“热水解-高温厌氧消化”工艺处理高含固率剩余污泥的中试研究

采取热水解(70℃)-高温厌氧消化工艺处理高固含率(8%~9%)的剩余污泥(中试).该工艺利用SRT为3 d的热水解促进细胞溶解以及高温厌氧消化加快污泥消化速率,有机物去除能力较强,并获得了较好的污泥稳定化效果.当厌氧消化的SRT在20 d以上时,总VSS去除率达到42.22%以上,且VSS去除率与厌氧消化的SRT呈线性正相关,相关系数达到0.915 3.在实际应用中,推荐高温厌氧消化的SRT为25 d.当停留时间接近时,本工艺与运行良好的传统污泥厌氧消化工程(含固率3%~5%)以及采用德国技术的高固消化工程的有机物去除率和甲烷产率相当.     

不同污泥含固率的高温微好氧-中温厌氧消化工艺研究

为探讨城市污泥高温微好氧-厌氧两级消化耦合工艺(TAD-MAD)中CH_4产气情况,考察了不同污泥含固率条件下TADMAD工艺中的p H、总碱度、VSS去除率、挥发性脂肪酸(VFA)和沼气产量以及沼气中CH_4含量,并与中温厌氧消化工艺(MAD)进行对比。试验结果表明,在未调节污泥初始p H的条件下,在消化过程中污泥p H能维持在6.5~7.8之间,适宜甲烷菌生长。TAD-MAD工艺中高温微好氧消化2 d,VFA含量大幅度增加,最高为8 524.70 mg/L,有利于后续中温厌氧消化产甲烷。TAD-MAD工艺系统中累积单位VSS甲烷产气量和CH_4含量均高于MAD工艺。TAD-MAD工艺最佳进泥TSS为7.12%,污泥经过24 d的消化,VSS去除率能达到40%,而MAD的VSS去除率仅为35.12%。TAD-MAD工艺累积单位VSS甲烷产气量为116.56 m L/g VSS,超过MAD的85.72 m L/g VSS。且TAD-MAD工艺产甲烷持续时间较MAD工艺长,CH_4含量总体高于MAD工艺,表明TAD-MAD工艺在VSS去除、甲烷产气量和甲烷含量方面均优于MAD工艺。     

厌氧消化结合双氧水溶胞处理剩余污泥试验研究

通过实验室装置将城市污水厂剩余污泥厌氧消化后进行双氧水溶胞脱水处理,分析组合工艺对污泥脱水性能的改善效果,并探索双氧水调理厌氧消化污泥的最佳反应条件,考察脱水滤液回流与剩余污泥共同厌氧消化对滤液的处理效果,并对组合工艺的产、耗能进行了分析。试验结果表明:厌氧消化污泥在双氧水调理下脱水性能显著改善,厌氧消化过程能减少双氧水用量;双氧水调理厌氧消化污泥的最佳反应条件为:双氧水投加量0.106 m L/g(以干污泥计),p H=3,调理时间60 min,调理温度为常温;污泥溶胞脱水滤液回流处理效果良好,且对污泥厌氧消化过程无明显不良影响;厌氧消化产能不仅能够维持自身反应,还有富余能量供出。     

热水解预处理剩余污泥的有机物分布及厌氧消化特性

研究了热水解后剩余污泥中有机物分布以及热水解对污泥厌氧消化效果的影响。剩余污泥经过热水解处理后,VSS含量从51. 0%降低至42. 7%,溶解性COD占总COD的比例从0. 5%提高至33. 5%;进一步厌氧消化时,总COD和VS降解率分别提高至35%和41%,甲烷产率提高至0. 25 L/g,累积甲烷产量比未热水解的污泥提高了101. 2%。脱水污泥液累积甲烷产量占热水解污泥甲烷产量的59%,是厌氧消化所产甲烷的主要来源,而脱水泥饼COD转化成甲烷的比例相对较低。根据剩余污泥热水解后液相和固相有机物的厌氧消化特性差异,提出了基于热水解的污泥厌氧消化工艺优化方案。     

