厌氧消化处理污泥的实验设计与探究

厌氧消化特别适合处理含有高有机质的污泥。通过对墨尔本一个猪肉加工场的气浮污泥进行收集后,本实验探究了厌氧消化的沼气生成量以及不同温度对沼气生成量的影响,得出了沼气中甲烷(CH4)平均含量在60%以上;II相污泥厌氧消化产生的沼气累积量明显高于I相等的结论。沼气累积产量在先进行3天高温(55℃)后转移至中温(35℃)进行余下11天的II相厌氧发酵条件下达到最大值333 ml。墨尔本的东污水处理厂(Eastern Treatment Plant)在对生活污水应用生物处理法之后再对污泥进行厌氧发酵,每天产生沼气量约为40 000 m3且其发电量可供给40%的自身用电需求,真正达到污泥的减量化、无害化和资源化的利用,为中国污水处理厂大量污泥的积累问题提供了一条可行的解决途径。     

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.     

去除城市生活污泥中有机络合态金属强化其厌氧生物制气

为提高城市生活污泥厌氧消化沼气产率,本文考察了通过金属络合剂EDTA预处理污泥,以去除城市生活污泥中有机络合态金属,强化其厌氧生物制气的效果.结果表明,经EDTA预处理去除金属后的污泥(实验组)较未预处理的污泥(对照组)的有机络合态金属含量减少[(5.09±0.57)%~(1.37±0.20)%,以TS计],溶解性有机质显著提高(SCOD提升627%),暗示该预处理方法能够极大地去除有机络合态金属并强化污泥有机质的溶出.通过测定污泥有机质溶出表观活化能发现,实验组污泥有机质溶出表观活化能比对照组降低36%,表明预处理能够有效降低有机质溶出反应的能量壁垒.污泥厌氧发酵研究发现,在16d的污泥厌氧产酸实验中,实验组VFAs浓度高于对照组,较对照组最大提升42%;在22 d的污泥厌氧产甲烷测试实验(BMP)中,实验组单位有机质累积甲烷产量比对照组增加48%,表明EDTA预处理对提高污泥厌氧消化产沼气具有重要的作用.通过进一步产沼气动力学研究发现,实验组的产沼气限速步骤在产甲烷阶段,而对照组限制于水解阶段,表明经EDTA预处理能有效地破除城市生活污泥厌氧消化过程的水解限速.     

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.     

厌氧装置的设计及发展

一、前言厌氧发酵产生甲烷是一个古老的反应。无论在沼泽、稻田、河底淤泥中,或是在牛、猪及人体等生物体内,都存在着微生物作用释放气体的过程。英国在1881年首次把厌氧消化技术应用于废水处理领域,在那里建立了处理城市污泥的厌氧消化池。1906年,有人发现经厌氧作用也可直接把CO_2及H_2合成甲烷。随着先进技术设备的出现和使用,厌氧微生物的研究得到深入,并取得了一定的成就。最近几年里,人们对厌氧技术,尤其是对     

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。     

剩余污泥常温厌氧发酵制取外加碳源技术研究

剩余污泥在碱性条件下厌氧发酵会产生大量的易降解有机物如挥发性脂肪酸,可以为污水生物脱氮除磷提供碳源。通过调节p H,研究了本地污水处理厂的剩余污泥在碱性条件下的厌氧发酵,着重考察了碱解处理对污泥融胞效果的影响,并探讨了对后续厌氧消化的促进作用。结果表明,碱处理过程中剩余污泥中有机物发生了显著的溶解,污泥中的细菌被水解破碎,碱处理的p H越高越有利于剩余污泥中有机物溶出,有利于厌氧发酵制取VFAs,p H为11时,VFAs最高达到1 994.78 mg/L,换算成COD为2 898.35 mg/L。     

硫化氢的处理

许多废水处理厂都面临厌氧情况下产生硫化氢的问题。微生物能够降解有机物,并在厌氧条件下,将含硫物质转变为硫化物。 即使是最先进、设计很精良的污水处理厂其初级沉淀池的污泥层、生物滤池的粘泥层、污泥浓缩池和氧化塘中也会因缺氧产生硫化氢。硫循环是废物分解的关键步骤,硫化氢气体在此过程中作为中间的副产物释放出来。它对多数自然菌有毒性,     

