污泥热处理及其强化污泥厌氧消化的研究进展

污水生物处理的广泛应用产生了大量剩余污泥,剩余污泥的处理与处置已成为污水处理厂面临的一个重大挑战.厌氧消化是一种常用的污泥处理方法,传统的污泥厌氧消化处理方式存在许多不足,而污泥热处理却能使之改善.本文综述了近几年来污泥热处理的研究进展,从污泥热处理的机理出发,总结了热处理对污泥的作用过程及其对污泥特性的影响,分析了污泥热处理的影响因素.在阐述热处理对污泥厌氧消化的强化作用及其强化机理的基础上,深入分析了影响热处理强化污泥厌氧消化的主要因素.同时,对污泥热处理及其强化污泥厌氧消化存在的不足及其今后的发展方向作了简要的分析和展望.     

污泥厌氧消化的强化处理技术

污泥固体的生物可降解性低 ,影响了污泥的厌氧消化 ,提高厌氧消化效率的一个主要途径是促进污泥细胞的分解 ,增强生物可降解性 ,本文综述了强化污泥厌氧消化的几种预处理技术 ,包括热解、碱处理、臭氧氧化和超声处理     

预处理方式对剩余污泥水解及厌氧产甲烷性能的影响

考察了不同的预处理方式对剩余污泥水解及厌氧消化产甲烷过程的影响。研究结果表明:低温热碱预处理对污泥的水解效果最好,剩余污泥中SCOD及可溶性总糖、蛋白质溶出效果大幅提升,SCOD溶出率达到16.6%;执行三种方式预处理后,后续厌氧消化的效率得到明显改善,剩余污泥经碱处理、低温热水解和低温热碱处理后,厌氧消化的产气量较未预处理污泥分别提高了75.6%、72.9%和83.7%。     

微波及其组合工艺强化污泥厌氧消化研究

为提高剩余污泥的厌氧消化效能和脱水性能,考察了微波及其组合污泥预处理工艺的强化污泥厌氧消化效果,同时考察了预处理-厌氧消化过程的污泥理化特征及其脱水性能.结果表明,微波及其组合工艺可以强化污泥厌氧消化产甲烷,其中微波-过氧化氢-碱(0.2)的强化效果最为显著,不仅30 d累计产甲烷量比对照组增加了13.34%,而且产甲烷速率也得到了提升.与单独微波处理相比,过氧化氢、碱的投加显著提高了溶解性COD的释放量,这表明微波、过氧化氢、碱之间的协同作用能有效破碎污泥,进而强化厌氧消化效果;微波-酸预处理后的污泥具有良好的脱水性能,毛细吸水时间(CST)只有9.85 s,污泥脱水性能的改善与其表面电性、粒径分布的变化密切相关;不同预处理条件下的污泥经过厌氧消化后,污泥脱水性能较为接近.     

不同污泥预处理方法对污泥厌氧消化产气量影响研究

污泥溶胞破解是提高污泥厌氧消化产气量的重要手段。实验比较了热预处理、碱预处理、热碱预处理以及电化学热处理四种破解方法对污泥厌氧消化产气量的优化效果,通过对沼气累计产量、日产气速率、CH4在沼气中的含量占比等指标的分析,结果表明,不同的破解方法对污泥厌氧消化产气量的优化程度是不同的。     

