不同pH控制策略下剩余污泥中NH+4-N、PO3-4-P、COD溶出研究

污水处理厂的剩余污泥中富含氮、磷、COD，在其水解酸化过程中对pH条件进行控制，使污泥中的氮、磷、COD溶出到上清液中并进行回收利用是可行的。在22~25℃的温度条件下,1#反应器中剩余污泥先调节为酸性（pH=3），在实验第8 d氨氮、磷酸盐溶出量最多后调节为碱性（pH=10）；3#反应器中剩余污泥先调节为碱性（pH=10），在实验第8 d COD溶出量最多后调节为酸性(pH=3)； 2#反应器为对照实验，pH不进行调节。结果表明：若要以回收污泥中的氨氮、磷酸盐为主，剩余污泥由碱性（pH=10）调节为酸性（pH=3）优于由酸性（pH=3）调节为碱性（pH=10）；若要回收污泥上清液中的COD为主，剩余污泥由酸性（pH=3）调节为碱性（pH=10）优于由碱性（pH=10）调节为酸性（pH=3）。     

不同pH控制策略下剩余污泥中NH_4~+-N、PO_4~(3-)-P、COD溶出研究

污水处理厂的剩余污泥中富含氮、磷、COD,在其水解酸化过程中对pH条件进行控制,使污泥中的氮、磷、COD溶出到上清液中并进行回收利用是可行的。在22～25℃的温度条件下,1#反应器中剩余污泥先调节为酸性(pH=3),在实验第8 d氨氮、磷酸盐溶出量最多后调节为碱性(pH=10);3#反应器中剩余污泥先调节为碱性(pH=10),在实验第8 dCOD溶出量最多后调节为酸性(pH=3);2#反应器为对照实验,pH不进行调节。结果表明:若要以回收污泥中的氨氮、磷酸盐为主,剩余污泥由碱性(pH=10)调节为酸性(pH=3)优于由酸性(pH=3)调节为碱性(pH=10);若要回收污泥上清液中的COD为主,剩余污泥由酸性(pH=3)调节为碱性(pH=10)优于由碱性(pH=10)调节为酸性(pH=3)。     

酸性条件下剩余污泥中Ca2+和Mg22++溶出对磷回收的影响

为了在酸性条件下实现剩余污泥中磷的高效回收，对pH=3时剩余污泥水解酸化过程中氨氮、正磷酸盐和钙镁离子的溶出现象以及磷回收进行了研究分析。结果表明：当pH=3时，所溶出的氨氮、镁离子和钙离子与磷酸盐的摩尔比均大于1，能满足采用鸟粪石沉淀法或者羟磷灰石沉淀法回收磷的要求；但所溶出的钙镁离子的摩尔比大于1，会对鸟粪石沉淀法回收磷的顺利进行有较大影响；有无外加镁剂对磷回收率影响不大。采用改型后的镁型强酸性阳离子交换树脂进行离子交换可以得到较高纯度的鸟粪石沉淀产品，通过XRD检测其纯度为95%以上。     

酸性条件下剩余污泥中Ca2＋和Mg2＋溶出对磷回收的影响

为了在酸性条件下实现剩余污泥中磷的高效回收，对pH=3时剩余污泥水解酸化过程中氨氮、正磷酸盐和钙镁离子的溶出现象以及磷回收进行了研究分析。结果表明：当pH=3时，所溶出的氨氮、镁离子和钙离子与磷酸盐的摩尔比均大于1，能满足采用鸟粪石沉淀法或者羟磷灰石沉淀法回收磷的要求；但所溶出的钙镁离子的摩尔比大于1，会对鸟粪石沉淀法回收磷的顺利进行有较大影响；有无外加镁剂对磷回收率影响不大。采用改型后的镁型强酸性阳离子交换树脂进行离子交换可以得到较高纯度的鸟粪石沉淀产品，通过XRD检测其纯度为95％以上。     

酸碱联合调节剩余污泥过程中氮、磷和有机质的释放

实现城市污泥的减量化和资源化是污水厂面临的难题之一。通过采用(1)先酸性(pH=3)后碱性(pH=10)、(2)先碱性(pH=10)后酸性(pH=3)的两段控制方式(每段反应8 d),同时做pH不调的对比实验,研究剩余污泥水解酸化过程中氨氮、磷酸盐和溶解性COD(SCOD)、碳水化合物、蛋白质和挥发性脂肪酸(VFAs)等有机质组分的释放。结果表明,酸碱联合调节有利于各组分的释放;氮和磷在酸性条件下的释放量大于碱性,有机质在碱性条件下的释放量大于酸性;采用(2)方式,调为酸性后反应1 d,氨氮的释放量即达到最大(17.28 mg/g TS);采用(1)的调节方式反应7 d,磷酸盐能达到最佳释放量(14.16 mg/g TS);总VFAs的产生受反应时间的影响较大,其余有机质组分在(2)的调节方式下,6 d左右即可达到较大释放量。     

