基于RSM模型的碱与超声联合破解污泥工艺优化

运用响应曲面法(RSM)研究碱解和超声联合作用对污泥破解的影响,以加碱量(0~0.16 g NaOH·(g TS)-1)和超声能量(4 000~20 000 k J·(kg TS)-1)为影响因素,分析其对污泥破解度、溶解性蛋白质和多糖浓度的影响规律,建立了二次多项回归模型,并实现了组合工艺的优化和验证。结果表明,加碱量对污泥破解效果的影响高于超声能量,最佳处理工艺条件为加碱量0.1 g Na OH·(g TS-1)和超声能量12 000 k J·(kg TS-1)。最佳工艺条件下,污泥破解响应值为污泥破解度40.13%,溶解性蛋白质1 365.46 mg·L~(-1)和多糖350.11 mg·L~(-1),与预测值吻合度较高,为碱解和超声联合预处理在污泥破解、厌氧消化预处理领域的应用提供了理论支持和数据支撑。     

热水解预处理对剩余污泥可生物降解性的影响

针对剩余污泥可生物降解性差的问题,以热水解作为预处理手段,研究了其对剩余污泥可生化性的提高作用。热水解在175℃,0.6~0.8 MPa条件下进行30 min。结果表明,剩余污泥经热水解后,水解率可达48%,挥发性脂肪酸浓度提高7~8倍,COD当量平均7 800 mg·L~(-1),生化产甲烷潜力提高43%左右。厌氧消化实验中,组合有热水解预处理的温度两相工艺和中温单相工艺容积产甲烷率为0.760和0.719 L·(L·d)-1,甲烷产率为0.288 L·g-1和0.255 L·g-1,均显著高于传统中温单相工艺的0.376 L·(L·d)-1和0.138 L·g-1。组合工艺的挥发性有机物去除率为48.64%和46.51%,比传统工艺高8%~11%。比甲烷产率提高约50%,表明这些被转化的有机物较传统工艺中被转化者产能更多。工艺对比发现,虽然热水解联合温度两相工艺效率最高,但热水解联合中温单相工艺几乎同样高效且工艺更简单实用。     

热碱预处理对高含固剩余污泥厌氧消化的影响及其动力学研究

以高含固剩余污泥为研究对象,考察不同碱投加量下热碱联合预处理对剩余污泥溶胞效果和厌氧消化性能的影响,并运用3种动力学模型对剩余污泥生物化学产甲烷潜力过程进行模拟。结果表明,热碱联合预处理有助于促进剩余污泥的溶胞效果,并且随着碱投加量的增加,溶胞效果不断增强,当碱投加量为80mg/g(单位质量SS的NaOH投加量计)时,COD、氮、磷的溶出量均达到最大值,分别为58 622.2、1 792.8、790.3mg/L,溶出率分别为54.9%、45.7%、37.6%。热碱联合预处理可有效改善剩余污泥厌氧消化性能,但碱投加量过大时对可能对产甲烷过程带来抑制作用,碱投加量为60mg/g时剩余污泥厌氧消化的累积产甲烷量最大,为158.9mL/g,较不进行热碱联合预处理的空白组(106.5mL/g)高49.2%。3种动力学模型中,锥体模型对厌氧消化产甲烷过程的拟合效果最好,不同处理条件下模型拟合相关系数R~2均在0.990以上,该模型可准确预测最终的累积产甲烷量,预测误差均在2%以下。     

复合酶处理对活性污泥溶解的动力学机制研究

研究了酶(蛋白酶和α-淀粉酶)处理过程中污泥溶解效率及动力学特征。研究表明,酶处理可以有效地溶解污泥絮体,上清液有机物含量明显上升,经淀粉酶处理的污泥上清液中的蛋白质和多糖浓度分别增长了268%和1 100%。同时,污泥的溶解过程遵循一阶反应动力学方程,蛋白酶与α淀粉酶的酶促水解动力学反应速率常数分别为0.146和0.306。复合酶(蛋白酶和α-淀粉酶)投加方式对污泥酶促水解效能有着重要的影响。淀粉酶先于蛋白酶投加的水解效率明显高于其他2种投加方式(蛋白酶先于淀粉酶投加和同时投加)。该研究成果为复合酶在污泥处理过程中的应用提供了理论依据。     