低基质浓度下pH和DO对厌氧氨氧化反应效能的影响

在实验室稳定运行的ASBR反应器基础上,以人工模拟废水为原水,分别研究了p H值、DO对厌氧氨氧化反应器脱氮性能的影响,旨在找出厌氧氨氧化反应最佳的p H值范围,并考察过高的进水DO对厌氧氨氧化污泥脱氮效能的影响及厌氧氨氧化污泥对高浓度DO的抵抗性。结果表明:厌氧氨氧化反应器的最适进水p H为7.5~8.0,此范围内反应器脱氮性能良好且稳定,NH+4-N去除率达到90.2%,NO-2-N去除率达到91.1%。而厌氧氨氧化菌对DO十分敏感,水体中含氧量过高会产生明显的抑制作用,但控制进水溶解氧浓度后,厌氧氨氧化反应器脱氮性能可迅速恢复。一定时间内高浓度DO对厌氧氨氧化污泥的活性抑制是可以恢复的。     

MIC反应器处理酒精废水的污泥颗粒化研究

颗粒污泥是厌氧反应器稳定运行和高效能的载体。以MIC厌氧反应器处理高浓度酒精废水为例,采用城市污水厂的消化污泥启动MIC反应器,其培养过程分为3个阶段:驯化启动期、颗粒污泥出现期和颗粒污泥成熟期。污泥完成颗粒化后,MIC反应器COD容积负荷稳定在20kg·m-3·d-1,COD去除率为90%以上。并讨论了颗粒污泥的粒径分布、沉降性能等性质,为培养国产的厌氧颗粒污泥积累经验。     

餐厨垃圾渗滤液强化城市污泥消化作用研究

针对城市污水厂污泥热值低、C/N比低,厌氧消化效率低的问题,结合餐厨垃圾渗滤液中有机物含量高、C/N比高的特点,研究了城市污泥、餐厨垃圾渗滤液共消化过程.结果表明:垃圾渗滤液的添加促进了污泥厌氧消化甲烷气的产生,添加生、熟垃圾渗滤液的消化污泥累计产甲烷量分别为542 mL、2102 mL,是未添加渗滤液(参照样)的污泥消化产气量的1.2倍、4.6倍,甲烷单位产量分别为261(参照样)、675.8、971.0L·kg-1(以VS计);同污泥单独厌氧消化相比,添加生、熟垃圾渗滤液能强化污泥VS/TS的去除,其去除率分别为15.3%和26.3%;通过共消化,污泥上清液的SCOD去除率均高于90%,出水COD也基本一致,并未因垃圾渗滤液的添加而发生大的波动.污泥与餐厨垃圾渗滤液的共消化能够促进有机物的去除,强化甲烷气的产生,实现了污泥与渗滤液的稳定化、无害化和资源化.     

碳氮比对高含固率污泥厌氧消化的影响

在35℃、含固率10%、接种量20%的条件下,对碳氮比(C/N)分别为8、12、15的3组污泥进行97 d的厌氧消化试验,分析消化过程中p H、NH_4~+-N、挥发性固体(VS)去除率及产气情况,并采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术分析微生物群落结构的变化。试验结果表明,8~13 d完成系统的启动,且消化过程中没有产生酸抑制现象。3组试验的单位VS产气率分别达到572、492和621 m L/g;VS降解效率分别达到57.1%、51.9%和51.0%;C/N比为8时,累积产气量最多;3组试验污泥DGGE图谱显示,碳氮比越低,细菌群落多样性越丰富,优势菌群群落密度也越大。因此,C/N为8时高含固率污泥厌氧消化效果更好。     

溶胞预处理技术

城市污水厂采用厌氧消化工艺,减少污、废水处理中剩余污泥的产生量,同时,实现对生物污泥的资源化利用.为了提高厌氧消化过程的效率,各种溶胞技术被用于厌氧消化的预处理.介绍了当前研究和应用较多的各种化学、物理、生物溶胞技术,分析了污泥溶胞预处理的原理、特点和处理效果.     