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。     

剩余污泥水解酸化液中营养元素与有机质的回收

为回收剩余污泥水解酸化液中的营养元素与有机质,构建了白云石-水解酸化液钙镁溶出体系,获得富含钙镁的溶出液,控制溶出液反应pH和反应时间进行第1阶段回收,以回收后的上清液进一步作为钙镁源从水解酸化液中进行第2阶段回收。结果表明,钙镁溶出的适宜条件为酸化pH 4.0~4.5、白云石颗粒50~80目、固液比3∶100(每100mL水解酸化液中投加3g筛分后白云石)、溶出时间10h;第1阶段回收适宜的反应pH为8.5,氮(以氨氮计)回收率、磷(以可溶性正磷酸盐(以P计)计)回收率分别为10.24%和95.89%;第2阶段回收适宜的镁磷摩尔比为0.60、反应pH为9.0,此时氮、磷回收率分别为14.60%和83.91%;傅立叶红外变换(FTIR)和电感耦合等离子直读光谱(ICP)分析表明,回收产物主要由无机养分和有机质组成,重金属含量极少。利用白云石提供钙镁源能经济有效地回收剩余污泥水解酸化液中的氮、磷等营养元素,同时回收有机质,回收产物品质符合《有机-无机复混肥料》(GB 18877—2009)中Ⅰ型肥料要求。     

污泥水解酸化过程中污染物的释出及其影响因素研究

为了回收利用污泥中的有机物、氮和磷，研究了将厌氧污泥接种到吸附了污染物质的剩余污泥中，对污泥水解酸化的促进以及污泥中微生物所摄取污染物质的释出规律；揭示了厌氧条件下发酵时间、污泥量、pH和热处理对污染物释出的影响。结果表明，接种24 h后污染物被大量释放出来；在发酵时间为24 h条件下，污染物释出量与污泥质量成正比；吸附了污染物的剩余污泥相对含量越高，释磷量越大；污泥厌氧发酵时，碱性条件下有机物和正磷酸盐的释出量大于酸性条件，加碱调高pH可有效促进氨氮的释出；对吸附了污染物的剩余污泥进行短时热处理可有效缩短其厌氧发酵时污染物的释出时间。结果表明，控制污泥厌氧水解发酵条件可以促进污染物的释出，有利于下一步的回收。     

不同pH条件下剩余污泥厌氧发酵过程中溶出物的释放

对剩余污泥进行厌氧发酵处理可实现污泥中有机质和磷的释放并最终回收利用,而pH是影响厌氧发酵过程的重要因子。为研究pH对厌氧发酵中磷与有机物释放的影响,采用批次实验研究了pH分别为3、5、7、9、10、11时剩余污泥厌氧发酵过程中磷和有机物的释放与转化规律。结果表明,在不同pH下,剩余污泥厌氧发酵过程中发生着有机物与不同形态磷的迁移与转化,酸性和碱性环境下的厌氧发酵液成分的三维荧光结构不同。剩余污泥厌氧发酵过程中,泥相钙结合态磷(AP)在酸性条件下转化为液相磷,有机磷(OP)和大部分铁/铝结合态磷(NAIP)在碱性条件下转化为液相磷;其中, pH为11时,污泥发酵液中磷含量最高。污泥发酵类型为丁酸型发酵,发酵产物以异丁酸为主,其次是正戊酸和乙酸。pH为10时,发酵液中的蛋白质与多糖的总量、挥发性有机酸(VFAs)浓度最高,两者呈现正相关关系;类蛋白和类腐殖酸降解,利于VFAs的积累。     

pH对高铁酸盐氧化剩余污泥的影响

针对高铁酸盐在酸、碱性环境下氧化性和稳定性的不同,采用pH调至1、3、5、7、9、11、13的剩余污泥,投加高铁酸盐溶液进行研究,考察污泥脱水性能(污泥比阻)以及减量化效果,包括破解液性质(氨氮NH_4~+-N、总氮TN、正磷酸盐PO43-、总磷TP、总有机碳TOC、溶解性有机物SCOD、胞外聚合物EPS)和污泥性状(混合液挥发性悬浮固体浓度MLVSS、污泥沉降比SV、污泥体积指数SVI、粒径)。结果表明:pH由低到高,破解液中各类污染物浓度总体呈现出两端高中间低的趋势,高铁酸盐在酸性和碱性条件下的氧化效果均优于中性条件。其中,pH达13时减量化效果最佳,氮素和有机物质溶出最多,然而此时的脱水性能最差;pH为1时破解液中磷素最多,达90.6 mg·L~(-1)。当pH为13,每g污泥(干重)的高铁酸盐投加量为15 mg Fe时,1 g MLVSS的污泥SCOD释放量达1.13 g,TN、SCOD、TOC释放量分别为179.3、3 507.9和1 134.3 mg·L~(-1),在达到污泥减量化效果的同时更有利于破解液的后期资源化回收和处理。     

