基于微波-过氧化氢-碱预处理的污泥水解影响因素

预处理能有效提高污泥的碳源利用效果.本研究通过批量试验,考察了经过微波-过氧化氢-碱(MW-H2O2-OH)预处理后的污泥水解的影响因素,包括水解时间、接种比例和温度,并考察了优化条件下的污泥水解效果及其有机物特征.结果表明,预处理后的污泥优化水解时间为12 h,优化接种比例I/S为0.07.在此优化条件下(12 h,I/S为0.07),SCOD(溶解性COD)、溶解性蛋白质、溶解性糖类、总挥发性脂肪酸(VFA)的含量均随着温度的升高而增加,在65℃时达到最大.VFA的主要组分均为乙酸、丙酸和异戊酸,其中乙酸所占比例为42.7%~59.7%.在碳源组成方面,SCOD占污泥TCOD(混合液总COD)的37.8%~40.8%,其中溶解性蛋白质占SCOD的38.3%~41.3%,溶解性糖类占SCOD的9.0%~9.3%,VFA占总SCOD的3.3%~5.5%.污泥上清液中的COD/TN为15.79~16.50.三维荧光光谱和有机物表观分子质量分布的分析结果表明,污泥上清液中以溶解性微生物产物类酪氨酸荧光强度最强,并且荧光强度随着水解温度的升高而增强;经过MW-H2O2-OH预处理后,有机物大量释放,其中包括Mr100~350的小分子有机物,而经过水解后,Mr3 000~60 000的有机物得到降解.     

热水解预处理改善污泥的厌氧消化性能

先将污泥进行热水解预处理 ,其后测定生物化学甲烷势(BMP)来研究热水解对污泥厌氧消化性能的影响 .结果表明 ,热水解预处理能加速污泥中固体有机物的溶解 ,溶解后的有机物进一步水解生成低分子物质 ,其中挥发性有机酸占溶解性COD(SCOD)的30%～40% ,从而污泥的厌氧消化性能得到明显改善 .最合适的热水解温度和热水解时间为170℃、30min.此条件下 ,污泥厌氧消化时总COD(TCOD)去除率从预处理前的38.11%提高到56.78% ,污泥中TCOD的沼气产率从16.0mL/g提高到250mL/g .     

污泥水解上清液作为GS系统脱氮除磷碳源研究

利用超声预处理后的剩余污泥水解酸化产生的有机物物质作为污水厂碳源,不仅有利于解决城市污水厂碳源不足的问题,同时通过剩余污泥的资源化实现剩余污泥的减量化。通过研究得到,污水处理厂剩余污泥经超声(20~25 kHz,1.6 W/mL,15 min)厌氧水解1 h后得到的污泥水解上清液,溶解性COD(SCOD)溶出率为26.5%,其中,挥发性脂肪酸(volatile fatty acid,VFA)约占SCOD的40.3%,VFA中乳酸含量最高。烧杯试验结果表明,污泥水解上清液最大反硝化速率为5.85 mg NO_3~--N/(g MLVSS·h),可以作为反硝化碳源,而最大释磷速率仅为4.57 mg P/(g MLVSS·h),不适于作为生物除磷碳源。由此可见,水解上清液中SCOD的组成直接影响其作为脱氮除磷碳源的可行性。成本分析表明,污泥水解上清液作为碳源可以产生良好的环境和经济效益。     

碱处理促进剩余污泥解的试验研究

研究了热碱水解法对剩余污泥特性参数(溶解性化学需氧量、挥发性脂肪酸、氨氮、pH值与污泥浓度等)的影响.碱的加入减弱了污泥细胞壁对高温的抵抗力,加剧了剩余污泥细胞内有机质的释放与水解,改变了污泥的性质.在反应温度为170℃、pH 13、反应时间为75 min的条件下,溶解性化学需氧量(SCOD)达到了最大融出量17956 mg/L,此时SCOD与总化学需氧量(TCOD)之比为0.65.在pH 13,反应时间为60 min时悬浮固体(SS)、挥发性悬浮固体(VSS)均达到了最大溶解率,其值分别为67%和72%.经热碱水解处理后的剩余污泥SCOD随着原污泥浓度的增大而增大,呈现了良好的线性关系,相关系数R2达到了0.97以上,而且随着pH值的增大,融出率也不断增大,在pH 13时达到最高值672 mg/g.另外,通过正交试验可以得出170℃时各因素对SCOD影响的重要性,依次为污泥浓度、DH值、反应时间.     