酸-碱预处理促进剩余污泥厌氧消化的研究

为提高剩余污泥的厌氧消化效率,投加酸和碱对污泥进行预处理,对比分析了不同预处理方式（单独碱处理、酸-碱处理和碱-酸处理）对污泥水解酸化的影响,并研究了各种预处理方式对后续厌氧消化产甲烷效率的影响.结果表明,单独碱处理的溶解性化学需氧量（SCOD）溶出量比酸碱联合处理要大16%左右,预处理第8 d,达到5 406.1 mg.L-1.采用先酸（pH 4.0,4d）后碱（pH 10.0,4 d）预处理,在污泥水解酸化过程中,乙酸产量及其占总短链脂肪酸（SCFAs）的质量分数均高于其他预处理方式,其乙酸产量（以COD/VSS计）可达到74.4 mg.g-1,占总SCFAs的60.5%.酸-碱预处理后污泥混合液的C∶N比值为25左右,C∶P比值在35～40之间,这比单独碱处理和碱-酸处理后的C∶N和C∶P比值更有利于后续厌氧消化.通过对比研究发现,酸-碱预处理后,厌氧消化到第15 d,酸-碱预处理污泥的累积甲烷产量（CH4/VSS加入）达到136.1 mL.g-1,分别是空白对照、碱-酸预处理和单独碱预处理方式的2.5、1.7和1.6倍,厌氧消化效率最高.经过8 d酸-碱预处理和15 d的厌氧消化,挥发性悬浮固体（VSS）总去除率达到60.9%,污泥减量效果比其他预处理要好.很显然,酸-碱预处理方式更有利于污泥厌氧消化及污泥减量化.     

CaO对高浓度污泥厌氧消化性能的影响机理及动力学分析

为解决高固体浓度污泥厌氧消化水解速率慢的问题,采用CaO对高固体浓度污泥进行碱解预处理。采用粒径分析及溶解性COD、蛋白质和多糖浓度监测考察碱解预处理前后污泥物理化学特性的变化,评估碱解预处理对高固体浓度污泥厌氧消化产甲烷潜力及有机物降解规律的影响,研究不同碱量下EPS、细胞壁和细胞膜破解程度对厌氧消化性能的影响机理,分析厌氧消化过程的动力学特性。结果显示:CaO碱解预处理高固体浓度污泥后,污泥粒径变化不明显,而溶解性COD、蛋白质和多糖的浓度均有增加;碱解预处理的破解程度随着碱投加量的增加而增加;碱解预处理后,高固体浓度厌氧消化的累积甲烷产率提升了22.9%~34.8%;分析机理低碱量预处理时只能释放EPS中的有机质,从而促进厌氧消化的累积甲烷产率,而高碱量预处理时,EPS内的有机质和胞内聚合物都得到释放,使累积甲烷产率增加。动力学研究结果表明:碱解预处理可以显著提高污泥甲烷产率,加快厌氧消化速率,并明显缩短延滞期。     

污泥厌氧消化预处理的研究进展

城市污水在污泥厌氧消化时，时间长，且产气量较低。污泥的厌氧消化包括水解、酸化、产乙酸、产甲烷等过程。研究发现，在污泥的厌氧消化中固态物的水解、液化是主要的控制过程。本文介绍了几种预处理方法：机械预处理、超声波预处理、臭氧氧化顸处理和加碱预处理。改变污泥的特性，利于后续厌氧消化的处理。     

污泥厌氧消化预处理的研究进展

城市污水在污泥厌氧消化时,时间长,且产气量较低。污泥的厌氧消化包括水解、酸化、产乙酸、产甲烷等过程。研究发现,在污泥的厌氧消化中固态物的水解、液化是主要的控制过程。本文介绍了几种预处理方法：机械预处理、超声波预处理、臭氧氧化预处理和加碱预处理。改变污泥的特性,利于后续厌氧消化的处理。     

超声波处理污泥厌氧消化中试研究

研究了厌氧消化工艺启动及其影响因素,并在厌氧消化稳定的情况下,对比不同投配率下,投加超声波处理剩余污泥和原泥的产气量,分析超声波处理对厌氧消化的作用效果,并分析了不同超声波污泥投配率对产气量的影响.同时试验亦研究了稳定条件下对照组和试验组NH3-N的变化情况.     

