超声联合热碱预处理促进剩余污泥中温厌氧消化研究

基于超声联合热碱破解污泥最佳工艺参数,对预处理污泥进行半连续式中温厌氧消化研究。结果表明,预处理污泥日产甲烷量是原泥的1. 94倍,达234 mL·d~(-1)。运用修正的冈珀兹模型进行累计甲烷产量动力学分析,发现预处理污泥和原泥累计产甲烷曲线与修正的冈珀兹模型拟合系数R2分别达0. 998和0. 993。预处理污泥的动力学参数如下:最大累计产气量达5 376. 4 mL,最大产甲烷速率达394. 8 mL·d~(-1),细菌产甲烷的延迟时间为2. 8 d。预处理污泥的甲烷转化率为82. 17%。从有机物浓度变化来看,厌氧消化期间预处理污泥溶解性化学需氧量、溶解性蛋白质和多糖浓度均远高于原泥,最大值分别是原泥的2. 09、3. 94和3. 95倍。预处理污泥在预处理阶段和厌氧消化阶段的总悬浮物和挥发性悬浮物去除率分别达54. 9%和61. 8%。超声联合热碱预处理不仅能促进污泥有机质破解,还能提高破解有机质的生物可利用性,极大改善污泥厌氧消化效率。     

超声联合热碱破解高含固污泥的理化性质变化

为了进一步提高能量利用效率,在前期研究的基础上,采用超声和热碱同步处理方法,在超声能量[以总固体(TS)计]9 551 kJ·kg~(-1)、温度73℃和加碱量(以TS计)0.085 g·g~(-1)处理条件下,研究不同含固率污泥预处理后有机质释放情况及规律。结果表明,含固率w为3%、5%、10%和15%的污泥经预处理后平均粒径分别降低40.14%、58.01%、93.63%和17.46%;含固率10%的污泥预处理后粒径分布中累计体积占10%、50%和90%所对应的粒径值(dp10、dp50和dp90)分别较未处理污泥降低88.38%、93.85%和96.74%。在有机物浓度变化方面,破解后污泥溶解性化学需氧量(SCOD)增量随含固率的增加而上升,而污泥破解度变化趋势则相反,含固率3%的污泥破解度最高达50.3%。在有机物组分方面,含固率10%的污泥预处理后溶解性蛋白质和多糖浓度增量最高,且可降解有机质占溶解性有机质比例最高,达88.94%。以上结论表明,在破解高浓度污泥方面,超声联合热碱处理工艺亦有较好的应用前景。     

不同形态水葫芦和污泥联合厌氧消化产沼气性能

为探求不同形态水葫芦和污泥联合厌氧消化产沼气性能,在中温35±1℃条件下,设置了2个不同的TS浓度(TS=6%和8%),采用不同形态的水葫芦(水葫芦段、水葫芦浆、水葫芦渣、水葫芦粉和水葫芦汁)与污泥进行联合厌氧消化实验.结果表明,水葫芦和污泥联合厌氧消化的累积产甲烷量均高于对照组;添加水葫芦处理的累积产甲烷量从大到小依次为水葫芦渣水葫芦浆水葫芦段水葫芦粉水葫芦汁,水葫芦渣处理的累积产甲烷量比水葫芦汁提高62.5%(TS=6%)和84.5%(TS=8%);系统TS浓度为8%时,各处理的TS甲烷产率均高于TS浓度为6%的结果,且水葫芦渣和污泥联合厌氧消化的产甲烷性能最好,表明水葫芦的压滤和粉碎有助于提高厌氧消化的产甲烷潜力.     

污泥超声破解效应及厌氧消化性能研究

针对超声破解污泥的可行性进行了实验研究,重点考察了超声频率、比能耗、作用时间等因素对破解效应的影响,探讨了破解污泥的厌氧消化性能。结果表明,超声作用的施加可使污泥固体有效破解,污泥细胞内的活性有机物被释放至水相并形成溶解性有机物,表现为SCODCr的显著增加;采用低频、高比能耗及延长作用时间有利于获取高的SCODCr增加值;污泥在频率25kHz、比能耗2.0W/mL、作用时间30min条件下破解,其厌氧消化累计产气量可从破解前的268mL提高到473mL,相应TCODCr去除率、VS去除率分别从39.1%、33.5%提高至54.3%、61.7%。研究结果表明采用超声破解技术提高污泥的厌氧消化性是可行的。     

微波碱解处理剩余污泥的厌氧消化性能

为了研究微波碱解预处理（microwave/NaOH pretreatment,MNP）剩余污泥在高温和中温条件下厌氧消化的性能,采用半连续完全混合式反应器分别研究了MNP处理后的剩余污泥在高温厌氧消化工艺（thermophilic anaerobic di-gestion process,TADP）和中温厌氧消化工艺...     

