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.     

Ca~(2+)、Mg~(2+)对好氧污泥快速颗粒化的影响研究

为研究金属离子的投加对好氧污泥颗粒化进程的影响,在3个构造一致的序批式活性污泥反应器(SBR)中分别接种普通活性污泥、投加50 mg·L-1Ca2+的活性污泥和投加50 mg·L-1Mg2+的活性污泥来培养好氧颗粒污泥.结果表明:金属离子的投加能缩短好氧污泥颗粒化时间,改善颗粒污泥的性质,Ca2+更多地影响颗粒污泥的物理性质,Mg2+主要影响生化性质.Ca2+、Mg2+的投加可促进细胞分泌胞外聚合物(EPS),以及蛋白质(PN)和多糖(PS)的含量增加,且Mg2+较Ca2+对EPS中组分及组分比例影响更大.此外,Ca2+、Mg2+投加下培养的好氧颗粒污泥具有更强的除污性能.     

3类金属离子对活性污泥吸附水体腐殖酸的影响

研究了3类金属离子对活性污泥吸附水体腐殖酸效果的影响.结果表明,盐类金属离子(Na )、硬度金属离子(Ca2 、Mg2 )和水解金属离子(Al3 、Fe3 )均能在一定程度上提高吸附效率.作为活性污泥助凝剂,以大于10-2mol/L硬度离子的促进效果为好.加入10-2mol/L Ca2 、Mg2 48 h后溶液中的腐殖酸浓度分别为(0.64±0.17)mg/L和(2.32±0.40)mg/L,其去除率分别为98.4%和94.2%;当加入10-1mol/L Ca2 、Mg2 48 h后,其去除率均接近100%,而且Ca2 离子促进作用要优于Mg2 .盐类金属离子、硬度金属离子、水解金属离子提高活性污泥吸附腐殖酸的主要作用机理可能分别是压缩双电层、架桥作用、吸附共沉淀.同时,投加金属离子也可能使活性污泥上的吸附位性质改变或失效,对腐殖酸的吸附有一定的负面影响.     

污泥调理对其脱水性能的实验研究

以南京某污水处理厂的污泥为研究对象,采用化学调理法及热水解法对污泥进行调理,来改善污泥的脱水性能,从而达到污泥减量化的目的。考察了几种调理剂(Fe2(SO4)3、Al Cl3、PAM)与氧化钙(Ca O)同时作用对污泥的调理效果,确定了各自的最佳投加比例:Fe2(SO4)3与Ca O最佳投加比例为0.4,Al Cl3与Ca O的最佳投加比例为1.3,PAM与Ca O的最佳投加比例为0.27,其中Fe2(SO4)3与Ca O组合调理对污泥脱水性能的改善最好。研究了热水解对污泥脱水性能的影响,表现随着热水解温度的升高,污泥的脱水性能不断得到改善。     

δ-MnO2氧化降解苯酚的机理研究

δ-MnO2以水羟锰矿和水钠锰矿的形式普遍存在于陆地和海洋环境中,是酚类等有机污染物发生非生物转化的重要氧化剂.本文研究了实验室制备的δ-MnO2悬浮液对苯酚的去除作用,同时讨论了pH、二氧化锰投加量、离子强度、共存金属离子和腐殖酸等不同影响因素对苯酚去除效率的影响.结果表明,苯酚氧化降解的最佳pH和δ-MnO2投加量分别为3.62和0.13 mg·L-1.溶液中共存的Na+和Mn2+会对苯酚氧化降解产生抑制作用,而Mg2+和Ca2+对反应过程没有明显的影响.溶液中共存的腐殖酸也对苯酚的降解过程产生了抑制作用,随着腐殖酸的浓度由1 mg·L-1增加到5 mg·L-1,苯酚的去除率从96.9％降为78.9％.GC-MS分析发现,对苯二酚为该过程的主要中间产物,同时给出了苯酚在δ-MnO2存在时的可能降解机制.     