城镇污水处理厂污染物去除协同控制温室气体核算方法与案例研究

针对城镇污水处理厂的污染物与温室气体如何实现协同减排核算问题,该研究提出了城镇污水处理厂污染物去除协同控制温室气体的核算边界、协同机制和核算方法,并通过实例进行验证分析,给出了如何核算污染物去除的协同控制效应和协同程度.结果表明:①污水处理厂污染物去除与温室气体排放之间存在关联机制,厌氧环境去除COD_Cr会产生CH₄,污泥厌氧消化过程也可产生大量CH₄,硝化和反硝化过程中去除TN会产生N₂O.②城镇污水处理厂污染物去除协同控制温室气体核算可分为确定核算边界、选择核算方法、收集活动水平数据与确定排放因子、质量控制、形成核算报告等步骤.一方面构建了污染物去除量计算公式,去除量涵盖CH₄回收量、COD_Cr和TN去除量、污泥处理量;另一方面构建了温室气体排放量计算公式,排放量涵盖回收CH₄产生的温室气体减排量、去除COD_Cr产生的温室气体排放量、处理污泥产生的温室气体排放量、去除TN产生的温室气体排放量.③案例分析结果表明,该污水处理厂污染物去除并没有协同减排温室气体排放量,从温室气体排放强度来看,单位COD_Cr去除量、单位TN去除量和单位污泥处理量产生的温室气体排放量分别为0.051 3、2.435 6和0.546 0 t,单位TN去除量产生的温室气体量（2.435 6 t）最大,其次为污泥处理（0.546 0 t）;从温室气体排放总量来看,该污水处理厂使用电力间接排放的温室气体量（1 362.68 t）最大.研究提出的城镇污水处理厂污染物去除协同控制温室气体核算方法可行,能够根据污水处理厂相关数据判定污水处理不同环节污染物去除和温室气体减排二者间的关系.针对核算过程中存在的数据不确定性问题、质量控制问题以及如何实现减污降碳协同增效等方面提出了相应的完善方法,如在质量控制中可通过制定核算方案、监测方案与计划,开展核算人员业务培训,进行数据核验,测量仪器校准和调整等提高核算质量.研究显示,在碳达峰碳中和的“双碳”目标约束下,城镇污水处理厂在进行污水处理时需要全面考虑各种因素,建立协同控制的治理体系,实现减污降碳协同增效的最大化.      

污水污泥处理的资源化技术分析

污水污泥消化气发电技术是将污水污泥经厌氧发酵消化后，利用所产生的甲烷气气体作燃料供发电机使用；污泥油化处理技术是在高温、高压、催化剂条件下，使高分子物质通过加水分解、缩合、脱氢、环化等反应变为低分子油状物质的过程。利用上述技术可实现污水污泥处理的资源化。     

三种典型的污泥发电工艺

污泥发电是城市污水处理厂进行污泥合理开发利用的技术措施之一,是污泥实行减量化、稳定化、无害化、资源化的良好方法,本文介绍了3种典型的污泥发电工艺：污泥焚烧发电;污泥厌氧消化产生沼气、通过燃气轮机组发电;污泥厌氧消化产生沼气、进而通过改质制造氢气,经燃料电池发电。对污泥合理利用的规范化、科学化有一定的借鉴意义。     

不同类型秸秆对污泥厌氧消化特性及细菌群落结构的影响

为促进污水处理厂污泥及农作物秸秆的资源化利用,探讨不同类型秸秆（玉米、小麦、水稻）对污泥厌氧消化特性、产气效果及细菌群落结构的影响,在中温〔（35±1）℃〕下,研究了污泥与秸秆按不同质量比（1:0、1:0.5、1:1、1:1.5）联合厌氧消化对污泥C/N（碳氮比）和厌氧消化环境中pH、ρ（NH₄+-N）、ρ（VFAs）（VFAs为挥发性脂肪酸）、日均沼气产量及φ（CH₄）、细菌群落的特征变化,以未添加秸秆的污泥厌氧消化为CK（对照）.结果表明:不同类型秸秆的添加对厌氧消化体系的pH、ρ（NH₄+-N）、ρ（VFAs）均产生显著影响,秸秆的加入明显提高了厌氧消化体系的产气量.联合厌氧消化可通过优化厌氧消化底物的C/N,从而增加ρ（VFAs）和φ（CH₄）.其中,污泥与玉米秸秆质量比为1:1.5时对厌氧消化的促进作用最为显著;其沼气日产量为2 303.08 mL,比CK（536.15 mL）提高了3倍以上,而沼气中φ（CH₄）最高为54.49%,比CK（37.07%）提高46.99%.此外,不同类型秸秆的添加也可通过改变细菌群落结构从而促进秸秆降解,增加ρ（VFAs）和提高沼气产量,特别是添加秸秆后,Bacteroidetes会逐渐取代Proteobacteria成为主要的产酸菌种,从而导致ρ（VFAs）增加.研究显示,污泥与秸秆联合厌氧消化可改善污泥营养结构,改变细菌群落结构,提高沼气产量.      

污泥填埋场气体产量的预测方法研究

为有效利用污泥填埋场内产生的沼气,以上海白龙港污水处理厂污泥为例,对污泥填埋场中气体产生率及产生量进行了预测.应用元素的归一化摩尔化方法得到该污水处理厂污泥有机物的近似分子式为C28H52O16N4.用化学计量法和IPCC模型预测的甲烷气体产生潜能分别为60.6,61.7kg/t(以干重计).用动力学模型和IPCC模型预测的甲烷气体产生率分别为13.3,11.1kg/(t×a)(以干重计),2种方法计算的甲烷气体产生率的差别主要在于参数的取值不同,化学计量法和动力学模型法预测的气体产生量和产生率更能反映污泥填埋场实际的气体产生情况,应用IPCC模型更适合于从宏观角度估算一个地区或整个国家的填埋场产气量.     

