pH对生物表面活性剂脂肽强化剩余污泥厌氧水解酸化的影响

近年来,污泥厌氧发酵作为一种新型的污泥处理方式受到广泛关注。通过厌氧发酵,一方面污泥得以减量化,另一方面,得到能源物质短链挥发性脂肪酸(SCFA)。然而,厌氧反应中水解步骤是限制污泥厌氧发酵的关键步骤。因此,提出利用脂肽强化污泥厌氧发酵生产SCFA的方法,并探讨了pH对脂肽强化污泥水解酸化的影响。实验结果表明,碱性环境有助于进一步提高脂肽作用下污泥厌氧水解酸化速率,且最佳pH为10,此时最大SCFA积累量为286.4 mg·g~(-1)。研究表明,碱性环境能够进一步强化污泥中有机物(蛋白质和多糖)的溶出,且抑制甲烷的积累。     

脂肽强化污泥厌氧发酵生产短链挥发性脂肪酸的研究

利用脂肽强化污泥厌氧发酵生产短链挥发性脂肪酸(SCFA),考察了脂肽投加量对污泥厌氧发酵过程中溶解、水解以及甲烷化过程的影响。实验结果表明,综合考虑经济因素及厌氧发酵效果,脂肽最佳投加量为0.04g/g(以污泥中单位质量总悬浮固体(TSS)的脂肽投加量计),此时SCFA的最大积累量为2 697mg/L。机制分析表明,脂肽能够促进溶解性蛋白质和多糖的溶出及挥发性悬浮固体(VSS)减量,并抑制甲烷产生,从而提高SCFA的积累量,脂肽自身分解对SCFA的贡献不大。     

不同类型污泥中非溶解性有机物水解产酸特性研究

分别以化学生物絮凝污泥(以下简称絮凝污泥)、初沉污泥和剩余污泥3种污泥为基质,对比研究了不同类型污泥中的非溶解性有机物的水解产酸特性,并进一步考察了水解酸化产物挥发性脂肪酸(VFAs)的产量和组成。结果表明,与初沉污泥和剩余污泥相比,絮凝污泥的水解酸化性能最优,稳定运行期间,絮凝污泥单位质量挥发性悬浮固体(VSS)的VFAs产量为(410.3±26.8)mg/g,分别为初沉污泥和剩余污泥的1.2、1.9倍。此外,絮凝污泥水解酸化产生的VFAs结构最优,乙酸占VFAs的比例高达64.3%(质量分数),絮凝污泥水解产酸发酵液中C/N、C/P均远高于典型城镇污水处理厂生化处理系统进水需求,可以作为后续生物脱氮除磷过程的优质补充碳源。     

联合NaOH和Ca(OH)_2强化剩余污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸

以剩余污泥为研究对象,在序批式厌氧反应器中探究了Na OH和Ca(OH)_2联合作用对污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸(VFA)的影响。结果表明,相较于Na OH单独发酵,Na OH和Ca(OH)_2的联合作用能够进一步促进VFA的积累,且Na OH和Ca(OH)_2的质量比例为50∶50时,VFA的最大积累量为286 mg COD·g-1VSS。机理研究表明,Na OH和Ca(OH)_2联合作用能够促进污泥溶解过程,并且溶解性COD(SCOD)的最大含量为3 650 mg·L~(-1),同时Na OH和Ca(OH)_2联合作用能够促进胞外聚合物内部有机物向外部的转移。Na OH和Ca(OH)_2联合作用能够进一步遏制产甲烷古菌的活性,甲烷的最大积累量为165 m L,远小于Na OH单独影响下甲烷的积累量。研究结果对指导污泥厌氧发酵回收能源物质具有一定的指导意义。     

猪粪和羊粪与麦秆不同配比中温厌氧发酵研究

研究了猪粪和羊粪分别与麦秆不同配比中温(35℃)厌氧发酵对产气量、消化时间和最优C/N值的影响。结果表明,猪粪与麦秆在中温厌氧发酵时,所需的最优C/N值为21,且经141 d就可充分发酵,最大干物质累积产气量可达369.53 mL/g。羊粪与麦秆中温厌氧发酵时,所需的最优C/N值为24,且经96 d就可充分发酵,最大干物质累积产气量可达209 mL/g。猪粪秸秆中温厌氧发酵时易发生酸化,发酵前应通过预处理来减少酸化可能;而羊粪麦秆不易发生酸化。     