超声波-氢氧化钙联合破解剩余污泥的效果

在对超声波、Ca(OH)2单独破解污泥效果研究的基础上,运用响应面法对超声波-Ca(OH)2联合破解剩余污泥的效果进行研究。结果表明:超声波单独破解剩余污泥过程中,污泥破解效果与超声波能量密度和作用时间均成正相关;Ca(OH)2单独破解剩余污泥过程中,当Ca(OH)2投加量为0.04 mol/L时,污泥破解效果最佳,1 h内污泥的破解率(DD)由控制样的0.61%增长到7.48%;联合破解剩余污泥效果优于2种单独破解效果,污泥破解率与超声波能量密度(A)、Ca(OH)2投加量(B)、联合作用时间(C)满足三元二次方程方程DD=-2.660-0.057A+484.738B-0.048C+0.441AB-2.233×10-3AC-0.088×BC-2.909×10-4A2-6 055.000 B2+2.117×10-4C2,且超声波与Ca(OH)2联合破解污泥过程中存在协同效应,当超声波能量密度为0.10 kW/L、Ca(OH)2投加量为0.04 mol/L、联合作用时间为60min时,污泥的破解率达到19.60%,此时协同效应最强。     

微量金属元素投加量优化组合对污泥发酵产乙酸的影响

污泥厌氧发酵生产乙酸是实现污泥减量化和资源化的有效途径. 为了提高污泥中的ρ(乙酸),分别考察了Fe2+、Co2+、Cu2+、Zn2+和Mn2+5种微量金属元素的投加影响. 结果表明,5种微量元素都可以促进污泥中乙酸的产生,作用大小依次为Co2+>Mn2+>Fe2+> Zn2+>Cu2+. 但当Fe2+、Co2+、Cu2+、Zn2+和Mn2+投加量(以w计)分别超过0.100 0%、0.006 0%、0.002 0%、0.004 0%和0.100 0%时,ρ(乙酸)却明显下降. 分别选取Fe2+(0.040 0%~0.150 0%)、Co2+(0.002 0%~0.008 0%)、Cu2+(0.000 5%~0.006 0%)、Zn2+(0.000 5%~0.010 0%)和Mn2+(0.040 0%~0.150 0%)进行响应面条件优化试验. 在Fe2+、Mn2+投加量均为0.090 0%,Co2+、Zn2+投加量均为0.005 0%,Cu2+投加量为0.003 5%的组合优化条件下,ρ(乙酸)高达3 452 mg/L,比优化前提高了61.80%. 最优的微量元素投量组合条件下获得的试验结果与二次响应面回归模型预测值(3 475 mg/L)拟合率高达99.34%,表明所建立的回归模型可行.      

Ca~(2+)在好氧颗粒污泥形成中的作用

通过运行序批式生物反应器与摇瓶实验相结合方法,在进水中投加不同数量Ca2+(0～200mg/L),考察了Ca2+在好氧颗粒污泥形成中的作用.当SBRⅠ、Ⅱ进水Ca2+含量分别为30、100mg/L,运行20d后,两反应器中均出现了好氧颗粒污泥.运行前50d,SBRⅠ中颗粒污泥浓度MLSS与污泥沉降指数SVI指标明显好于SBRⅡ;运行80d后,SBRⅠ、Ⅱ中污泥浓度MLSS均稳定在7.5g/L,SVI分别为46～48mL/g、45～47mL/g,差异很小.反应器运行90d后,SBRⅠ、Ⅱ中污泥Zeta(ζ)电位为-12.5～-12.6mV;摇瓶实验中,当进水Ca2+为0～200mg/L,运行至60d时,摇瓶中污泥Zeta电位为-14.1～-14.4mV;进水中Ca2+含量的增加对污泥Zeta电位影响很小,没有引起好氧颗粒污泥Zeta电位的明显差异,电中和在颗粒污泥形成过程中并不起重要作用.随着进水Ca2+浓度增加,颗粒污泥中的微生物数量与种类都逐渐丰富,Ca2+有助于促进污泥中微生物多样性.接种污泥及SBR中颗粒污泥的元素含量分析表明,好氧颗粒污泥Ⅰ、Ⅱ与接种污泥相比,颗粒污泥中Ca、Mg、K、Na含量均有所减少,Fe含量分别增加了4.42%、7.82%.具有良好絮凝作用的金属离子与EPS间形成的高分子生物聚合体可能是促进好氧颗粒污泥形成的主要原因.反应器运行期间,SBRⅡ对污染物的去除性能始终高于SBRⅠ,运行70d后,SBRⅠ、Ⅱ中颗粒污泥对NH4+、COD去除率较高达到90%以上,对TN、TP的去除率为65%～70%.     