耐酸厌氧消化污泥处理餐厨垃圾

采用耐酸驯化的厌氧消化污泥处理餐厨垃圾，在酸性条件下（pH=4．5），对实验装置容积负荷从1．0kgVS／（m3·d）分9次逐级增加到5．0kgVS／（m3·d）的过程进行了跟踪监测，并较深入地研究了驯化污泥代谢活性和处理效果。实验结果表明，pH4．5的耐酸厌氧消化污泥，最佳投加负荷约为4．5kgVS／（m3·d），此负荷下容积产气率，CH4含量平均值均达最大，分别为1．68m3／（m3·d），75．0％。耐酸厌氧消化装置持续增料运行46d，产甲烷菌仍能保持较高的活性，其COD去除率范围为40．4％-75．0％，仍能保持pH7．2时处理效果的65．0％-91．8％，表明在低pH、低碱度下实现稳定的产甲烷过程是可行的。     

外循环式UASB反应器处理槟榔废水

在中温（35±2℃）条件下,利用外循环式UASB反应器处理中高有机浓度的槟榔加工废水,并着重探讨了水力停留时间（HRT）对厌氧消化的影响。研究表明,当反应器稳定运行,水力停留时间为1 d,进水COD浓度5 000 mg/L左右,容积负荷在2.53-5.25 kg COD/（m3·d）时,COD去除率在38%以上,出水COD〈3 000 mg/L,平均产气率为0.41 m3/kg COD;若水力停留时间延长至4 d,容积负荷为1.26-1.30 kg COD/（m3·d）,COD去除率可以达到79%,出水COD〈1 200 mg/L,出水可生化性下降,BOD5/COD平均为0.28,实验取得了良好的处理效果,为利用厌氧技术处理槟榔加工废水提供了设计依据。     

厌氧折流板反应器处理邻苯二甲酸二丁酯废水

采用南京江心洲污水处理厂的厌氧消化污泥作为厌氧折流板反应器（ABR）的接种污泥,研究室温（25±5）℃条件下ABR对邻苯二甲酸二丁酯（DBP）降解的运行特性。结果表明,ABR在室温、容积负荷为0.9-1.8 kg/（m3·d）条件下启动运行30 d可以达到运行稳定,其COD去除率在90%左右。在负荷提高阶段,当水力停留时间（HRT）为12 h,容积负荷为2.0-6.8 kg/（m3·d）时,反应器对COD平均去除率大于85%;当HRT为12 h,容积负荷6.8 kg/（m3·d）时,COD去除率达90.7%,DBP降解率达87.3%。     

EGSB反应器处理产氢发酵液

以厌氧颗粒污泥为接种污泥，对厌氧颗粒污泥膨胀床（EGSB）反应器处理产氢发酵液的启动性能进行了研究。结果表明，在温度为（35±1）℃，水力停留时间（HRT）为6h的条件下，逐渐提高进水COD，经过40d连续运行，EGSB反应器启动成功。容积负荷达到14kgCOD／（m3·d）时，COD去除率约为80％，产气量为26．84L／d，甲烷含量为57．9％。     

Enhanced excess sludge hydrolysis and acidification in an activated sludge side-stream reactor process with single-stage sludge alkaline treatment: a pilot scale study

A pilot-scale side-stream reactor process with single-stage sludge alkaline treatment was employed to systematically investigate characteristics of excess sludge hydrolysis and acidification with alkaline treatment and evaluate feasibility of recovering a carbon source (C-source) from excess sludge to enhance nutrient removal at ambient temperature. The resulting C-source and volatile fatty acid specific yields reached 349.19 mg chemical oxygen demand (COD)/g volatile suspended solids (VSS) d⁻¹ and 121.3 mg COD/g VSS d⁻¹, respectively, the process had excellent C-source recovery potential. The propionic-to-acetic acid ratio of the recovered C-source was 3.0 times that in the influent, which beneficially enhanced biological phosphorus removal. Large populations and varieties of hydrolytic acid producing bacteria cooperated with alkaline treatment to accelerate sludge hydrolysis and acidification. Physicochemical characteristics indicated that recovered C-source was derived primarily from extracellular polymeric substances hydrolysis rather than from cells disruption during alkaline treatment. This study showed that excess sludge as carbon source was successfully recycled by alkaline treatment in the process.