利用皂角粉促进污泥水解酸化

针对目前投加常用表面活性剂促进污泥水解酸化的方法存在二次污染与负面效应等问题,提出利用皂角粉促进污泥水解酸化的新方法,考察皂角粉投加量对促进污泥水解酸化效果的影响,分析发酵过程皂角粉与污泥混合体系VSS的变化情况。实验结果表明,投加皂角粉可有效地促进污泥水解酸化,水解酸化液中SCOD、DOC和Th ODVFAs浓度均随皂角粉投加量增大而增大,皂角粉投加量/体系中污泥VSS质量为0.20 g·g~(-1)的条件下,污泥水解酸化5 d时,三者分别达到最高值3 724.7、1 485.3和2 044.7 mg·L~(-1),分别约为不加皂角粉对照组的3倍、4倍和10倍;控制相同的初始体系VSS,改变不同体系中皂角粉占体系VSS的比例,发酵过程中不同体系的Th ODVFAs含量相近。消耗相同的体系VSS时,VFAs生成量随体系中皂角粉所占比例的增大而减小,皂角粉作为表面活性剂的作用要远高于作为代谢基质的作用。研究表明,皂角粉是一种经济的环境友好的可用于促进污泥水解酸化的天然表面活性剂。     

电刺激对餐厨垃圾-污泥共厌氧发酵产挥发性脂肪酸的影响

以小型生物电化学反应器为发酵装置,考察外加电刺激对餐厨垃圾-污泥共厌氧发酵过程中挥发性脂肪酸(volatile fatty acids,VFA)产量的影响。实验结果表明,餐厨垃圾协同污泥厌氧发酵,有利于体系中蛋白质和糖类的溶解消耗,提高VFA的产量。0.5 V微电刺激可增强厌氧体系中微生物的活性,有利于VFA的产出。第144和192小时,外加0.5V的实验组VFA浓度分别为24 342 mg·L~(-1)和21 291 mg·L~(-1),高于其他实验组,较空白分别提高了30.8%和4.1%;其组成主要是乙酸、丙酸和戊酸。发酵进行第24 h和96 h时,0.5 V微电刺激厌氧发酵体系中溶解性糖类和溶解性蛋白质分别为722.4 mg·L~(-1)和1.49 g·L~(-1),且有机物水解酸化过程中,厌氧体系内糖类先于蛋白质被消耗。     

CaO_2对污泥厌氧消化性能的影响

近年来,污泥厌氧消化得到了广泛关注,一方面能够实现污泥的减量化,另一方面又能得到有价值的消化产品。由于水解过程是限制厌氧反应的重要步骤,因此利用CaO_2强化污泥厌氧消化中水解和酸化过程。结果表明,适量的CaO_2的投加量能够显著促进污泥的水解和酸化过程,但对甲烷化有抑制作用。当CaO_2投加量为0.2g/g(污泥以挥发性悬浮固体(VSS)计)时,挥发性脂肪酸(VFA)的最大积累量为253.6mg/g,但CaO_2对VFA的组成影响不大。     

温度和污泥浓度对碱性条件下剩余污泥水解酸化的影响

挥发性脂肪酸(VFAs)是脱氮除磷过程中易于利用的碳源。剩余污泥在碱性条件下发酵能产生大量的VFAs,而温度和污泥浓度是影响剩余污泥发酵的两个重要因素,为此考察了厌氧环境,温度15℃和35℃,pH为10的条件下,剩余污泥挥发性悬浮污泥浓度(VSS为1.708～11.049 g/L)对水解酸化的影响,为实现剩余污泥的资源化提供理论依据。研究得出如下结论:污泥浓度对剩余污泥溶解性化学需氧量(SCOD)溶出率影响不大。低污泥浓度和高污泥浓度均不利于剩余污泥产酸,最佳产酸的污泥浓度为8.540 g/L。各污泥浓度条件下产生的6种挥发性有机酸中乙酸的比例总是最大,且低污泥浓度条件下乙酸的百分含量要高于高污泥浓度条件下。温度对高污泥浓度条件下污泥的最大SCOD溶出量影响较大,而对低污泥浓度条件下污泥最大的产酸量影响较大。无论15℃还是35℃,中等污泥浓度对氨氮的释放量影响不大,35℃条件下污泥浓度对正磷酸盐的释放要比15℃条件下大。     

金属离子强化餐厨垃圾高温厌氧发酵产酸

以经过高温驯化的污泥作为厌氧微生物,以餐厨垃圾作为发酵基质,向发酵体系中加入不同浓度Fe~(2+)、Mg~(2+)和Ni~(2+)进行单因素实验。实验结果表明:当Fe~(2+)、Mg~(2+)和Ni~(2+)加入量分别为800、250和0.50 mg/L时,挥发性脂肪酸(VFA)的产量最大,分别为23.58、22.38和23.08 g/L;加入不同浓度Fe~(2+)、Mg~(2+)和Ni~(2+)的厌氧发酵液相产物中丁酸含量均最高,但在一定浓度范围内随着金属离子的添加,发酵产物中丁酸所占的比例逐渐减小,乙酸所占比例逐渐增加;加入适量金属离子在一定程度上能够抑制发酵液中氨氮的溶出。     