城市污泥制备水中重金属吸附剂及其吸附特性研究

本实验利用城市污水厂的脱水污泥,通过化学活化法制备活性炭。研究活化温度、活化时间、固液比和活化剂浓度等因素对制备污泥活性炭的影响,确定氯化锌法制备污泥活性炭的最佳工艺为活化温度550℃、活化时间30 min、固液比1∶2、氯化剂浓度45%。将制备的污泥活性炭吸附Cu2+,Cr6+,Cd2+3种重金属离子模拟废水,研究pH值、吸附时间、污泥投加量、温度等因素对吸附过程的影响。实验结果表明,剩余污泥对Cu2+,Cr6+,Cd2+3种重金属离子都具有良好的吸附效果,在优化条件下,3种重金属离子去除率分别达到94%,76%,81%,吸附能力大小顺序为Cu2+Cd2+Cr6+。     

不同混凝剂对污泥脱水性能的影响研究

采用无机和有机混凝剂对污泥进行调理,通过测定污泥比阻、Zeta电位以及污泥上清液中蛋白质、多糖和DNA含量,同时结合污泥上清液的三维荧光光谱分析,研究了不同混凝剂及其投加量对污泥脱水性能的影响.结果表明:当聚合氯化铝(PAC)、高效聚合氯化铝(HPAC)和氯化铁(FeCl3)的投加量在干污泥量的10%附近时,污泥比阻值最小,同时三维荧光强度值也最小,Zeta电位以及上清液中蛋白质、多糖和DNA的含量基本趋于稳定.无机混凝剂与有机混凝剂联合作用调理污泥后其脱水效果明显优于单一混凝剂调理.有机混凝剂与无机混凝剂投加顺序对污泥脱水性能影响显著,先投加无机混凝剂再投加有机混凝剂的脱水效果最佳,研究筛选出两种混凝剂联合作用调理污泥后,其脱水效果顺序为10%PAC+0.5%PAM>10%FeCl3+0.5%PAM>10%HPAC+0.5%PAM.     

腐殖质对污泥厌氧消化的影响及其屏蔽方法

《巴黎气候协定》的签署意味着污水处理碳中和运行时代的来临,这就需要将剩余污泥尽可能最大程度地转化为可再生能源—甲烷(CH4).细胞破壁、木质纤维素破稳及腐殖质解抑制是提高污泥厌氧消化能源转化率的主要技术手段.相对于细胞与木质纤维素,腐殖质不仅结构更为复杂、自身难以生物降解,而且还会抑制其它有机物水解.虽然腐殖质亦有促进酸化、产氢/乙酸、产甲烷过程的微弱可能,但它对水解过程的抑制是肯定的、显著的、难以逆转的.因此,需要深入了解污泥中腐殖质来源、形成、结构及性质,综合分析它对污泥厌氧消化水解、酸化、产氢/乙酸、产甲烷阶段的各种影响,探讨消除腐殖质抑制水解过程的不同技术路径,重点描述外加金属离子对腐殖质的屏蔽作用.以期为提高污泥厌氧消化能源转化率制定可行的技术路线.     

外源Ca2+对SBR启动期活性污泥胞外多聚物的动态影响

利用无机物如Ca~(2+),加快活性污泥反应器启动,强化活性污泥絮体性能和结构稳定性,受到越来越多的重视.采用序批式反应器,研究进水中添加Ca~(2+)对反应器启动期活性污泥沉降性能和胞外多聚物的影响.结果表明运行至28 d,与进水中不添加Ca~(2+)的反应器(对照反应器)相比,进水中添加150 mg·L~(-1)外源Ca~(2+)的反应器中活性污泥MLSS和MLVSS值分别高出了89.6%和75.6%,SVI值则降低了47.9%;活性污泥胞外多聚物总量增加了76.4%,多糖增加了28.8%,蛋白质减少了31.6%,添加150 mg·L~(-1)外源Ca~(2+)的反应器中污泥胞外多聚物中多糖/蛋白质值为68.8,对照反应器的活性污泥胞外多聚物多糖/蛋白质值仅为36.6.三维荧光光谱和红外光谱分析表明外源Ca~(2+)导致活性污泥胞外多聚物组分发生了变化.实验结果为进水中添加外源Ca~(2+)改善活性污泥沉降性能提供了基础数据.     

Mn2+、Mo6+和Zn2+对活性污泥内胞外聚合物组分的影响

通过测定不同浓度的金属离子对活性污泥比耗氧率的影响, 确定了Mn²⁺、Mo⁶⁺和Zn²⁺的最佳促进浓度, 并研究了在各自促进浓度范围内3种金属离子对活性污泥内胞外聚合物(EPS)组分(蛋白质、糖类和核酸)含量变化的影响.结果发现, Mn²⁺、Mo⁶⁺和Zn²⁺的最佳促进浓度均为1mg·L^-1. Mn²⁺和Zn²⁺对EPS各组分的影响较大, 而Mo⁶⁺基本没有产生影响. 试验同时发现, 经低温贮存的污泥, 其EPS含量下降, 其中多糖含量下降最为明显.     