浓度对高固体污泥热水解特性及流动性的影响

考察固体浓度为7%、9%和13%的高固体污泥的热水解特性,通过生化甲烷潜能(BMP)试验,考察热水解处理高固体污泥厌氧消化性能的变化,通过流变性试验,考察污泥浓度与流动性的关系.结果表明,随着热水解时间延长,污泥中有机物溶解率增大,30min后变化趋于平缓.水解效率受固体浓度影响,浓度7%污泥的有机物溶解率高于9%和13%的污泥.170℃热水解30min,7%的污泥SS、VSS和COD的溶解率分别为43%、47%和42%,VFA/SCOD为20.2%.热水解污泥厌氧消化性能提高,相比未经热水解处理的污泥,浓度7%、9%和13%的污泥在170℃热水解30min后产气量分别增加了44%、27%和9%,沼气产率分别增加了63%、74%和37%.固体浓度对污泥厌氧消化性能的影响显著,浓度9%的污泥产气中甲烷含量以及沼气产率均高于7%、13%的污泥.固体浓度9%时,污泥屈服应力增长缓慢,固体浓度大于9%时,污泥屈服应力增长快速,流动性急剧下降.     

基于响应面分析法的微波-过氧化氢-碱预处理污泥水解酸化优化研究

为进一步优化微波-过氧化氢-碱(MW-H2O2-OH)预处理污泥的水解酸化操作参数,在前期单因素试验研究的基础上,采用3因素3水平的响应面分析法,建立了水解温度、水解酸化时间和蛋白酶投加量分别对总VFA浓度和SCOD浓度影响的回归模型,并进行了碳源组成及其可利用性的评估.结果表明,模型极显著,拟合度、可信度和精确度高,数据合理,试验误差小.通过对回归模型的求解及综合考虑,得到优化的工艺条件为水解温度53.13℃、水解酸化时间4 d、蛋白酶投加量30.14 mg·g-1(蛋白酶/总固体浓度(TS),下同).验证结果表明,总VFA浓度和SCOD浓度的相对误差均在3%以内,说明该模型能很好地优化微波-过氧化氢-碱预处理后污泥的水解酸化操作条件和预测总VFA浓度和SCOD浓度.在碳源组成方面,优化工艺条件下SCOD占TCOD(混合液总COD)的44.56%,总VFA、溶解性蛋白质、溶解性糖类分别占SCOD的66.42%、19.34%和6.89%,碳源以总VFA为主,其中,VFA以乙酸(35.11%)、异戊酸(20.14%)、正丁酸(19.94%)、丙酸(16.90%)为主.三维荧光光谱的分析结果表明,污泥上清液中以溶解性微生物产物类酪氨酸和类色氨酸为主.优化组的污泥上清液作为碳源时的反硝化速率(0.184g·g-1·d-1,以每g VSS每天反硝化的NO-3-N量(g)计,下同)远远高于未优化组(0.065 g·g-1·d-1),碳源可利用性介于甲醇和乙酸钠之间,碳源可利用性较好.     

碱辅助条件下的污泥微波热水解特性研究

向污泥中加入NaOH进行微波热水解实验.结果表明,每1 g污泥悬浮固体(SS)添加NaOH 0.1 g时,污泥中的挥发性悬浮固体(VSS)快速水解,170℃的VSS溶解率达到60%以上,热水解后污泥的有机物含量(VSS/SS)降低至25%.80、120、150和170℃热水解5 min的污泥液相COD浓度分别为9.8、12.8、15.1和14.5 g/L,相应SCOD/TCOD为24.0%、31.3%、36.9%和35.6%.随温度的升高和时间的延长热水解污泥pH越低,最低值10.5.在每1 g SS添加0~0.2g NaOH的范围内,当添加量0.05 g时,VSS和SS的溶解率增加幅度降低.分别对NaOH添加量0.05 g热水解5 min和添加量0.1 g热水解1 min的污泥进行BMP厌氧消化实验.结果表明,添加量为0.05 g时热水解污泥的厌氧消化性能提高,经150℃处理污泥的产气量最大,比未处理污泥高28.5%,而在添加量为0.1 g时,污泥的厌氧消化性能受到抑制,产气量低于未处理污泥.     