γ-射线辐照预处理加速污泥厌氧消化

采用γ-辐照预处理加速污泥的厌氧消化过程.结果表明,经γ-射线辐照处理后,污泥厌氧消化特性明显改善:污泥的平均粒径减小,粒径分布由70-120μm向0-40μm迁移;污泥絮体中微生物的细胞结构被破坏,核酸等细胞内含物的流出增加了污泥中可溶性有机组分的含量.污泥厌氧消化实验结果表明,经10kGy辐照处理后,污泥厌氧消化产气量大大增加,消化率明显提高.     

污泥厌氧消化过程中重金属稳定性研究进展

污水处理产生的剩余污泥含有大量有机质和营养元素,采用厌氧消化技术产沼气实现污泥的稳定化与资源化已成为这一领域的重要发展方向.与此同时,污泥厌氧消化产生的沼渣还可以用作土壤改性材料,但消化沼渣中所含的重金属因其潜在的生态环境毒性严重阻碍了其资源化利用.本文综述了污泥厌氧消化过程中重金属稳定性研究进展,重点对有机质中的腐殖质、反应条件中的温度和p H缓冲体系、促进剂中的纳米铁和表面活性剂等因素对消化过程中重金属稳定性的影响和作用机制进行了总结归纳.p H缓冲体系和表面活性剂通过促进污泥有机物的分解和重金属的释放,从而影响重金属在消化液中的浸出;腐殖质和纳米铁主要是通过物理化学作用,影响消化沼渣中重金属的形态分布;温度则通过改变絮体结构和增强金属离子的扩散运动,影响重金属在消化液中的浸出以及消化沼渣中的形态分布.最后对厌氧消化工艺中提高重金属稳定性的方法和技术进行了展望.     

基于碳源回用目标的剩余污泥水解酸化产物调控研究

剩余污泥水解酸化产生的挥发性脂肪酸(VFAs)等有机物可作为补充碳源回用于低C/N比城市污水脱氮除磷系统中。然而,在污泥水解酸化过程中由于甲烷菌等微生物的作用而难以实现水解酸化产物的有效积累。同时,含有高浓度氮磷的污泥水解酸化液直接回用将进一步增加污水处理的氮磷负荷。本研究基于碳源回用目标,在热碱预处理的基础上,采用添加二溴乙烷磺酸钠(BES,2-Bromoethanesulfonic acid sodium)和Ca O2的方式对城市污水厂剩余污泥水解酸化过程的主要产物即溶解性有机物(SCOD)、VFAs及氮磷的溶出进行优化调控,旨在得到含有高浓度有机物、低浓度氮磷的污泥水解酸化液以回用于低C/N比城市污水脱氮除磷系统,提高出水水质,为剩余污泥的资源化利用提供理论依据。结果表明,污泥经Na OH预处理后,添加BES可有效提高水解酸化过程SCOD、VFAs的积累,其最高质量浓度分别达到6 169.8 mg·L~(-1)及1 335.0 mg·L~(-1),较对照组分别提高66.7%、192.5%,其中,VFAs中乙酸的质量分数达到66.0%。添加CaO_2的实验组酸化液中,NH4_+~-N和PO_4~3--P的溶出量显著降低,分别降至200.7 mg·L~(-1)、9.6 mg·L~(-1),较对照组分别减少了59.6%、65.7%。同时添加BES和CaO_2的组合体系在实现污泥水解酸化过程SCOD、VFAs累积的同时有效降低了氨氮和正磷酸盐的溶出,所获取的剩余污泥水解酸化产物可作为低C/N比城市污水脱氮除磷提标升级的优质碳源,实现了剩余污泥的资源化回用。     

添加剂对污泥厌氧消化性能的影响

在间歇培养条件下,研究了还原型辅酶Ⅱ（NADPH）、乙酰辅酶A（Acetyl Co A）和对氨基苯甲酸（PABA）3种添加剂对污泥厌氧消化性能的影响.结果表明,3种微生物活性促进剂均能促进污泥厌氧消化产气.其中,NADPH的促进效果最为显著,消化第35 d,产甲烷量比对照组高15.90%.在污泥含固率为3%、未调初始pH（pH=6.7）和温度35℃的厌氧消化条件下,NADPH的最佳添加量为50 mg.L-1,消化第36 d,污泥累积产甲烷量127.13 mL.g-1VSS.在含固率3%、初始pH=8.5、温度55℃和NADPH添加量为50 mg.L-1的工艺条件下,污泥厌氧产气效果最佳,消化第30 d时累积产甲烷量达158.02 mL.g-1VSS.     