     

NaCl盐度波动对处于污泥膨胀的耐盐脱氮污泥沉降性能的影响

以处于污泥膨胀的耐盐脱氮污泥为研究对象，分别采用有效容积为2和240L的SBR装置（编号1#和2#），在进水NH3-N浓度为40—100mg／L，pH为7．45～8．0，溶解氧为3～5mg／L，温度为28～30℃的条件下，分别研究不同NaCl盐度（0、10、20和30g／L）对污泥沉降性的影响。实验结果表明，在NaCl盐度条件下，可以明显改善耐盐脱氮污泥的沉降性。NaCl盐度越高，污泥絮凝体体积减小、丝状菌及原生动物减少趋势越明显，污泥沉降性效果越好。在30g／L盐度时，1#和2#SBR的SV30分别从95％和80％降至53％和30％，SVI分别从185．5和170．8mL／g降至127．3和78．4mL／g。     

处理造纸废水的EGSB反应器内颗粒污泥特性

为了解高效厌氧反应器的颗粒污泥特性，研究了生产性EGSB反应器处理造纸废水不同高度的颗粒污泥的固体浓度、外观形态和产甲烷活性。采用甲烷势自动测试系统测试产甲烷活性，测试时间3d。结果表明，颗粒污泥的固体浓度以及溶解性COD随高度的增加逐渐降低，有机质含量沿整个反应器高度不变。反应器内固体浓度和有机质含量平均值为Ts：（123±4）g／L，VS：（75±3）g／L，VS／TS：（61±3）％。溶解性COD浓度由723mg／L降低到449mg／L。反应器内的颗粒污泥产甲烷活性为（0．32±0．03）gCOD／gVSSd（112mLCH。／gVSSd）。反应器底部和顶部颗粒污泥的当量直径分别为169μm和145μm，颗粒污泥呈椭球状（圆度为2．6）。EGSB反应器内由于进水的上升流速较高，污泥颗粒处于膨胀状态，致使颗粒污泥特性沿反应器高度变化不大。     

牡蛎壳粉末投加UASB反应器的运行特性

采用牡蛎壳粉末作为UASB反应器的辅助介质,探讨了牡蛎壳钙盐的溶出特性,系统考察了运行期中牡蛎壳粉末添加方式、进水有机负荷、水力停留时间等因素对反应器出水COD、碱度与pH的影响,分析了污泥比产甲烷活性变化。结果表明,当初始pH从5到9变化时,牡蛎壳粉末溶出Ca2+浓度为40~65 mg/L,平衡pH稳定在7.7~8.0;当进水COD负荷从3.4 kg/(m3·d)逐渐增至7.0 kg/(m3·d)、牡蛎壳粉末投加量从1.5 g/d逐渐增至3.2 g/d时,与未投加的反应器相比,投加牡蛎壳粉末反应器的启动周期缩短了10%左右,COD去除率与比产甲烷活性分别提高了13.3%和22%。投加牡蛎壳粉末可有效提供碱度,加快污泥的颗粒化进程。     

EGSB反应器运行中的床层流态行为及其控制

生物量流失是EGSB反应器在高负荷状态下稳定运行面临的主要问题。利用实验室EGSB反应器在中温条件下处理高浓度葡萄糖废水,研究EGSB反应器在高负荷状态下的床层流态行为及其受影响因素。结果表明,在该反应器结构形式下,当有机负荷达到23-26 kg COD/（m3·d）,水力上升流速在约3.0 m/h,气体上升流速在约1.3 m/h状态下运行时,床层易发生剧烈流化现象,并导致颗粒污泥的解体和流失。降低反应器回流比、减小反应器内水力上升流速,控制床层在悬浮状态时可以有效降低高负荷状态下生物量的流失,并取得了有机负荷46 kg COD/（m3·d）,COD去除率97%以上的处理效果。     

内循环厌氧反应器的启动及影响因素

采用内循环(IC)厌氧反应器,以生产淀粉和酒精的混合废水为处理对象,研究了中温条件下IC反应器的启动及影响因素。结果表明:接种厌氧消化污泥进行培养,逐渐提高进水有机负荷,运行105 d后,可实现IC反应器的启动;当进水COD浓度为11 500 mg/L,有机容积负荷为6.13 kg COD/(m3·d),COD去除率能到达95%左右;水力停留时间对启动过程没有影响,而温度和温度波动影响COD去除率;VFA比pH更能准确快速地反眏出反应器内部环境的变化,防止反应器的酸化;反应器内污泥实现颗粒化,并且具有良好的沉降性。