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%。     

超声联合低温热水解促进剩余污泥破解和厌氧消化的研究

为了探索超声和低温热水解预处理技术对剩余污泥厌氧消化性能的影响,进行了单独超声、单独热水解和二者联合的实验研究.以温度和超声能量为控制参数,研究了不同预处理技术对污泥破解度DD（Disintegration degree of SCOD）和有机质溶出的影响.结果表明：联合预处理技术对DD和有机质浓度的增加效果比超声和热水解单独作用之和分别高4.04%、36.62mg/L. DD和实际输入能量之间存在较高的线性相关性（R²=0.977）,即在本研究条件下,输入能量越高,污泥破解效果越好.超声和热水解联合预处理后污泥厌氧消化产甲烷量较原泥增加了30.2%～55.4%.DD和厌氧消化性能之间存在二次非线性关系（R²=0.821）,且厌氧消化性能最高达到877.76LCH₄/kg VSS去除,该峰值出现在超声能量12000kJ/kg TS和热水解温度80℃联合作用条件下.     

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。     

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。     

酸碱-微波耦合预处理对污泥胞外聚合物溶裂与产甲烷行为的影响

对酸碱-微波耦合预处理后不同EPS组分在污泥厌氧消化行为中扮演的角色进行研究，通过产甲烷潜能实验评价其甲烷转化性能。结果表明:酸碱-微波耦合预处理通过溶出胞内有机物和改变EPS的分布来影响污泥产甲烷行为。甲烷累积产量最优预处理条件为pH=10，微波500 W，预处理时间120 s。此时，预处理后溶解型胞外聚合物（S-EPS）中的溶解性化学需氧量（SCOD）浓度达到11460 mg/L，是对照组浓度的184.5%，累积甲烷产量为89.08 mL/g，较对照组增加59.9%。碱处理（pH=10和12）时，S-EPS对累积甲烷产量的贡献率分别达到了16.6%和30.4%，远高于松散结合型胞外聚合物（LB-EPS）与紧密结合型胞外聚合物（TB-EPS）。在48 d的厌氧消化过程中，S-EPS对产甲烷的贡献率在1~4 d内快速升高，随后缓慢持续下降。因此，酸碱-微波耦合预处理通过强化污泥S-EPS中的多糖、蛋白质等有机质的溶出，促进污泥甲烷化。     

热水解污泥-香蕉秸秆改善厌氧消化性能实验

采用添加高有机质含量的香蕉秸秆协同厌氧以及高温高压热水解预处理的方法,可显著提高低有机质污泥甲烷产率和厌氧消化性能。生化甲烷潜力实验结果表明:经过预处理后的污泥、香蕉秸秆及其混合物厌氧消化最大累积甲烷产量分别为388,372,537 mL/gVS,甲烷提升产量及协同效应显著。在污泥、香蕉秸秆及其混合物各自的最佳预处理条件下,甲烷产量达到80%的时间(T80)分别为12,19,17 d;SCOD溶出值分别为预处理前的14.4,2.8,5.9倍;厌氧消化结束后,SCOD去除率分别为93.7%、89.8%、94.5%;VS去除率分别为48.4%、48.8%、59.2%;热水解预处理使液相中溶解性蛋白质和VFA、溶解性多糖的浓度增加明显,分别为预处理前的14.5,5.1,8.2倍,随后的厌氧消化阶段的去除率分别为94.4%、94.9%和95.2%,稍高于单独厌氧消化的有机质降解率。     