Effects of Cu2+ and humic acids on degradation and fate of TBBPA in pure culture of Pseudomonas sp. strain CDT

Soil contamination with tetrabromobisphenol A(TBBPA) has caused great concerns;however, the presence of heavy metals and soil organic matter on the biodegradation of TBBPA is still unclear. We isolated Pseudomonas sp. strain CDT, a TBBPA-degrading bacterium, from activated sludge and incubated it with ~(14)C-labeled TBBPA for 87 days in the absence and presence of Cu~(2+)and humic acids(HA). TBBPA was degraded to organic-solvent extractable(59.4% ± 2.2%) and non-extractable(25.1% ± 1.3%) metabolites,mineralized to CO_2(4.8% ± 0.8%), and assimilated into cells(10.6% ± 0.9%) at the end of incubation. When Cu~(2+)was present, the transformation of extractable metabolites into non-extractable metabolites and mineralization were inhibited, possibly due to the toxicity of Cu~(2+)to cells. HA significantly inhibited both dissipation and mineralization of TBBPA and altered the fate of TBBPA in the culture by formation of HA-bound residues that amounted to 22.1% ± 3.7% of the transformed TBBPA. The inhibition from HA was attributed to adsorption of TBBPA and formation of bound residues with HA via reaction of reactive metabolites with HA molecules, which decreased bioavailability of TBBPA and metabolites in the culture. When Cu~(2+)and HA were both present, Cu~(2+)significantly promoted the HA inhibition on TBBPA dissipation but not on metabolite degradation. The results provide insights into individual and interactive effects of Cu~(2+)and soil organic matter on the biotransformation of TBBPA and indicate that soil organic matter plays an essential role in determining the fate of organic pollutants in soil and mitigating heavy metal toxicity.     

Adsorptive behaviors of humic acid onto freshly prepared hydrous manganese dioxides

This study focused on the adsorptive behaviors of humic acid onto freshly prepared hydrous MnO₂(s) (δMnO₂), and investigated the feasibility of employing δMnO₂ for humic acid removal from drinking water. Effects of such parameters as molecular mass of humic acid, kinds of divalent cations on adsorptive behaviors and possible mechanisms involved were investigated. This study indicated that humic acid with higher molecular mass exhibited more tendency of adsorbing onto δMnO₂ than that with lower molecular mass. Ca²⁺ facilitated more humic acid adsorption than Mg²⁺; UV-Vis spectra analysis indicated higher capabilities of Ca²⁺ coordinating with acidic functional groups of humic acid than that of Mg²⁺. Additionally, ζ potential characterization indicated that Ca²⁺ showed higher potential of increasing gz potential of δMnO₂ than Mg²⁺. Ca²⁺ of 1.0 mmol/L increased ζ potential of δMnO₂ from −37 mV (pH 7.9) to +7 mV (pH 7.2), while 1.0 mmol/L Mg²⁺ increased to lower value as −9 mV (pH 6.5), correspondingly. Fourier transform infrared (FTIR) spectra demonstrated the adsorption of humic acid onto δMnO₂, showing the important roles of-COO⁻ functional groups and surface Mn-OH in the adsorption of humic acid onto δMnO₂. Translated from Acta Scientiae Circumstantiae, 2005, 25(3): 351–355 [译自: 环境科学学报]     

Effects of Al3+ on the microstructure and bioflocculation of anoxic sludge

The aluminum ions generated from mining aluminum,electrolytic aluminum and the industrial production of aluminum-based coagulants(such as AlCl_3 and Al_2(SO_4)_3) enter sewage treatment plants and interact with activated sludges.An anaerobic/anoxic/oxic(A~2 O) process was used to reveal the effects of Al~(3+) on the pollutant removal efficiencies,bioflocculation and the micro structure of sludge.The results showed that a low concentration of Al~(3+) improved the pollutant removal efficiencies and increased the sludge particle size.However,a high concentration of Al~(3+) hindered microbial flocculation and reduced the pollutant removal efficiencies.With a 10 mg/L Al~(3+) addition,the chemical oxygen demand(COD),total nitrogen(TN) and NH_4~+-N increased by 3%,16% and 27%,and reached as high as 68%,60% and 87%,respectively.At the same time,the dehydrogenase activity,flocculation ability(FA) and contact angle of the sludge reached their maximum levels at 41.3 mg/L/hr,45% and 79.63°,respectively.The specific surface area of the sludge decreased to 7.084 m2/g and the sludge pore size distribution shifted to concentrate in the me soporous range.Most of Al~(3+) was adsorbed on the surface of sludge,changing the physicochemical properties and physical structure of the sludge.