不同污泥在微波预处理-厌氧消化过程中抗性基因分布及菌群结构演替

城市污水厂剩余污泥是抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes,ARG）的重要储存库,污泥处理过程中ARG的转归趋势及其与菌群结构变化的关系仍需人们深入研究.本研究考察了A²O和A²O-MBR工艺的城市污水厂剩余污泥的ARG与细菌群落结构在微波预处理-厌氧消化处理过程中的演变规律,结果表明,两种原污泥的菌群结构及携带的ARG丰度分布区别较大;虽然微波预处理不会显著改变菌群结构,但预处理-厌氧处理后的消化污泥菌群结构有显著差异;无论有/无预处理,厌氧消化过程对污泥中ARG和MGE的分布有趋同性的作用;ermF、qnrS和bla_NDM-1是厌氧消化过程中易于增殖传播的抗性基因;污泥特性中,生物量、氨氮和正磷对ARG和MGE分布的影响力最大;污泥性质对细菌群落结构、尤其是部分功能菌属变化有重要影响.本研究结果可为人们进一步了解污泥厌氧消化过程中ARG的传播与控制提供科学参考.     

70℃高温水解/厌氧/好氧/BAC工艺处理高浓度有机废水

采用70℃高温水解酸化、高温厌氧、高温好氧、高温生物活性碳(BAC)组合工艺,对玉米深加工行业的高温工艺废水进行分相与分段处理研究,分别对COD、VFA、氨基酸等的去除处理效果进行研究和评价,在高温条件下完成高温高浓度有机废水的处理并达到回用热水、节能目的.结果表明:组合工艺系统对高浓度有机废水COD总去除率达到99.62%,VFA和氨基酸均为100%,出水COD<50mg/L,达到中水回用COD标准值,其中水解酸化相COD去除率占总去除率的49.7%,产甲烷相占33.7%,好氧段占14.5%,BAC段占1.1%;厌氧段占VFA总去除的56%,好氧段为21.2%,BAC段为21.8%;厌氧段占氨基酸总去除的34.8%,好氧段占62%,BAC段占3%.其中水解酸化有机负荷达到36.2kg/(m³·d).高温好氧和BAC组合工艺进水COD 3 500mg/L条件下,COD去除率仍能达到95.8%.整个系统运行平稳,抗冲负荷强,各段出水pH均在6.6～7.5之间波动.     

电刺激条件下初始pH值对剩余污泥厌氧消化效果的影响

在厌氧消化反应器中施加0.6V电压刺激,考察初始pH值(3,5,7,9,11)对剩余污泥厌氧消化效果的影响.结果表明,当初始pH值为9、厌氧消化至32d时,污泥挥发性固体有机物去除率为38.1%,甲烷产率为224mLCH₄/g VS;同样的消化时间内,初始pH值为7的对照组,其挥发性固体有机物去除率为32.2%,甲烷产率仅为162mLCH₄/g VS.调节初始pH值可加速污泥水解酸化过程,其中pH值为11时,水解酸化效果最好,比其他pH值条件下产生更多的挥发性脂肪酸(VFAs).在产酸高峰期,初始pH值为3、11时,乙酸和丁酸是主要产物;初始pH值为5、7、9时,主要产物是乙酸和丙酸.调节初始pH值能加速氨氮的释放,且pH值为酸性(3,5)时的氨氮浓度高于碱性条件下(9,11)的浓度.     