热碱处理污泥协同餐厨垃圾两相厌氧消化的特性

以热碱处理后的污泥和餐厨垃圾为原料,采用中温两相厌氧消化工艺,研究不同配比的污泥与餐厨垃圾的基质转化规律、产甲烷性能及系统稳定性等特性。结果表明:溶解性多糖及蛋白质在产酸阶段被大量消耗,二者去除率最高分别可达97.2%和70.4%,而餐厨垃圾比例占优的实验组,固态蛋白质溶出速率大于溶解性蛋白质水解速率。热碱污泥与餐厨垃圾混合厌氧消化的产气性能及稳定性明显得到提升,其中混合比例为2∶3的混合组产甲烷性能最佳,甲烷产率达261.6 mL/gVS,比单独餐厨垃圾消化组提升了29.6%,产甲烷过程中8 d实现了80%的甲烷产量,VS去除率最高达45.7%,产甲烷阶段VFAs/碱度小于0.2,系统稳定未出现酸化现象。     

污泥有机成分与污泥厌氧消化潜能的研究进展

污泥厌氧消化产甲烷因其高效的能量回收和较低的环境影响是目前国内外广泛应用的污泥稳定化和资源化的有效方法。污泥有机成分是影响污泥厌氧消化产甲烷效果的主要因素之一。本文分析总结了国内外污泥成分特征与污泥厌氧消化效果关系的研究,阐述不同污水处理工艺段污泥的厌氧消化产甲烷的效果,污泥有机质转化生成甲烷的机制及性能。比较和评述几种评估污泥厌氧消化产甲烷性能的模型特点和适用条件。     

中高分子量聚丙烯酰胺对污泥厌氧消化的影响

市政污水处理厂剩余污泥通常通过脱水和进一步厌氧消化实现减量和资源化。阳离子聚丙烯酰胺(cPAM)是脱水过程中常用的絮凝剂,其对后续厌氧消化性能的影响研究仍不深入。研究发现:中高分子量cPAM会抑制厌氧消化过程中有机质的溶出与水解、产酸和产甲烷效率;且中分子量的cPAM抑制效果更强。添加中分子量cPAM的溶解性蛋白质、多糖和短链脂肪酸(SCFAs)的最高产量比对照组分别降低了22.3%、28.4%和38.6%,添加高分子量cPAM的实验组则分别降低了7.4%、19.4%和25.9%;相应地,添加中、高分子量cPAM污泥的30 d甲烷累积产量为(40.4±1.4),(49.8±1.3) mL CH₄/g VSS,比对照组的(61.0±1.4) mL CH₄/g VSS分别降低了33.7%、18.3%。由此建议剩余污泥脱水过程中,要综合考虑cPAM添加量和分子量对后续厌氧消化性能的影响,以达到效益最佳。     

热碱-分步酶水解-厌氧消化工艺处理秸秆畜粪混合物料及其甲烷高值化条件

为获得秸秆畜粪混合物料在厌氧消化过程中的甲烷高值化产出,提出了一种新型“热碱-分步酶水解-厌氧消化”组合工艺。以玉米秸秆和牛粪混合物料作为实验对象,考察物料中纤维素、半纤维素、蛋白质获得高溶出效率的热碱预处理条件;分步投加纤维素酶和蛋白酶的剂量及水解时间;热碱预处理后的混合浆液和热碱-酶水解后的混合水解液厌氧消化甲烷产率及产气周期。结果表明,在80°C和0.5%NaOH碱用量条件下,纤维素、半纤维素和蛋白质的溶出效率(%TS)最高,与未预处理相比(对照组),分别提高24.84%、12.24%和8.92%;分步酶水解的过程和条件为:先投加80U·g-1的纤维素酶水解18h,再投加20U·g-1的蛋白酶水解4h,纤维素和蛋白质的水解效率可分别达到74.08%和74.01%,获得的水解液中糖类提高12~32倍;在厌氧消化阶段,热碱-酶水解后的水解液甲烷产量最高值可达750mL·h-1,产气周期50h,相比于热碱预处理后的底物消化(对照组),产甲烷效率提高了约14倍,产气周期缩了短约17d。热碱-酶水解预处理能有效地解除混合物料厌氧消化过程的水解限速,研究结果可以为开发高效的农业废弃物能源高值化利用技术提供参考依据。     

