高固体污泥微波热水解特性变化

考察浓度7%、9%和13%的高固体污泥微波热水解特性,通过生化产甲烷潜能(BMP)实验,分析热处理污泥厌氧消化性能的变化.结果表明,微波加热升温速度快,污泥中悬浮性挥发固体(VSS)和悬浮固体(SS)溶解,液相COD、TOC、氨氮、TN和TP浓度增大, pH值降低.水解效率受污泥浓度影响显著,浓度13%的污泥VSS和SS溶解率低于7%和9%的污泥.170℃热水解5min,9%污泥的VSS和SS溶解率分别为23%和18%, SCOD浓度为41g/L, TOC和氨氮浓度达到30g/L和1g/L.热水解污泥厌氧消化性能提高,9%污泥的产气量在170℃、5min和10min比未处理污泥增加27%和30.8%.热水解时间对提高消化性能影响不大,热水解由5 min到10min,120℃、150℃和170℃的产气量分别增加4%、3.6%和5.7%.     

浓度对高固体污泥热水解特性及流动性的影响

考察固体浓度为7%、9%和13%的高固体污泥的热水解特性,通过生化甲烷潜能(BMP)试验,考察热水解处理高固体污泥厌氧消化性能的变化,通过流变性试验,考察污泥浓度与流动性的关系.结果表明,随着热水解时间延长,污泥中有机物溶解率增大,30min后变化趋于平缓.水解效率受固体浓度影响,浓度7%污泥的有机物溶解率高于9%和13%的污泥.170℃热水解30min,7%的污泥SS、VSS和COD的溶解率分别为43%、47%和42%,VFA/SCOD为20.2%.热水解污泥厌氧消化性能提高,相比未经热水解处理的污泥,浓度7%、9%和13%的污泥在170℃热水解30min后产气量分别增加了44%、27%和9%,沼气产率分别增加了63%、74%和37%.固体浓度对污泥厌氧消化性能的影响显著,浓度9%的污泥产气中甲烷含量以及沼气产率均高于7%、13%的污泥.固体浓度9%时,污泥屈服应力增长缓慢,固体浓度大于9%时,污泥屈服应力增长快速,流动性急剧下降.     

城市污水污泥微波热水解特性研究

在80～170 ℃进行1～30 min的城市污水污泥微波热水解,微波频率2 450 MHz,最大输出功率1 kW,考察挥发性悬浮固体(VSS)和悬浮固体(SS)溶解率,污泥上清液COD和TOC浓度、污泥粒径、形态变化和碳氢氮含量等污泥热水解特征,分析污泥离心脱水性能的改善和减量化效果.结果表明,微波加热使污泥有机物水解反应快速发生,水解过程受温度影响显著.热水解5 min时,150℃和170℃的VSS溶解率为15.8%和29.4%;10 min时COD溶解率达到19.07%和25.75%,COD和TOC浓度在170℃分别为9 860.0 mg/L和2 949.70 mg/L.超过5～10 min,VSS和COD水解率增加缓慢.通过扫描电镜(SEM)观察到污泥热水解后菌体细胞破裂.与碳和氢相比,污泥中氮的水解率更高,170℃微波热水解5 min氮的水解率达到67%.150℃和170℃热水解10 min离心脱水污泥含水率降低到73.1%和65.5%,脱水性能改善,相应减量化率为33.9%和51.7%.     

热水解预处理改善污泥的厌氧消化性能

先将污泥进行热水解预处理 ,其后测定生物化学甲烷势(BMP)来研究热水解对污泥厌氧消化性能的影响 .结果表明 ,热水解预处理能加速污泥中固体有机物的溶解 ,溶解后的有机物进一步水解生成低分子物质 ,其中挥发性有机酸占溶解性COD(SCOD)的30%～40% ,从而污泥的厌氧消化性能得到明显改善 .最合适的热水解温度和热水解时间为170℃、30min.此条件下 ,污泥厌氧消化时总COD(TCOD)去除率从预处理前的38.11%提高到56.78% ,污泥中TCOD的沼气产率从16.0mL/g提高到250mL/g .     

碱处理促进剩余污泥解的试验研究

研究了热碱水解法对剩余污泥特性参数(溶解性化学需氧量、挥发性脂肪酸、氨氮、pH值与污泥浓度等)的影响.碱的加入减弱了污泥细胞壁对高温的抵抗力,加剧了剩余污泥细胞内有机质的释放与水解,改变了污泥的性质.在反应温度为170℃、pH 13、反应时间为75 min的条件下,溶解性化学需氧量(SCOD)达到了最大融出量17956 mg/L,此时SCOD与总化学需氧量(TCOD)之比为0.65.在pH 13,反应时间为60 min时悬浮固体(SS)、挥发性悬浮固体(VSS)均达到了最大溶解率,其值分别为67%和72%.经热碱水解处理后的剩余污泥SCOD随着原污泥浓度的增大而增大,呈现了良好的线性关系,相关系数R2达到了0.97以上,而且随着pH值的增大,融出率也不断增大,在pH 13时达到最高值672 mg/g.另外,通过正交试验可以得出170℃时各因素对SCOD影响的重要性,依次为污泥浓度、DH值、反应时间.     