2种处理方法水解剩余污泥蛋白质的研究

运用了木瓜蛋白酶、超声波和蛋白酶联合使用的2种处理方法水解剩余污泥蛋白,以水解液中蛋白质提取率为指标,分析了2种水解处理方法对剩余污泥处理效果的影响。蛋白酶水解提取法的最佳条件是：反应体系木瓜蛋白酶的浓度为6％,固液比为1：4,水解温度为55℃,水解时间为5．5h;蛋白质的提取率为51．71％。超声波和蛋白酶联合的最佳条件是：P=30W,T=45min,蛋白质的提取率为66．60％。结果表明,超声波和蛋白酶联合使用的水解方法优于蛋白酶水解。     

谷氨酸发酵废菌体的水解与替代酵母膏生产多聚谷氨酸

为研究谷氨酸发酵废菌体水解液用作培养基氮源的可行性,以蛋白质水解度和溶解度为衡量指标,采用化学、生物、物理以及这几种方法的联合处理,通过正交优化实验,得出了菌体蛋白水解的最佳工艺条件为化学-生物联合处理,在盐酸浓度3 mol·L~(-1)、温度110℃、料液比1:0.5、水解12 h后使用酸性蛋白酶酶解,调节料液pH为4、酶底比2.5%、温度55℃、酶解8 h,水解完成后蛋白质水解度达到47.18%,溶解度达到94.09%。在总氮相等的情况下,将水解液和酵母膏以不同的比例组合,替代正常发酵产γ-聚谷氨酸过程的氮源。结果表明谷氨酸发酵废菌体经过最佳工艺水解后,其水解液可以用作发酵产γ-聚谷氨酸的氮源。     

臭氧预处理促进剩余污泥的水解酸化

以某城市污水处理厂剩余污泥为研究对象,探讨臭氧预处理对剩余污泥破解效果以及对后续水解酸化有机物释放的影响。实验结果表明,随着臭氧投加量的增大,污泥溶胞率增加,有机质释放到污泥液相中,SCOD、蛋白质和多糖含量都大幅增加。臭氧预处理有利于污泥水解酸化过程,臭氧投加量越大,SCOD和蛋白质释放越多;随着水解酸化过程的进行,SCOD和蛋白质的含量逐渐趋于稳定,VFAs的浓度增大,臭氧投加量150 mg/g SS污泥产生的VFAs浓度是对照组的1.82倍。     

剩余污泥在微氧条件下利用VFAs合成PHAs的工况优化

针对2种脱氮除磷工艺的剩余污泥,在微氧条件下,以花生渣厌氧发酵产生的VFAs为碳源,控制反应时间为5 h,DO≤0.2 mg·L~(-1),COD为650～750 mg.L~(-1),对比2种不同工艺的剩余污泥合成聚羟基脂肪酸酯(PHAs)的量,并探究了增设前置曝气对微氧条件下剩余污泥合成PHAs的影响。结果表明,在微氧条件下,连续流中同步亚硝化反硝化脱氮除磷系统二沉池的剩余污泥(R1)和采用A~2O工艺的实际水厂的剩余污泥(R2)合成PHAs最高量分别为108.6 mg·g~(-1)和58.58 mg·g~(-1),R1比R2更具有合成PHAs的能力;在增设前置曝气实验中,曝气时间的延长和曝气量的增大均可促进PHAs的合成;当曝气气量为50 L·h~(-1)时,曝气20 min后,R1合成的PHAs最高为172.5 mg·g~(-1)。氧化还原电位(Eh)是微氧条件下PHAs合成过程中的重要指示参数,当Eh值为最低时,PHAs合成量最多。以上结果可为脱氮除磷工艺剩余污泥利用廉价碳源合成PHAs提供参考。     