淀粉酶前处理应用于猪粪沼气发酵的研究

沼气发酵经历了水解、产氢产乙酸和产甲烷三个阶段,若发酵原料是一些小分子水溶性物质,则产甲烷阶段将是整个过程的限制阶段,若发酵原料为大分子复杂有机物,则第一阶段便成了限制阶段。在实际应用中,沼气发酵的原料通常为复杂的大分子有机物,因此原料的水解反应速度决定了整个沼气发酵过程的速度。为消除水解阶段的限制,提高沼气发酵的效率,本实验尝试采用水解酶前处理技术,在猪粪沼气发酵前,先用淀粉酶预处理。实验结果表明经淀粉酶处理后,猪粪的TS和VS降解率,累积产气量,原料产气潜力,最大容积产气率,与对照组相比有明显的提高,其中经α-淀粉酶和γ-淀粉酶共同处理的TS和VS降解率分别提高了10.84%和11.11%、累积产气量提高了14.71%、原料产气潜力提高了14.7%、最大容积产气率提高了19.79%。     

蒸汽爆破对污泥和餐厨垃圾联合厌氧消化的促进效果

鉴于蒸汽爆破（简称"汽爆"）预处理对污泥和餐厨垃圾联合厌氧消化的影响还鲜有报道,为探讨汽爆预处理对污泥和餐厨垃圾联合中温厌氧消化的促进效果及经济可行性,利用小型发酵罐在35℃下开展了未预处理污泥和餐厨垃圾联合消化、汽爆污泥单独消化、汽爆污泥和餐厨垃圾联合消化的试验,并进行能耗分析.结果表明,未预处理污泥与餐厨垃圾联合消化阶段,VS（挥发性固体）去除率为33.9%,沼气产率为311.0 mL/g（以投料VS计）;汽爆污泥单独消化阶段,VS去除率和沼气产率均略高于未预处理污泥与餐厨垃圾联合消化阶段,但反应器ρ（NH₄+-N）过高,影响产气稳定性,沼气φ（CH₄）较低.汽爆污泥与餐厨垃圾联合消化阶段,VS去除率和沼气产率分别达到49.5%和420.5 mL/g,显著优于未预处理联合消化阶段.能耗分析表明,预处理的升温过程使汽爆预处理整体能耗偏高,但若能有效回收70%的热量,则汽爆预处理可提高污泥-餐厨垃圾联合中温厌氧消化工艺3.34 kW·h/t（以污泥量计）的能量产率.研究显示,汽爆预处理可提高污泥和餐厨垃圾联合中温厌氧消化工艺35.2%的沼气产率,但由于预处理能耗较高,预处理过程中热能的有效回收是汽爆预处理应用于污泥和餐厨垃圾联合中温厌氧消化经济可行的关键.      

Effect of manganese oxide-modified biochar addition on methane production and heavy metal speciation during the anaerobic digestion of sewage sludge

Low organic matter content and high heavy metal levels severely inhibit the anaerobic digestion (AD) of sewage sludge. In this study, the effect of added manganese oxide-modified biochar composite (MBC) on methane production and heavy metal fractionation during sewage sludge AD was examined. The MBC could increase the buffering capacity, enhance the methane production and degradation of intermediate acids, buffer the pH of the culture, and stabilize the sewage sludge AD process. The application of MBC positively impacted methane production and the cumulative methane yield increased up to 121.97%, as compared with the control. The MBC addition can improve metal stabilization in the digestate. An optimum MBC dose of 2.36?g was recommended, which would produce up to 121.1?L/kg volatile solids of methane. After the AD process, even though most of the metals accumulated in the residual solids, they could be transformation from the bio-available fractions to a more stable fraction. The total organic- and sulfide-bound and residual fraction content at a 3?g dose of MBC that is 0.12?g/g dry matter were 51.06% and 35.11% higher than the control, respectively. The results indicated that the application of MBC could improve the performance of AD and promote stabilization of heavy metals in sewage sludge post the AD process.     