双频超声改善剩余污泥的脱水性能研究

为了探索双频超声预处理对剩余污泥脱水性能的影响,选择单独频率17、33 k Hz和双频17+33 k Hz,进行单位总固体(TS)不同超声能量水平(0~12 000 k J·kg~(-1))下的序批式实验,通过测定污泥比阻和泥饼含水率来表征污泥可过滤性和离心脱水性能的变化。结果表明,在低能量水平下,双频超声对污泥脱水性能的改善效果远优于单频超声,17、33和17+33 k Hz 3种频率下污泥比阻较原泥最大降低44.67%、57.30%和80.41%。在双频、超声能量1 000 k J·kg~(-1)条件下泥饼含水率较原泥最大降低20.62%。随着超声能量的增加,污泥平均粒径不断下降,污泥降解度不断增加,表明污泥胞外聚合物和细胞中的有机质不断从固相向液相转移。双频较单频的能量利用效率高,使得双频在更低的能量条件下达到更好的脱水效果,这为超声预处理技术在实际应用中的推广提供了科学支撑。     

猪场废水厌氧消化过程中的除磷效果

采用序批式半连续厌氧消化试验方法,研究猪场废水厌氧消化过程中磷的去除情况。结果表明,水力停留时间（HRT）为1、3、6和9 d的厌氧反应器平均除磷率分别为65.0%、81.1%、82.7%和83.0%,而COD平均去除率分别为54.5%、82.3%、87.0%和85.9%。厌氧反应器除磷能力随沼气产量的增加而增加,说明厌氧反应器中磷的去除与产甲烷过程密切相关。对厌氧消化前后的污泥进行浸提后发现,厌氧消化过程中,化学反应生成磷酸盐沉淀的除磷作用十分显著,污泥中正磷酸盐,与铁结合的磷化合物（Fe-RP）,还原可溶性磷,与钙、镁离子结合的磷化合物（Ca-RP、Mg-RP）以及无机或有机聚合磷增加量分别为0.027 8～0.101 5、0.013 5～0.081 0、0.2165～0.430 5、23.4～54.8和7.2～21.5 mg.g-1;且总体而言,HRT越长,污泥中与不同金属结合的磷增加量就越大。从HRT、磷和有机物的去除效果以及沼气产气速率3个方面综合考虑,猪场废水厌氧消化反应器的HRT控制在3 d为宜。     

十二烷基苯磺酸钠(SDBS)-氢氧化钠耦合污泥脱水技术研究

研究了十二烷基苯磺酸钠(SDBS)-氢氧化钠(NaOH)耦合预处理对污泥特性的影响,分析了不同预处理条件下污泥溶解性化学需氧量(SCOD)、挥发性悬浮物(VSS)、总悬浮物(TSS)和有机酸溶出率随时间的变化规律,并进一步探讨了其对污泥脱水性能的影响.结果表明,SDBS-NaOH耦合作用时能有效地加速VSS和TSS的溶解,提高污泥水解相SCOD的浓度,当SDBS和NaOH的投加量分别为0.02g·g-1污泥(污泥干基,下同)和0.1g·g-1污泥时,VSS溶解效率高达64.0%,此时TSS含量最低,仅为23.2mg·l-1;另外,当SDBS和NaOH添加量分别为0.02和0.25g·g-1时,污泥的脱水性能良好,脱水后污泥的含水率可降到72%左右,而未预处理的污泥其含水率高达84%。     