高温条件下初始pH值对污泥-餐厨垃圾联合厌氧发酵产氢余物产CH4的影响

污泥-餐厨垃圾厌氧消化产氢产CH₄可将城市有机废弃物转化为可再生能源H₂、CH₄,对实现碳减排发挥着重要作用。通过批式试验探究高温条件下(55±1℃),不同初始pH值对污泥和餐厨垃圾联合厌氧发酵产氢余物产CH₄的影响。研究结果表明:适度地增加产氢余物的碱度会提高产CH₄效能,而过低的初始pH则抑制了产氢余物产CH₄效能。初始pH=8时,CH₄最高浓度(79.08%)、累积产甲烷量(101 mL/g DS)和最大CH₄生产速率(12.21 mL/d)均达到最大。不同初始pH下,总糖和总蛋白质的降解量跟累积产甲烷量呈正相关,其中总蛋白的降解量及降解率均高于总糖。初始pH=8时,总糖和总蛋白质的降解量及降解率最高,分别为6078 mg/L、55.70%和4710 mg/L、69.67%。不同初始pH值下,产氢余物厌氧消化后的pH都趋于7.5左右。     

不同温度下高温好氧消化工艺的溶氧特性

为探索ATAD(自热式高温好氧消化)污泥系统中ρ(DO)及其对污泥稳定化的影响,分别考察了在不同消化温度下不同成分污泥(初沉泥、二沉泥和混合泥)的E_h(氧化还原电位)、污泥溶胞效果和污泥稳定化效果. 结果表明:在消化的24 d中,尽管曝气充足,但消化前期E_h仍处于0 mV以下,并且随着消化时间的延长,E_h逐渐升至0 mV以上,说明ATAD工艺系统并不是全程好氧状态,消化前期处于兼氧或厌氧状态,后期才呈好氧状态. 65 ℃下容易使细胞破裂发生分解,污泥上清液中ρ(SCOD)(SCOD为可溶性化学需氧量)和ρ(TP)维持较高值,至消化结束时,ρ(SCOD)仍高达13 708 mg/L,ρ(TP)为126.4 mg/L,ρ(PO₄3+-P)为106 mg/L. 尽管消化前期E_h较低,但在15 d时VSS去除率仍超过38%,满足US EPA(美国国家环境保护局)A级污泥VSS去除率的标准. 消化初期的兼氧和厌氧状态没有减缓污泥达到稳定化,因此在合适范围内减少曝气量有利于ATAD工艺的工程化应用.      

市政污泥厌氧发酵渗沥液污染物释放与热效应

为了研究污泥厌氧发酵过程中渗沥液水质污染指标随温度和时间的变化规律,以及污泥的热效应变化,分别测定30,45,60℃下厌氧发酵不同时间后污泥渗沥液的p H值、DO、TN和TOC含量,分析厌氧发酵对渗沥液污染指标的影响,通过热重-差热试验绘制45℃下不同时间的TG-DTA曲线,研究厌氧发酵对污泥热效应的影响。结果表明:新鲜污泥渗沥液p H值为7.50,随着厌氧发酵的进行,30℃下p H值上升25.7%,DO、TN与TOC含量分别下降90.0%、90.4%、74.9%,且初期外界温度越高反应速率越快;由TG-DTA曲线可知:水分散失和有机物燃烧分解致使质量损失,并分别伴随吸热和放热现象。     

UASB反应器处理硝化棉废水实验研究

升流式厌氧污泥床（UASB）的优点是处理能力大、处理效率高、运行性能稳定。该试验研究是在常温下,在UASB反应器中接种猪粪,经培养驯化后处理硝化棉废水,控制进水pH值在6．5—7．5之间,在尚未进行任何预处理的情况下,经过44天的运行,启动基本完成。在此后的负荷运行中,容积负荷从0．63kgCODCr／（m3·d）增加到1．5kgCODCr／（m3·d）,CODCr的去除率保持在40％以上,最高达到了67．9％。     

