底物,采用乙醇型发酵预处理耦合生物炭的方法,对强化厌氧产甲烷性能进行探究。结果显示:(1)通过优化酿酒酵母培养时间、接种比及培养基组成,获得了酿酒酵母的最佳培养条件(培养时间为21.17h,接种比为15%,每30mL液体培养基组成为3.00g葡萄糖、0.12g蛋白胨、0.12g酵母浸出粉及微量元素);(2)通过优化乙醇型发酵预处理的温度和酿酒酵母的接种比,获得了乙醇型发酵预处理的最佳工艺条件(最佳发酵温度为37℃,酿酒酵母接种比为20mL/L);(3)设计半连续流厌氧消化实验,探究乙醇型发酵预处理耦合生物炭对城镇有机固废甲烷产量和底物去除的影响。相比于对照组,乙醇型发酵预处理(接种20mL/L酿酒酵母)耦合生物炭(2g/L)组的甲烷产量提高了102.50%,底物去除率提高了16.15%;(4)微生物群落分析发现,乙醇型发酵预处理耦合生物炭提高了Methanosaeta的相对丰度。优化了酿酒酵母的培养条件,确定了乙醇型发酵预处理的最佳温度和接种比,降低了经济成本。通过乙醇型发酵预处理耦合生物炭,构建了厌氧消化中DIET,强化了厌氧产甲烷,提高了城镇有机固废的资源化和减量化。

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能源环境保护

2024年第05期

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升流式厌氧污泥床处理二甲基甲酰胺废水研究

作者(Author)：张新政, 邓梓萱, 张涛, 胡勇, 陈荣, 李玉友, 李大鹏, 潘杨, 孔哲

摘要： N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作为有机溶剂在化工领域得到了广泛的应用。本研究通过对小试升流式厌氧污泥床(UASB) 反应器处理高浓度 DMF 工业废水的实验进行评估。实验中,UASB 在有限有机负荷率( OLR) 范围 1.57 ~ 9.59 kg COD/ ( m3 ·d) 下运行,将水力停留时间(HRT)由 48 h 缩短至 8 h,去除效率优良,达到 95%以上。利用经验方程对 DMF 废水处理过程的 CO2排放量和生物能源产生量进行了估算和评估,相比传统的活性污泥(CAS)工艺,UASB 工艺具有明显优势,能够回收能源并减少 CO2排放,其正净能量潜力为 0.061 kW·h/ m3,同时还显著减少了 6.18 kg/ m3的 CO2排放量。本研究的结果证明了 UASB 工艺在处理 DMF 废水方面的潜力和可行性,并促进了碳中和理念在废水处理中的推广。

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能源环境保护

2024年第01期

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新型磁性水热炭对偶氮染料废水厌氧脱色作用的研究

作者(Author)：田勇, 马蕾, 崔岱宗, 赵敏

摘要：以农业废弃物稻秆为原料,采用水热+化学共沉淀法两步法制备了新型磁性水热炭(MHC),用于提高偶氮染料废水的厌氧脱色效率。采用X-射线衍射(XRD)、比表面测试(BET)、扫描电镜(SEM)、红外光谱分析(FTIR)等检测方法对制备的材料进行了表征。将材料引入厌氧污泥脱色体系中进行厌氧脱色实验,结果表明,在铬黑T浓度为300mg/L,溶液初始pH为7.0,温度为30℃,MHC投加量为5.0g/L,接种污泥量为20%的条件下,反应8h铬黑T的去除率可达96.3%,相比未投加材料组提高了15.6%。分别探究了污泥接种量、电子供体种类、MHC投加量、溶液初始pH和温度对于强化体系厌氧脱色效果的影响。强化体系的脱色效率随污泥接种率和MHC投加量的增加而提高,葡萄糖和蔗糖更适合作为电子供体,溶液pH越低染料去除率越高,最适合的反应温度为30℃。短期厌氧脱色实验结果表明,强化体系的微生物胞内活性氧水平增幅显著小于对照组,超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性更高。磁性水热炭有利于缓解不利环境对微生物的毒害作用。

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能源环境保护

2024年第06期

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