剩余污泥中磷的回收利用

基于我国磷资源的短缺和城市污泥处理处置的现状,针对磷元素的流动特性,分析了城市污泥中磷回收的必要性。探讨了污泥中磷由固相释放至液相的厌氧消化法、臭氧氧化法、热处理法、超声波溶胞法和焚烧溶出法等方法,并对回收污泥中磷的化学沉淀法、吸附解析法、焚烧热处理法、纳滤法等的原理和研究现状进行了综述,对城市污泥中磷释放与回收技术的研究、开发与应用前景进行了展望,为城市污泥中磷的资源化回收利用提供指导。     

中美典型污泥处理处置工程能耗和碳排放比较分析

中美两国污水处理规模大、碳排放基数高,污泥的处理与处置是污水处理厂碳排放的重要组成部分,合理的污泥管理策略是未来污水厂碳减排的关键。实地调研了中美6个大型典型污水处理厂的污泥处理设施和污泥处置路径,分析了中美两国不同典型的污泥处理处置工艺能量回收和碳排放的表现特征。结果表明:在不考虑碳补偿的情况下,中美6个污水处理厂中,华东A(中温厌氧消化+脱水+填埋/土地利用)、华东B(脱水+填埋/焚烧)、华东C(脱水+焚烧)、Hyperion(高温厌氧消化+脱水+农用)、OCSD(中温厌氧消化+脱水+农用)和Blue plains(热水解+中温厌氧消化+脱水+农用)的污泥处理处置路线的碳足迹分别为1410,1881,1914,471,402,405 kgCO₂/t DS。考虑能源回收和资源化利用产生的碳补偿效果,中美6厂污泥处理处置的净碳排放分别为984,1681,1941,-183,-240,-315 kgCO₂/t DS。中美6个污水厂碳补偿率分别为30.2%、10.6%、0%、138.9%、159.7%和177.9%。污泥厌氧消化和产物土地资源化利用是碳减排的关键,提升污泥有机质含量能够强化碳补偿效应,该研究结果可为我国污水处理厂低碳转型、污泥处理处置的无害化、减量化和低碳化提供参考。     

污泥厌氧发酵产氢的影响因素

污水生物处理过程中产生大量剩余污泥, 通常采用厌氧发酵处理并获取甲烷气体. 产氢产酸是污泥厌氧消化过程中的一个中间阶段. 本研究考察了原污泥和经碱处理的污泥在不同初始pH(3.0～12.5)条件下的产氢效果, 以及污泥性质和污泥浓度等对产氢效果的影响. 结果表明, 当初始pH为11.0时污泥发酵的产氢率达到最大值.采用原污泥发酵产氢时, 在初始pH为11.0的条件下发酵产氢获得的最大产氢率为8.1 mL/g, 而经碱处理的污泥在同样初始pH的条件下发酵产氢可将其产氢率提高一倍左右, 达到16.9 mL/g. 污泥经碱处理后厌氧发酵4d无甲烷产生, 且可有效地降低氢气消耗的速率. 另外, 污泥的VSS/SS值过低时会大大降低污泥的产氢率, 而污泥浓度对产氢率无明显影响.     

纳米材料对污水/污泥厌氧消化系统影响的研究进展

随着纳米技术的广泛应用,越来越多的纳米材料进入污水/污泥中,对污水/污泥的厌氧消化过程产生一定的影响。综述了纳米材料特性利用在厌氧消化过程中产生的影响(吸附还原重金属,作为电子供体提高厌氧消化效能,降解难降解有机物,减少硫化氢等),以及纳米材料可能对厌氧消化系统微生物的影响(释放金属离子毒性,通过吸附作用包被微生物细胞,破坏细胞膜,引起遗传物质损伤等)。提出最大限度降低纳米材料对厌氧消化系统微生物危害以及利用纳米材料特性促进污水/污泥厌氧消化过程的可行性。     