厌氧消化污泥和未消化污泥在TG-MS上的热化学特性比较

利用热重-质谱联用仪对厌氧消化污泥和未消化污泥的燃烧和热解过程分别进行了研究.结果表明,2种污泥燃烧和热解过程中的热失重行为都可分为失水、有机物分解、无机物分解3个阶段.在300～350℃温度范围内,无论燃烧还是热解过程,未消化污泥有机物分解造成的热失重现象均比厌氧消化污泥明显.无机物分解阶段,厌氧消化污泥主要是碳酸盐的分解,未消化污泥主要是硫酸盐的分解.采用同步质谱仪对热解和燃烧的气态产物进行了分析,结果表明,污泥燃烧和热解过程除了产生大量的H2O和CO2外,热解过程还产生CH4、C2H6、C4H10、C7H8等有机气体以及H2.厌氧消化污泥热解时有机气体产生量小于未消化污泥.     

畜禽粪便资源化利用技术和厌氧发酵法生物制氢

利用微生物在畜禽粪便处理的同时获得能源主要有2种方式,分别是厌氧产沼气和厌氧发酵法生物制氢。利用厌氧微生物处理畜禽粪便,在去除有机污染物的同时获得沼气是比较成熟的技术,而利用畜禽粪便厌氧发酵制氢的研究开展较晚,仍处于实验室研究阶段。但畜禽粪便资源化利用和发酵生物制氢技术发展迅速,而且可以有机结合。本文对两者的基本原理和最新研究进展进行了介绍,并对其发展前景进行了展望。     

联邦德国降低城市污水生物处理能耗的技术

城市污水生物处理运行费用,主要在于能耗。国内曾有过城市污水厂建成后,由于电费负担问题而不能运行的例子。在保证一定处理效果的前提下,降低运行能耗,对于在我国逐步普及城市污水的生物处理,具有重要意义。传统的带有污泥厌氧消化的污水处理厂中,能耗的节省,可从三方面进行研究:(1)改进生物处理工艺,提高污泥负荷,以降低氧化有机物的曝气能耗;(2)降低污泥处理能耗;(3)充分回收利用污泥厌氧消化所产沼气的能量。     

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.      

黄花和脱水污泥厌氧消化的温室气体减排研究

采用联合国政府间气候委员会(IPCC)推荐的方法,对植物加拿大一枝黄花和污泥生物质厌氧消化产沼气的环境和能量影响进行了评估.环境影响评估重点关注温室气体(GHG)减排,将加拿大一枝黄花和脱水污泥的中温小试厌氧消化的甲烷产率数据运用于GHG减排潜质的计算;能量评估包括污泥贮存及传播、消化液的沼气逃逸,及化学肥料和化学药剂的投加几个过程中的直接和间接的能量输入.结果表明,一枝黄花和脱水污泥联合厌氧消化净GHG排放量随着SRT的缩短和黄花添加比例的增加而逐渐下降,在二者以挥发性固体(VS)比例1:1混合,停留时间为20d时的能量效率较高,GHG减排量较大,与基础方案相比,添加黄花可以实现78%的净GHG减排.     

污水处理厂直联式沼气鼓风机设计及节能

城市污水处理厂中污泥厌氧消化产生的沼气是一种很有潜力的清洁能源。采用直联式沼气鼓风机既可以节电、节热 ,又可以减少沼气利用过程中产生的二氧化硫 ,具有显著的经济和环境效益。     

UAFB-缺氧-好氧MBR组合工艺处理生活污水效能研究

为了同时达到从生活污水中回收能源性气体和深度处理生活污水的目的,试验采用升流式厌氧污泥固定床(up-flowanaerobic fixed bed,UAFB)-缺氧-好氧膜生物反应(membrane bioreactor,MBR)组合工艺处理生活污水.试验重点研究了组合工艺对生活污水的处理效能,包括能源性气体的产生效能、对污染物质的处理效能以及对污泥浓度的控制.UAFB-缺氧-好氧MBR组合工艺在温度20℃、厌氧HRT为3 h、缺氧HRT为3 h、好氧HRT为3.5 h的条件下运行,甲烷气体的产生量为1.55L/d,COD去除率为93.28%,NH 4+-N去除率为90.60%,UAFB出水VFAs总量54.74 mg/L,TN去除率为45.51%.试验发现,组合工艺可以长期维持反应器内较低的污泥浓度,大大减小了剩余污泥的处理量,在一定程度上实现了污泥减量化,同时较低的污泥浓度有利于缓解膜污染.