藻酸盐降解菌群强化剩余污泥厌氧发酵产酸

厌氧发酵是实现剩余污泥(WAS)资源化的重要技术,而其中的水解阶段是剩余污泥(WAS)厌氧资源化的限速步骤.WAS中的酸性多糖(藻酸盐和半乳糖醛酸等)能够与水中阳离子形成凝胶类物质,从而维持污泥结构并阻碍微生物的水解.利用藻酸盐为底物,经过恒化器培养得到了高效的藻酸盐降解菌群(ADC).该菌群对WAS的典型有机成分(聚...     

不同生物营养物处理工艺剩余污泥中温水解特性

为了解不同生物营养物处理（BNR）工艺剩余污泥性质差异及其中温水解特性,采用序批式实验研究了来源于Orbal氧化沟（OD）和倒置A2／O工艺剩余污泥在中温水解过程中污泥浓度、营养物释放、污泥粒径、污泥絮凝性、污泥比阻及污泥胞外聚合物（EPS）的历时变化。结果表明,相同泥龄（约18d）条件下,OrbalOD剩余污泥氮含量较高,倒置A2／O剩余污泥磷含量较高,两者VSS／SS均低于0．6,导致中温水解过程污泥减量空间有限、氮磷释放速率不同。此外,尽管倒置A2／O工艺剩余污泥絮体尺寸及絮凝能力明显大于OrbalOD工艺剩余污泥的对应值,但两污泥比阻相近。中温水解过程中,两污泥絮体的尺寸均变小、絮凝能力均降低、比阻均增高;两者的胞外聚合物均呈现增高再降低趋势,且蛋白质均占EPS质量的75％以上,为主要的胞外物质。     

超声波对污泥水解的促进作用

以超声波预处理城市污水处理厂剩余污泥,考察不同功能密度下的超声波对污泥水解释放碳源过程的影响。结果表明,污泥经超声波预处理,可缩短污泥水解时间,促进VFA释放,且声能密度越大,促进作用越显著;当声能密度为0.138 W/mL、作用时间为1 min时,污泥水解4~5 d后,释放VFA达到800 mg/L,VFA/TN由初始的1.98提升至4.15,VFA/TP由初始的24.78提升至42.35。同时,超声波不仅破坏污泥絮体结构,而且提高了微生物中蛋白酶和辅酶F420的活性,更有利于污泥水解。     

热碱水解提取污泥蛋白质的实验研究

为了确定污泥热碱提取微生物蛋白质的操作工艺条件,首先选用1#原泥为原料进行了以pH值、温度T为变量的全面实验,考察了pH值、T随反应时间的延长对蛋白质提取的影响。在1#原泥实验结果的基础上确定了以2#原泥为原料的正交实验因素水平,考察了体系pH值、T、原料含水率W以及水解时间t对污泥蛋白质回收率的影响,结果表明,热碱水解是一种有效的污泥蛋白提取方法,在热碱条件下蛋白质的回收率高达61.37%。水解过程中各因素对蛋白质回收的影响程度为pH>T>W>t,较优的提取工艺条件为：pH=13,T=140,W=91%,t=3 h。     

Cu~(2+)对有机废物联合发酵产乳酸的影响

利用剩余污泥和厨余垃圾2种有机废物联合发酵,研究了在pH 7.0,温度为35℃,Cu~(2+)投加量分别为0、20、40和100 mg·L~(-1)时,乳酸的含量及其手性的变化规律。同时,探讨联合发酵过程中多糖、蛋白质、氨氮、VFA和pH与乳酸的变化关系。结果表明Cu~(2+)在低浓度时可以促进乳酸的产生:当投加量为20 mg·L~(-1),发酵第3天总乳酸最高浓度为23.22 g·L~(-1),较空白提高了77.06%,其中L-及D-乳酸浓度分别达到6.95 g·L~(-1)和16.27 g·L~(-1)。随着Cu~(2+)含量继续提高,总乳酸产量随之下降:在Cu~(2+)100 mg·L~(-1)时,乳酸最高浓度下降至16.55 g·L~(-1),获得最高值的发酵时间滞后至第6天。响应面分析表明,发酵体系中D-乳酸的光学纯度随Cu~(2+)投加量整体呈上升趋势。深入研究发现,适量Cu~(2+)在厌氧发酵体系过程中促进了多糖和蛋白质的溶出水解速度,从而提高了酸化的发酵潜力。     