污泥性质对污泥水解酸化效果的影响

采用3组构造一致的完全混合流态水解酸化反应器,分别以同等浓度的絮凝污泥、初沉污泥和剩余污泥作为底物污泥,在温度35℃,初始p H=10的反应条件下,研究污泥性质的差异对污泥水解酸化产物及产率的影响。实验结果表明:与初沉污泥、剩余污泥相比,絮凝污泥更易水解产酸发酵,至第9天水解产SCOD达到最大值2 713.2 mg/L,第7天酸化产VFAs达到峰值1 392.7 mg/L。3种污泥酸化产VFAs的主要组分均为乙酸和丙酸,但絮凝污泥VFAs组分中乙酸、丙酸这种优势更加明显,其所占比例分别高达48.9%和27.2%。此外,3种污泥水解酸化产碳源的同时均伴随着氮、磷元素的释放,整体而言,絮凝污泥产酸发酵中氮、磷元素的释放量及释放率均较低。     

pH对混合污泥水解酸化的影响

pH对剩余污泥和初沉污泥水解酸化的影响已有报道,但pH对混合污泥水解酸化的影响尚鲜见报道。为此对厌氧环境,(20±1)℃,pH=4～11以及不控制pH条件下混合污泥的水解酸化特征进行了研究。研究发现:对pH调控有利于污泥SCOD的溶出,在较强的碱性条件下污泥溶出的SCOD要大于其他条件下的,特别是pH=10和11条件下污泥溶出的SCOD要远高于其他条件下。碱性环境和酸性环境以及中性环境相比更有利于混合污泥产酸,最佳产酸pH条件为pH=10。在酸性和极端碱性条件下均有利于混合污泥中氨氮和磷的释放。碱性环境利于挥发性悬浮固体(VSS)的去除,但不利于总悬浮固体(TSS)的去除。在不同pH条件下将混合污泥的发酵特征和剩余污泥和初沉污泥发酵特征比较,发现3种污泥水解和产酸均在碱性条件下最好,且在20～22℃的条件下,产酸量均在pH=10的条件下达到最大。     

回流比对剩余污泥厌氧发酵产酸的影响

挥发性脂肪酸(VFAs)是强化生物除磷过程中易于利用的碳源。在影响剩余污泥厌氧发酵的因素中,回流搅拌是影响因素之一。因此,确定最适SRT为10 d后,通过采用控制回流比的方法,研究了剩余污泥在不同回流比条件下厌氧发酵的情况。结果表明:回流比的增大能够促进污泥水解过程中SCOD和STOC的溶出;回流比为300%时VFAs浓度最高,可以达到284.64 mg·L~(-1),约为不回流情况下(146.82 mg·L~(-1))的2倍;回流比为300%时产酸率也要大于不回流搅拌和回流比为500%的情况,最高可达到0.58 g·g-1(以VS计),在VFAs中以乙酸和丙酸的含量占主导。     

初沉污泥球磨破解后水解酸化研究

采用球磨机对污水处理厂初沉池的污泥进行球磨破解以控制初沉污泥粒径,然后在不同条件下(污泥粒径、系统pH、污泥投配率)考察初沉污泥的水解酸化效果(以溶解性COD(SCOD)变化显示),以确定初沉污泥水解酸化的最佳条件。结果表明,初沉污泥的最佳水解酸化条件为:污泥粒径25μm、系统pH 11、污泥投配率10%、水解酸化时间5d,此时反应后系统SCOD为8 256mg/L,污泥水解转化效率为32.0%。通过球磨破解、水解酸化的方式回收初沉污泥中的碳源具有一定的可行性和较好的开发利用前景。采用球磨机作为污水处理厂初沉污泥预处理的装置,与其他方法如超声波法、热处理法等相比较,具有适应力强、操作可靠、运行简单等优点。     

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。     

厌氧发酵方式对乳渣废水产酸性能的影响

为了研究厌氧发酵方式对乳渣废水发酵产酸效果的影响,分别对乳渣废水采用自然型发酵、填料型发酵及中性型发酵(pH=7.0±0.2),并进行连续2个周期的厌氧反应。分析乳渣废水中可溶性化学需氧量(SCOD)、蛋白质、多糖、挥发性短链脂肪酸(SCFAs)、水解酶(蛋白酶、α-葡萄苷酶)和辅酶420、NH_4~+-N及PO3-4-P指标的变化。研究发现,中性产酸系统中水解酶活性较高,蛋白质和多糖等物质水解性能较好,使乳渣废水产酸性能最佳,最大SCFAs积累量为12 328.37 mgCOD·L~(-1)。自然发酵产酸系统中水解酶活性最低,系统中残留大量的蛋白质和多糖等物质,最低SCFAs积累量为4322.61 mg COD·L~(-1)。同时发现,3个发酵系统中挥发性短链脂肪酸酸成分具有显著差别,其中自然型发酵系统乙酸积累率最大,可达69.70%,中性发酵系统丙酸积累率最大可达49.27%,填料型发酵系统正丁酸积累率最大可达38.85%。     