污水厂超声污泥厌氧消化性能的对比研究

利用超声技术分别对武汉市龙王嘴和汤逊湖两污水处理厂的浓缩污泥进行破解处理.采用半连续流中温厌氧消化实验,研究超声预处理对不同污水处理厂剩余污泥厌氧消化性能的影响.结果表明,与传统污泥消化工艺相比,超声预处理能明显提高污泥厌氧消化的日产气量和消化效率,使污泥产气更加稳定.并且相对于传统消化污泥,超声消化污泥的沉降性更好,...     

Effect of nitrite on hydrolysis-acidification, biogas production and microbial community in semi-continuous two-phase anaerobic digestion of sewage sludge

Previous study found that the pre-treatment of sewage sludge with nitrite improves the biogas production during the mono/two-phase anaerobic digestion (AD) using batch biochemical methane potential tests. In this study, the effects of nitrite on hydrolysis-acidification, biogas production, volatile solids destruction and microbial composition in semi-continuous two-phase AD of sewage sludge were investigated. The addition of nitrite promotes sludge organic matter solubilization (+484%) and VFAs production (+98.9%), and causes an increase in the VS degradation rate during the AD process (+8.7%). The comparison of biogas production from the acidogenic and methanogenic reactors with or without the addition of nitrite implies that the nitrite has no significant effect on the overall biogas production of two-phase sludge AD process. High-throughput sequencing analysis shows that the microbial communities of bacteria and archaea in two-phase AD reactors significantly changes after the addition of nitrite. Vulcanibacillus (bacteria) and Candidatus Methanofastidiosum (archaea) become the dominant genera in the acidogenic and methanogenic reactors with the nitrite respectively. These findings provide new insights about using nitrite to promote the organic matter degradation of sewage sludge in a semi-continuous two-phase AD system.     

高浓度中温厌氧膜生物反应器处理城市污水厂污泥的厌氧消化效果

利用厌氧消化技术处理城市污泥等有机废弃物,可以生成以甲烷为主要成分的沼气,同时实现废弃物减量化。传统的污泥厌氧消化技术存在水力停留时间长,处理水质差,反应器对环境变动敏感,运行不稳定等缺陷。使用有效体积15 L的实验室规模厌氧膜生物反应器（AnMBR）对初沉污泥与剩余污泥混合的城市污水厂污泥进行高浓度厌氧消化处理。AnMBR通过膜过滤方式将悬浮固体（SS）截留在反应器内,增强了反应器运行的稳定性并促进有机物的分解。AnMBR反应器在中温35℃,HRT为15 d,有机负荷为4.66 g-COD/（L·d）的条件下进行了为期155 d的长期运行实验。实验过程中,反应器运行稳定,没有出现氨氮抑制和挥发性脂肪酸的积累。沼气收率为0.48 L/g-VS,甲烷平均含量为63.32%。膜过滤水中COD浓度为0.77 g/L,COD去除率高达98%以上。通过物质衡算,基质总COD的54.38%转化为甲烷,仅有0.6%残留在膜过滤水中。在保持反应器污泥浓度25 g/L的高浓度条件下,实现了工作模式为4 min抽吸,1 min休息,平均膜通量9.6 L/（m2·h）的连续稳定运行。通过膜阻力抵抗值的计算,污染膜总阻力为11.87×1012/m,其中附着在膜表面的泥饼层和导致膜孔闭塞的有机层为膜污染形成的主要因素。通过长期连续实验的产甲烷情况及膜过滤效果,验证了AnMBR在有机废弃物减量化和能源回收应用上的可行性。     