不同生物营养物处理工艺剩余污泥中温水解特性简

为了解不同生物营养物处理（BNR）工艺剩余污泥性质差异及其中温水解特性,采用序批式实验研究了来源于Orbal氧化沟（OD）和倒置A²/O工艺剩余污泥在中温水解过程中污泥浓度、营养物释放、污泥粒径、污泥絮凝性、污泥比阻及污泥胞外聚合物（EPS）的历时变化。结果表明,相同泥龄（约18 d）条件下,Orbal OD剩余污泥氮含量较高,倒置A²/O剩余污泥磷含量较高,两者VSS/SS均低于0.6,导致中温水解过程污泥减量空间有限、氮磷释放速率不同。此外,尽管倒置A²/O工艺剩余污泥絮体尺寸及絮凝能力明显大于Orbal OD工艺剩余污泥的对应值,但两污泥比阻相近。中温水解过程中,两污泥絮体的尺寸均变小、絮凝能力均降低、比阻均增高;两者的胞外聚合物均呈现增高再降低趋势,且蛋白质均占EPS质量的75%以上,为主要的胞外物质。     

中试规模IC反应器处理大豆蛋白废水的颗粒污泥培养和启动

实验研究了中试规模下,以城市剩余污泥接种IC反应器处理大豆蛋白废水时,厌氧颗粒污泥的驯化和反应器的启动过程。控制反应器内废水的温度在30~38℃、p H在6.8~7.5和挥发性脂肪酸(VFA)不高于600~800 mg/L的条件下,经过98 d运行,IC反应器对COD去除率达到80%~90%,容积负荷达到9.5 kg COD/(m3·d)。成熟厌氧颗粒污泥为黑色,边界清晰,呈椭球形,平均粒径d50为1.5 mm,粒径1 mm的颗粒占92.3%。扫描电镜观察发现,颗粒污泥中产甲烷鬓毛菌(Methanosaetaceae)占优势。     

蛋白酶和EDTA-2Na协同作用对剩余污泥水解的影响

采用投加蛋白酶和螯合剂乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)联合预处理剩余污泥,研究了蛋白酶浓度、温度和EDTA-2Na浓度对污泥酶法水解释碳效果的影响.结果表明,蛋白酶浓度、温度和EDTA-2Na浓度对剩余污泥水解的影响具有协同效应.在最佳蛋白酶浓度20 mg/g TS条件下,剩余污泥释放的SCOD为1 318.82 mg/L.同时,在最佳螯合剂ED-TA-2Na浓度0.20 g/g TS下,SCOD为9 014 mg/L.在20 mg/g TS的蛋白酶和0.20 g/g TS的EDTA-2Na的联合作用下,SCOD达到12 628.98 mg/L.在20 mg/g TS的蛋白酶、0.2 g/g TS的EDTA-2Na和55℃条件联合作用下,SCOD达到最大值16 878 mg/L,多糖浓度达到最大值2 695.3 mg/L,NH4+-N的浓度达到最大值156.73 mg/L.此外,在不同蛋白酶和EDTA-2Na浓度条件下,剩余污泥水解释放的SCOD符合一级动力学.     