垃圾渗滤液发酵产氢和产甲烷特性研究

以实际垃圾渗滤液作为厌氧发酵基质,研究了初始pH为7.0、中温(37℃)条件下的发酵产氢、产甲烷特性。结果表明,利用垃圾渗滤液作为基质发酵产氢或甲烷时,氢气的最大累积产量为24.33mL(以每克COD计,下同),甲烷的最大累积产量为91.59mL,产氢发酵在初期存在明显的迟滞期,但是产甲烷发酵不存在明显迟滞期;产氢发酵的液相末端产物中含有大量的挥发性有机酸和乙醇,乙醇、乙酸、丁酸质量浓度分别为487.23、1 175.21、1 225.78mg/L,相比产氢发酵,产甲烷发酵的液相末端产物中乙醇、乙酸、丁酸质量浓度均较低,分别为256.38、106.73、107.42mg/L;产甲烷发酵的最终pH是6.32,接近中性,而产氢发酵的最终pH为4.21,呈明显酸性;产甲烷发酵对COD的去除率(41.78%)高于产氢发酵对COD的去除率(32.14%),可能是产氢发酵液相末端产物中的乙酸能被产甲烷菌利用,而被进一步降解。     

减量脱水菌剂处理柠檬酸废水污泥的中试

利用规模为5m3的中试装置考察菌剂对柠檬酸废水污泥减量脱水效果的影响。结果表明:(1)满负荷运行阶段,菌剂处理后污泥的混合液悬浮固体质量浓度(MLSS)和混合液挥发性悬浮固体质量浓度(MLVSS)平均值分别为9.76、6.06g/L,比原污泥分别减量6.69%、12.93%;真空抽滤泥饼含水率平均值为78.12%,比原污泥下降11.87百分点;溶解性COD(SCOD)为214.40~323.71mg/L,平均值为279.69mg/L,相对于原污泥SCOD平均值,SCOD去除率可达到44.89%。说明菌剂可有效减少污泥量,改善污泥脱水效果,可进一步改善水质,对该柠檬酸废水污泥有着很好的针对性。(2)菌剂处理后污泥的脱水效果明显。较高压力、加入聚丙烯酰胺(PAM)及选用孔隙较小的滤纸均能进一步提高污泥的脱水效果。     

添加NaOH对水生植物固体厌氧发酵产甲烷的作用

为了提高木质纤维素生物质的甲烷产率,固体厌氧发酵以及预处理技术得到了广泛应用。本研究以水生植物菹草为例,探讨了厌氧固体发酵同步碱处理提高甲烷产率的可行性。采用2种来源的微生物(厌氧污泥和牛粪),初始生物质浓度为20%TS(total solid,总固体重量),考察不同的NaOH添加量(基于反应体系总TS 0%、2.0%、3.5%和5.0%)对菹草厌氧发酵产气和固体水解效率的影响。结果表明,与对照实验组相比,初始NaOH加入量为3.5%时,接种污泥和牛粪的实验组中甲烷总产量分别为787.1 mL和1 165.4 mL,与对照实验组相比(619.1 mL和834.8 mL),分别提高了27.1%和39.6%,而且接种牛粪的实验组中单位挥发性固体(VS)产甲烷率最高,为186.5 mL/g。对发酵后的木质纤维素残渣组分进行分析,结果表明,NaOH有助于促进菹草中纤维素及半纤维素的分解,以及木质素结构的破坏,从而提高了菹草厌氧发酵产气产甲烷效率。     

不同来源污泥接种餐厨垃圾厌氧发酵产氢效果研究

在相同接种配比(接种污泥占餐厨垃圾的质量分数为30%)条件下,研究了4种不同来源污泥(压滤污泥、厌氧污泥、曝气污泥和河底淤泥)添加或不添加缓冲剂时对餐厨垃圾厌氧发酵产氢效果的影响.结果发现,在不添加缓冲剂时.4种污泥接种餐厨垃圾厌氧发酵平均产氢量依次为厌氧污泥>河底淤泥>压滤污泥>曝气污泥,接种厌氧污泥的餐厨垃圾平均产氢量最高,达10.11mL(以每克挥发性固体(VS)计,下同);而添加缓冲剂时.4种污泥接种餐厨垃圾厌氧发酵平均产氢量依次为厌氧污泥>曝气污泥>压滤污泥>河底淤泥,接种厌氧污泥的餐厨垃圾平均产氢量也最高,为33.72 mL,且体系pH得以缓冲.