污水/城市污泥中抗生素对厌氧消化的影响研究进展

污水处理厂的现有工艺主要针对化学需氧量(COD)和氮/磷的处理,忽视了对抗生素的去除,导致污水厂出水及污泥中抗生素含量较高.厌氧消化是污水及城市污泥资源化的常用手段,但容易受残留抗生素的影响.从抗生素的残留情况、抗生素对生物气/甲烷产量及挥发性脂肪酸代谢过程的影响、抗生素对微生物群落结构的影响以及去除抗生素抑制的方法4个方面,综述污水/城市污泥中抗生素对厌氧消化体系影响的研究进展.研究表明,大多数抗生素会抑制生物气/甲烷产量并造成挥发性脂肪酸累积;水解酸化菌大多对抗生素不敏感,但互营有机酸氧化菌的活性容易受抗生素抑制;与氢营养型产甲烷菌相比,乙酸营养型产甲烷菌更容易受抗生素影响;预处理(热水解、臭氧氧化、碱处理)及添加外源介质(零价铁、活性炭等)等手段可以在一定程度上缓解抗生素对厌氧消化的抑制作用.未来应在属/种水平上深入探讨单一及联合抗生素对微生物群落结构的影响,并进一步开发削减抗生素和抗生素抗性基因的厌氧消化工艺,以加速实现污水/城市污泥的资源化进程并降低抗性传播风险.(表5参77)     

低浓度溶解氧下猪粪固体有机物水解产酸研究

本文以猪粪为发酵原料,通过批式实验研究不同溶解氧(DO)浓度(0—0.26 mg.L-1)、发酵时间(3—12 d)和挥发性固体(VS)浓度(11.14—111.35 g.L-1)对猪粪固体水解酸化过程的影响,确定了低DO浓度下固体有机物优化水解产酸工艺条件:中温35℃,初始VS浓度37.11 g.L-1,初期的DO浓度0.1—0.26 mg.L-1.在此条件下,发酵时间3 d,DO浓度下降到0.10 mg.L-1以下.猪粪发酵液pH值由7.45±0.10降低到5.86±0.17,VS降解率(25.67±1.20)%,挥发性脂肪酸(VFA)中乙酸(3895±91)mg.L-1、丙酸(2313±82)mg.L-1、正丁酸(1361±17)mg.L-1、正戊酸(540±11)mg.L-1.优化条件下的猪粪水解酸化液进行厌氧产甲烷发酵,发酵10 d内产气停止,低溶解氧水解酸化和厌氧产甲烷发酵累计时间仅为13 d,甲烷体积分数(69.5±0.2)%,VS产气率为(0.282±0.011)L CH.4g-1VS.研究结果表明,适当延长发酵时间能够增加VFA中乙酸的含量,初始VS浓度差异对发酵液VFA浓度和VS降解率的影响较显著,低溶解氧能够促进猪粪固体有机物水解过程.     

Fenton氧化对印染污泥脱水性能的影响

采用Fenton氧化法对印染污泥进行预处理,研究印染污泥中TSS、VSS、CST、SRF等脱水性能指标的变化规律.结果表明,当pH值为2.0,H2O2和Fe2+投加量分别为428 mg.g-1(干泥)和42.8 mg.g-1(干泥),反应时间1.5 h、反应温度80℃时,Fenton氧化后印染污泥的脱水效果最佳.在该条件下,TSS由18.66 g.L-1下降至4.82 g.L-1,去除率为74.17%;CST和SRF分别由98.6 s和6.03×1011s.2g-1下降至18.9 s和8.42×1010s.2g-1;污泥的平均粒径和中值粒径分别由53.8μm和42.9μm下降至19.8μm和16.2μm.     

超声波对剩余污泥化学调理的影响

以污泥脱水性能与沉降性能为指标,研究了超声波预处理对剩余污泥经阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）进行化学调理时污泥减量效果的影响。试验结果表明,单独采用CPAM对剩余污泥进行化学调理时的ρ（最佳添加量）为120 mg.L-1,污泥滤饼含水率为81.2%;单独采用超声波处理剩余污泥时的最佳声能密度为0.04 W.mL-1,此时的滤饼含水率为80.4%。而当在采用CPAM对剩余污泥进行化学调理前先进行超声波预处理后,污泥滤饼含水率降至72.2%。试验结果表明这种联合处理方式不仅使剩余污泥的脱水性能大为改善,并且最佳CPAM投加量降低至60 mg.L-1,最佳超声声能密度降至0.03 W.mL-1,这表明联合处理方法降低了污泥处理成本。     