双酶协同水解剩余污泥条件优化

在碱性蛋白酶∶中性蛋白为3∶1的最优酶配比下,对剩余活性污泥进行水解提取蛋白质实验研究。实验以蛋白质提取率、SCOD/TCOD和有机质减少量三个指标来表现水解效果,探究温度、时间、pH以及加酶量对水解效果的影响。结果表明,蛋白质提取率、SCOD/TCOD和有机质含量变化三者存在较强的相关性,最佳水解条件是pH为9.0,反应时间4 h,加酶量5%和反应温度55℃。最佳水解条件下,污泥蛋白质提取率为65.89%,SCOD/TCOD为61.43%,有机质减少量81.05%。     

活性污泥吸附联合发酵产酸资源化回收污水碳源

利用活性污泥源头吸附回收污水中的有机碳源,然后进行厌氧发酵产酸,可以改变污水碳源在传统工艺中的迁移与转化途径。研究结果表明,本工艺大大提高了有机碳源的利用率,降低了后续水解释碳成本。在30 min内,活性污泥对污水COD、氨氮和总磷的吸附去除率分别达到69%、57%和58.2%。热碱水解(t=90℃,p H=11)能够实现吸附碳源污泥(富碳污泥)中有机物的快速释放,水解污泥上清液中COD、溶解性蛋白质和溶解性多糖含量分别达到8 173.8、1 508.8和1 936.0 mg·L~(-1)。将获得的有机物进行厌氧发酵产酸,挥发性有机酸总量达到6 025.4 mg·L~(-1),与普通活性污泥相比,提高了27.7%;但是有机酸的组成和发酵所需时间变化不大。本研究结果为污水处理厂节能降耗以及污泥资源化处理处置提供参考。     

剩余污泥对活性黑KN-B的吸附性能

用剩余污泥对活性黑KN-B进行吸附研究,考察了pH、吸附时间、温度、盐类和污泥量等对活性黑KN-B吸附的影响.结果表明,剩余污泥对活性黑KN-B的吸附是一个快速过程,吸附时间可控制在30 min;其吸附过程可以用准二级动力学模型进行描述和预测;温度对污泥吸附活性黑KN-B产生的影响较小;其吸附等温线,25℃、35℃时与Freundlich方程拟合良好,45℃时则可以由Langmuir方程更好地描述.未调pH的剩余污泥,对pH≤2的废水中活性黑KN-B吸附性能良好;剩余污泥pH为1时,对pH＜12的废水中活性黑KN-B均可有效吸附;氯化钠浓度低于500 mg/L或氯化钠和硫酸钠的混合盐浓度低于100 mg/L时,有利于吸附;氯化钠浓度高于500 mg/L、混合盐浓度高于100 mg/L或单独加入硫酸钠后,随盐浓度的增加,吸附量呈下降趋势.     

工程规模下碱类型对污泥预处理效果及发酵产酸的影响

研究了工程规模下3种碱对剩余污泥热碱预处理效果以及厌氧发酵产酸的影响。结果表明,平均进泥浓度为70 g·L~(-1)时,氢氧化钠的预处理效果要优于混碱(Ca(OH)_2:NaOH=4:1)和过氧化钙,处理后污泥中溶解性化学需氧量(SCOD)的平均浓度是预处理前的8.45倍,水解率达到64.26%。但是,使用过氧化钙进行预处理可以有效提高污泥的发酵产酸效果,产酸效率明显优于混碱和氢氧化钠,总挥发性脂肪酸(TVFAs)的平均浓度为7.93 g·L~(-1),产酸率(以COD计)为273.93 mg·g~(-1)VSS,且总酸中乙酸比例达到60.35%;发酵后平均TSS和VSS分别下降了24.42%和47.62%;同时,氨氮(NH_4~+-N)和总磷(TP)浓度最低,其平均浓度分别为286.33 mg·L~(-1)和17.42 mg·L~(-1)。此外,混碱组、过氧化钙组和氢氧化钠组污泥厌氧发酵的净利润分别为229.14、257.37和10.49元·t~(-1)(脱水污泥)。实验结果表明,热混碱和热过氧化钙预处理用于污泥厌氧发酵有望得到广泛的应用。