PEF技术在污泥厌氧消化处理中的应用研究

高压脉冲电场技术作为新型的污泥厌氧消化预处理手段,被国外学者广泛关注。高压脉冲电场可有效改善污泥的理化性质,提高污泥中溶解性物质的浓度,强化污泥的厌氧消化过程和产甲烷效率,并且可以作为外加的电子供体用于反硝化脱氮,但是其处理效果受多种因素的影响,只有在各因素协调配合的条件下,对污泥的预处理效果才能达到最佳。鉴于国内PEF技术在污泥预处理过程中的应用研究尚处于萌芽阶段,通过查阅大量的国内外文献,着重介绍了高压脉冲电场处理污泥的作用机理,分析了各个反应器控制参数对高压脉冲电场污泥预处理效果的影响。在今后的研究工作中应针对其作用机理、影响因素及相关运行设备进行更加深入的探讨研发,为实际生产工作提供科学指导依据。     

工业废水处理过程污泥减量化研究

根据废水处理的工艺特点,从产生污泥的工艺单元着手减少污泥的产量,是污泥减量化的重要途径。研究表明,在高浓度酒精废水的处理过程中,通过控制厌氧反应温度,UASB反应器的结构以及污泥回流的路线,可以有效减少污水处理系统的污泥产量,并且不影响废水处理效率。该研究结果从工艺设计角度最大限度地减量化污泥的处置,对降低污泥处理运行费用,实现废水处理系统的良性运转有着积极的作用。     

污泥厌氧消化技术的研究与进展

厌氧消化是目前国际上应用最为广泛的污泥稳定化和资源化的方法,随着全球性的能源危机以及各国可持续发展和环保法规的相继出台,该技术将有更加广阔的发展前景。阐述了厌氧消化的基本原理和应用情况,讨论了近年国外针对厌氧消化预处理技术和不同运行条件对厌氧消化反应效果的影响以及不同污泥处理工艺产能效果等方面研究成果及最新进展。     

污泥生物处理技术在长江大保护中的应用前景

污泥是污水处理的副产物,是污水处理过程的延续和必然要求.截至2017年,长江经济带11省市污泥产量接近2 000×104 t/a,大量污泥没有得到妥善处置,严重制约着“长江水质根本好转”目标的实现.厌氧消化与好氧发酵是两种主流的污泥生物处理技术,都已有广泛的应用案例,但是也存在运营不畅的现象.为识别长江大保护中污泥生物处理项目的问题并提出解决方案,分析了长江经济带的污泥产率及性质,梳理了污泥生物处理技术的发展及适用性.结果表明:长江经济带各省市污泥产量约占全国污泥产量的40%,污泥产率普遍低于全国平均水平,长江经济带各省市污泥有机质含量低于55%,pH为中性、总养分含量超过5.0%、重金属含量存在超过GB 4284—2018《农用污泥污染物控制标准》标准限值的风险;高级厌氧消化、协同厌氧消化和高含固厌氧消化等技术的发展破解了由于长江经济带污泥有机质含量普遍较低而导致的污泥厌氧消化稳定性低的问题,降低了污泥厌氧消化工程的成本;污泥好氧发酵过程重金属钝化技术的发展在一定程度上破解了由于长江经济带污泥重金属含量过高而导致的污泥发酵产物出路不畅的问题.研究显示,污泥生物处理技术仍具有一定的局限性,但通过合适的规划,污泥生物处理技术可与其他污泥处理处置技术高效耦合,具有广泛应用于长江大保护污泥处理处置项目的潜力.      

热碱法破解污泥动态实验的条件优化

以城市污水处理厂二沉池污泥为研究对象,利用热碱处理工艺对其进行处理,研究污泥的最佳处理条件,分析静态实验对动态实验的指导作用。结果表明:静态实验处理条件下,污泥热碱处理的最佳初始pH、反应温度、反应时间分别为13、30℃、10 h;在最适条件下,COD溶出率、水相中的蛋白质和多糖浓度依次为61.53%、761.73 mg/L、649.85 mg/L;动态实验最佳反应时间为10 h,在此最佳条件下COD溶出率为75.77%、多糖浓度为842.34 mg/L,蛋白质浓度随着反应时间上下波动,总体破解效果高于静态实验。以上结果表明,污泥静态实验对动态实验具有现实指导作用,热碱联合具有较好的应用前景。