pH值调控对秸秆两阶段厌氧发酵产沼气的影响

两阶段厌氧发酵产沼气是秸秆沼气化利用的重要方式之一。秸秆厌氧发酵过程包括水解产酸和产甲烷两个阶段,水解产酸是秸秆沼气化的限速步骤,也是目前的研究重点。pH值是影响物料水解产酸的重要因素,目前的研究多集中于酸性环境对物料水解产酸的影响,碱性环境对物料水解产酸的影响还未见研究报道。在实验室条件下,每天调节水解产酸反应器发酵液pH值至8.0(T1)、9.5(T2)和11.0(T3),CK在实验过程中不调节水解产酸反应器发酵液pH值,水解产酸反应器排出的水解酸化液直接用蠕动泵泵入产甲烷反应器内产甲烷,分析了发酵过程中水解产酸反应器日产气量、甲烷含量、水解酸化液pH值、COD浓度以及产甲烷反应器产气特性的变化。结果表明:在不调节水解产酸反应器水解酸化液pH值条件下,秸秆两阶段厌氧发酵可以正常进行,秸秆干物质(TS)产气量为281.28mL·g-1,平均甲烷含量为47.36%;T1水解产酸反应器内水解酸化液pH值稳定在7左右,系统累积产气量、总产甲烷量和平均甲烷含量分别较CK大幅增加了24.51%、29.39%和2.5个百分点;T2和T3水解产酸反应器产气明显受到抑制,水解酸化液后续产甲烷亦受到明显抑制,产甲烷反应器累积产气量分别仅为CK的89.97%和17.48%,总产气量仅为T1的67.67%和10.20%;维持水解产酸反应器至碱性条件促进了秸秆中半纤维素的溶出和木质素的破坏,但不利于纤维素的溶出,TS损失率的结果与产气的结果一致。综合以上结果,调节水解产酸反应器水解酸化液pH值至8.0对提高秸秆两阶段厌氧发酵产沼气有明显的促进作用。     

阳离子表面活性剂与石灰联合调理对污泥脱水性能的影响

以污泥比阻(SRF)、污泥毛细吸水时间(CST)和脱水率为评价指标,研究了两种阳离子表面活性剂(A:松香基双-三甲基氯化铵、B:乙撑基双十二烷基二甲基溴化铵)与石灰联合调理对剩余污泥脱水性能的影响.结果表明:(1)两种表面活性剂与石灰联合调理均能产生良好的协同作用,当表面活性剂A、B的投量分别为9 g/100 g干基污泥(DS),石灰投量为15 g/100 g DS时,污泥SRF分别降低为原泥的17.7%和23.0%;污泥CST降至52.3 s和70.5 s,脱水率分别达到了86.9%和84.2%,明显改善了污泥脱水性能;(2)表面活性剂和石灰联合调理对污泥絮体及胞外聚合物产生明显的影响,随着投加量的增加,使得污泥滤液中蛋白质及多糖含量呈增加趋势,联合调理改善了污泥脱水性能.     

厌氧-好氧生物除磷影响因素的控制

采用厌氧-好氧生物除磷工艺,研究了两个关键因子--化学需氧量与磷的比值和污泥负荷对系统除磷效果的影响及其控制.结果表明,原污水中化学需氧量与磷的比值越高,厌氧放磷越多,越有利于除磷;厌氧放磷与厌氧吸收碳源呈正相关;并且,进水化学需氧量与磷的比值的变化对整个系统碳源污染物的去除效果不会产生明显的影响.试验发现,厌氧条件下聚磷菌贮存碳源的多寡并不完全依赖于高能磷酸键水解提供的能量,原污水中化学需氧量越多,越有利于厌氧碳源的贮存.若要达到好的除磷效果,系统的污泥负荷必须控制在0.21～0.5 kg/(kg·d)之间,且污泥负荷越高,除磷效果越佳.     

产氢产酸/同型产乙酸两相耦合工艺厌氧发酵市政污泥生产乙酸

采用一种新的产氢产酸/同型产乙酸两相耦合工艺对市政污泥进行厌氧发酵,以实现高效产乙酸的目的.结果表明,采用该两相耦合工艺对市政污泥厌氧发酵能很好地促进乙酸的生成,实验条件下,产氢产酸相乙酸最高浓度达到4.27 g/L,同型产乙酸相乙酸最高浓度则为1.07 g/L,乙酸产率和VFA产率分别达到0.42 g/gVS和0.69 g/gVS,与非耦合系统相比,分别提高了.61.5%和53.3%.实验结果还证明,污泥经热碱法预处理之后再厌氧发酵,能更有效地产酸,与不经过预处理的污泥原液发酵相比,前者的产氢产酸相乙酸浓度比后者提高了2.9倍.