市政污泥与玉米秸秆混合高温厌氧发酵产甲烷研究

以实验室自主驯化的二沉池污水为接种物,对我国天津、昭通、太原3个城市的市政污泥和玉米秸秆混合物进行了高温(55℃)厌氧发酵,考察了不同发酵体系下发酵液pH、单日产气量、累积产气量、甲烷产率等指标随发酵时间的变化情况。结果表明:污泥单独发酵几乎不存在酸化现象,稳定后的发酵液pH值高于混合发酵试验组;污泥单独发酵系统的最大单日产气量出现在第1,2天,发酵系统加入玉米秸秆后最大单日产气量出现的时间有所延迟;天津污泥单独发酵(20 g-TS)的累积产气量达到2004 mL,高于其他2组;所有发酵系统的VS去除率均达到40%以上;随着发酵过程稳定,甲烷含量维持在70~85 vol.%,天津污泥单独发酵的甲烷产率达到141.01 mL/g-VS;Modified Gompertz拟合表明污泥单独发酵不符合"S"曲线,该系统下发酵停滞期较短,污泥与玉米秸秆质量比为3:1或2:1时甲烷产率、产甲烷速率和发酵停滞期具有一定优势。     

腐殖酸影响剩余污泥厌氧消化过程实验研究

以实验室培养、几乎不含腐殖质和金属离子的剩余污泥作为研究对象,选择与市政污泥中腐殖酸特征相近的市售腐殖酸为外加填充物,实验研究污泥中所含腐殖质对污泥厌氧消化过程的抑制作用.通过设置腐殖酸不同投加比例(0、5%、10%、15%和20%,以VSS计),探究腐殖酸对厌氧消化不同过程的影响.实验结果表明,腐殖酸抑制厌氧消化生物气产气量.填加15%腐殖酸时对厌氧消化产气量抑制作用最为明显,较未添加腐殖酸对照组产气量下降了35%;但并未对生物气中CH_4体积比产生太大影响,说明抑制影响是对生物气整体性的.腐殖酸亦可抑制厌氧水解过程,投加20%腐殖酸实验组实验结束时残留于上清液中的溶解性多糖、蛋白质浓度分别是对照组的2.2和1.6倍.然而,腐殖酸作为外源电子受体,可以在一定程度上促进酸化过程,其程度在填加20%腐殖酸实验组表现最高,较对照组VFAs提高了11.3%.腐殖酸投加未对系统pH产生明显影响,各实验组pH值均在7.09~7.54间变化.     

含固率和有机负荷对厨余垃圾厌氧消化性能及沼渣特性的影响

为提高厨余垃圾厌氧消化性能和促进沼渣资源化利用,以底物降解效能和产甲烷量最大化为目标,分别考察不同进料总固体（TS）含量（含固率）(12%、15%、18%、25%、28%、33%)和有机负荷〔8.5、10.5、13.5 g/(L·d),以挥发性固体(VS)计〕条件下厨余垃圾的中温厌氧消化特性,并对最优进料参数下沼渣特性和资源利用潜力进行分析. 结果表明:进料TS含量是影响厨余垃圾厌氧消化效能的重要因素,调节进料TS含量至25%时可获得最大累计产甲烷量(16.81 L)和最高单位容积负荷累计产甲烷量(42.01 L/L),挥发性固体降解率达72.29%,系统运行稳定. 在进料TS含量为25%的条件下,系统累计产甲烷量随有机负荷的增加呈先升高后降低的趋势,有机负荷为10.5 g/(L·d)时,系统累计产甲烷量和挥发性固体降解率最高,分别为24.04 L和79.64%,未产生酸抑制现象. 厌氧消化过程中产生的副产物沼渣中有机质和总养分含量较高,电导率和重金属含量较低,pH适宜,满足《有机肥料》(NY 525—2021)和《绿化用有机基质》(GB/T 33891—2017)的要求. 研究显示:当进料TS含量为25%、有机负荷为10.5 g/(L·d)时,厌氧消化系统运行效能最优;沼渣营养成分较高、生物毒性较低,具有较大资源化利用潜力,后续经脱水处理并提高腐熟程度后可进行应用.