生物流化床法处理污泥回流液的影响因素研究

将生物流化床工艺与活性污泥工艺相结合,以市政污水处理厂污泥回流液为研究对像。以0.3～0.45mm活性炭颗粒为载体对生物流化床中微生物进行培养、驯化,挂膜成功后,分别对生物流化床厌氧段和好氧段进行了单因素试验,得出进水的最佳pH值介于7.0～7.5,生物流化床厌氧段的最佳水力停留时间4.4h、最佳碳源为蔗糖,;缺氧段及好氧段的最佳水力停留时间2.69h、8.06h,曝气量0.5mL/min。在最佳工艺参数条件下进行污泥回流液脱氮除磷试验得出,此工艺可使总氮浓度为150.0mg/L,总磷浓度为59.0mg/L的污泥回流液的总氮浓度降低至65.19mg/L,此时的总氮去除率为56.54%;总磷的去除率较低。试验结果表明,该工艺对处理污泥回流液中氮磷具有一定的效果。     

间歇梯度曝气下首段延时厌氧强化好氧颗粒污泥脱氮除磷

本研究采用SBR反应器,以实际低C/N比生活污水为进水基质,采用间歇梯度曝气（各曝气段溶解氧浓度递减）充分利用内碳源,探讨不同首段厌氧时间下好氧颗粒污泥脱氮除磷效果.结果表明,间歇梯度曝气的初始厌氧段从50 min增加至90 min,使颗粒污泥内碳源的储量增加,这一延时厌氧的改进条件导致颗粒污泥脱氮除磷效果提升,当延时至70和90 min时,COD、TN和TP的去除效率分别可达84.74%、70.05%和89.7%以及86.65%、78.81%和85.5%.但随后首段厌氧时间增至110 min后,由于部分细胞解体,污泥流失较严重,使内碳源储量约降低13.6%,进而污染物去除效率下降.在首段厌氧时间从50 min延长至90 min的过程中,LB-EPS中PS含量变化较小,随后延时至110 min后PS含量增加至约7.18 mg·g^-1,PN含量增加至约5.56mg·g^-1.TB-EPS中PN和PS含量均较稳定,进而表明内碳源储量对LB-EPS的影响较TB-EPS大,同时污泥沉降性能下降与LB-EPS中PS含量增加密切相关.颗粒污泥中DPAOs占比随首段厌氧时间的适当增加而升高,其中首段厌氧时间为70 min时DPAOs占比达到51.5%.     

厌氧氨氧化工艺在UASB反应器中的启动运行研究

利用UASB反应器进行了厌氧氨氧化工艺的启动运行研究。以自配高氮低碳废水为进水,普通厌氧污泥为接种污泥,在温度35℃,pH7.5～8.0的条件下连续运行220d,成功实现了厌氧氨氧化工艺的启动,氨氮容积负荷为0.43kg/(m~3·d)时,氨氮的去除率最高达88.3％,扫描电镜的观察结果表明,厌氧氨氧化污泥中的细菌以形状不规则的短杆菌为主。     

碱辅助条件下的污泥微波热水解特性研究

向污泥中加入NaOH进行微波热水解实验.结果表明,每1 g污泥悬浮固体(SS)添加NaOH 0.1 g时,污泥中的挥发性悬浮固体(VSS)快速水解,170℃的VSS溶解率达到60%以上,热水解后污泥的有机物含量(VSS/SS)降低至25%.80、120、150和170℃热水解5 min的污泥液相COD浓度分别为9.8、12.8、15.1和14.5 g/L,相应SCOD/TCOD为24.0%、31.3%、36.9%和35.6%.随温度的升高和时间的延长热水解污泥pH越低,最低值10.5.在每1 g SS添加0~0.2g NaOH的范围内,当添加量0.05 g时,VSS和SS的溶解率增加幅度降低.分别对NaOH添加量0.05 g热水解5 min和添加量0.1 g热水解1 min的污泥进行BMP厌氧消化实验.结果表明,添加量为0.05 g时热水解污泥的厌氧消化性能提高,经150℃处理污泥的产气量最大,比未处理污泥高28.5%,而在添加量为0.1 g时,污泥的厌氧消化性能受到抑制,产气量低于未处理污泥.