热碱处理破解污泥效果研究

利用碱热方法对污泥进行预处理,研究了污泥的破解效果及主要影响因素.研究表明:随着热水解处理温度的升高及时间延长,污泥上清波中的溶解性化学需氧量(SCOD)、氮(N)、磷(P)等浓度不断增加,而碱的使用提高了SCOD,N,P等的溶出率,且NaOH破解效果明显优于Ca(OH)2.污泥经90℃处理5h后,单独热水解、加NaOH和加Ca(OH)2预处理后的SCOD溶出率分别达到了23.1％,54.4％和32.5％;N的释放主要以有机氮为主,P的释放则是以正磷酸盐为主.碱热联合处理时污泥减量化效果突出,对污泥脱水性能影响显著,90℃时污泥中每克挥发性固体(VS)投加0.2 g Ca(OH)2处理5h,污泥离心含水率可达75.7％.     

微曝气条件下S-TE剩余污泥溶解性研究

研究了微曝气、不同温度条件下S-TE预处理对剩余污泥溶解和各种化学组分变化的影响.结果表明,S-TE污泥溶解存在2种反应(酶催化反应和热解反应)和2个过程:嗜热菌胞外酶(主要为蛋白酶和淀粉酶)首先解聚污泥胶团,进而溶解细菌的细胞壁,水解胞内有机物质.接种嗜热菌Bacillus stearothermophilus sp.AT06-1比不接种促进了污泥悬浮固体的溶解,接种条件下最适宜的溶解温度为65℃,此温度下,污泥VSS和TSS溶解率相对于不接种试验提高程度最大,2 d时VSS、TSS溶解率分别达到34.09%和24.16%,比不接种试验同期分别提高了7.57%和6.87%;微曝气条件下SCOD和VFA得到累积,最大累积量达到4 531 mg/L和2 319 mg/L,有利于厌氧消化;此时蛋白酶活性提高也最大.污泥溶解产生的蛋白质被蛋白酶水解,蛋白质浓度先升高后降低.     

基于微波预处理的酶强化污泥水解酸化研究

微波预处理能显著提高污泥上清液中溶解性有机物含量,进而可作为内碳源补充强化生物脱氮,但释放的大量溶解性有机物却存在碳源可利用性偏低问题.因此,为了提高上述碳源的可利用性,本研究通过批量试验,考察了添加中性蛋白酶和中温α-淀粉酶对微波预处理污泥水解酸化的强化效果,同时研究了水解酸化过程中污泥上清液中有机物的变化特征.结果表明,经过微波-过氧化氢-碱预处理的污泥进行水解酸化能产生较多的挥发性脂肪酸(VFA),碳源可利用性提高,但由于在水解酸化最初的2 d内存在产酸滞后期,导致水解酸化时间被延长.加入中性蛋白酶和中温α-淀粉酶不仅促进了预处理后污泥的水解酸化,而且解除了微波-过氧化氢-碱预处理导致的产酸滞后现象.在55℃、I/S(接种比)=0.07条件下,酶的最佳投加量分别为30 mg·g~(-1)(蛋白酶/总固体浓度TS)和90 mg·g~(-1)(淀粉酶/TS),最佳水解时间为0.5 d,最佳酸化时间为4 d.水解酸化过程中溶解性COD(SCOD)、溶解性蛋白质、溶解性糖类和VFA浓度均呈现先增加后降低的变化规律.水解0.5 d时,30 mg·g~(-1)(蛋白酶/TS)组和90 mg·g~(-1)(淀粉酶/TS)组的SCOD、溶解性蛋白质、溶解性糖类浓度均达到最大值.水解酸化4 d时,30 mg·g~(-1)(蛋白酶/TS)组和90 mg·g~(-1)(淀粉酶/TS)组的总VFA浓度分别为3373.39 mg·L~(-1)(以COD计,下同)和3226.79 mg·L~(-1),比预处理组分别提高了82.37%、74.45%.30 mg·g~(-1)(蛋白酶/TS)组和90 mg·g~(-1)(淀粉酶/TS)组的VFA主要组分均为乙酸、正丁酸和异戊酸,其中,乙酸占总VFA的比例分别为46.53%、45.94%,污泥上清液中的COD/总氮(TN)比分别为13.26、14.41.在碳源组成方面,在水解酸化0.5~4.0 d之内,30 mg·g~(-1)(蛋白酶/TS)组和90 mg·g~(-1)(淀粉酶/TS)组的SCOD浓度基本不变,但随着水解酸化时间的延长,溶解性蛋白质占SCOD的比例均在下降,总VFA占SCOD的比例均在提高,实现了在不改变碳源总量的条件下增加易生物降解有机物比例的目的.