剩余污泥的热水解试验

研究了热水解预处理对剩余污泥性质的影响.结果表明,污泥热水解时经历溶解和水解2个过程.随着热水解温度的升高和热水解时间的延长,污泥固体的溶解率增大,在210℃、75min的热水解条件下,挥发性悬浮固体(VSS)和蛋白质的溶解率分别达到60.02%和47.21%.溶解后的有机物进一步水解生成低分子物质,其中挥发性有机酸(VFA)占溶解性COD(SCOD)的30%～40%,乙酸占VFA的50%以上.经过热水解预处理,污泥SCOD浓度大幅度升高,pH值下降,碱度增大.     

热水解和超声波预处理对污泥厌氧消化效能的影响研究

针对城市污泥厌氧消化中由于融胞困难所存在的消化速率低、产气量低等问题,采用热水解、超声及热超声组合的方法对污泥进行预处理,预处理后污泥分别经35,41,55℃厌氧消化,考察预处理和温度对厌氧消化产气性能的影响。结果显示:通过增加预处理,可以使污泥厌氧消化产气量提高16.51%~36.98%,并可将55℃温度条件下厌氧消化周期最小缩短至11 d。合理的升高温度和增加预处理可以使污泥的厌氧消化性能得到一定的改善。但在相同预处理条件下,厌氧消化温度由35℃升高到55℃时其厌氧消化效果的改善却并不明显。试验结果可以为城市污泥厌氧消化工艺的选择提供一定的技术支撑。     

矿化垃圾对剩余污泥厌氧水解、酸化的影响

通过向剩余污泥发酵系统中加入不同剂量的矿化垃圾的方法,探究了矿化垃圾对剩余污泥厌氧水解、酸化过程的影响.结果表明,添加1/3g/g TSS(总悬浮固体)剂量以内的矿化垃圾能显著提高WAS的水解、酸化过程,且矿化垃圾的最佳投加量为1/3g/g TSS,在此条件下,试验组SCOD/TCOD以及最大产酸量(183.45mg COD/g VSS,发酵时间为6d)均高于空白组(79.45mg COD/g VSS,发酵时间为10d).机理研究表明,矿化垃圾能够促进污泥的溶解、蛋白质和多糖的水解以及氨基酸和葡萄糖的酸化.在投加矿化垃圾的反应体系中与水解、酸化有关酶的活性也均高于空白试验组,进一步证实了矿化垃圾能够强化污泥厌氧发酵的水解酸化反应.     

微曝气条件下S-TE剩余污泥溶解性研究

研究了微曝气、不同温度条件下S-TE预处理对剩余污泥溶解和各种化学组分变化的影响.结果表明,S-TE污泥溶解存在2种反应(酶催化反应和热解反应)和2个过程:嗜热菌胞外酶(主要为蛋白酶和淀粉酶)首先解聚污泥胶团,进而溶解细菌的细胞壁,水解胞内有机物质.接种嗜热菌Bacillus stearothermophilus sp.AT06-1比不接种促进了污泥悬浮固体的溶解,接种条件下最适宜的溶解温度为65℃,此温度下,污泥VSS和TSS溶解率相对于不接种试验提高程度最大,2 d时VSS、TSS溶解率分别达到34.09%和24.16%,比不接种试验同期分别提高了7.57%和6.87%;微曝气条件下SCOD和VFA得到累积,最大累积量达到4 531 mg/L和2 319 mg/L,有利于厌氧消化;此时蛋白酶活性提高也最大.污泥溶解产生的蛋白质被蛋白酶水解,蛋白质浓度先升高后降低.     

“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.     

Enhancement of thermophilic anaerobic digestion of thickened waste activated sludge by combined microwave and alkaline pretreatment

Pretreatment of thickened waste activated sludge (TWAS) by combined microwave and alkaline pretreatment (MAP) was studied to improve thermophilic anaerobic digestion efficiency. Uniform design was applied to determine the combination of target temperature (110–210°C), microwave holding time (1–51 min), and NaOH dose (0–2.5 g NaOH/g suspended solids (SS)) in terms of their effect on volatile suspended solids (VSS) solubilization. Maximum solubilization ratio (85.1%) of VSS was observed at 210°C with 0.2 g-NaOH/g-SS and 35 min holding time. The effects of 12 different pretreatment methods were investigated in 28 thermophilic batch reactors by monitoring cumulative methane production (CMP). Improvements in methane production in the TWAS were directly related to the microwave and alkaline pretreatment of the sludge. The highest CMP was a 27% improvement over the control. In spite of the increase in soluble chemical oxygen demand concentration and the decrease in dewaterability of digested sludge, a semi-continuous thermophilic reactor fed with pretreated TWAS without neutralization (at 170°C with 1 min holding time and 0.05 g NaOH/g SS) was stable and functioned well, with volatile solid (VS) and total chemical oxygen demand (TCOD) reductions of 28% and 18%, respectively, which were higher than those of the control system. Additionally, methane yields (L@STP/g-CODadded, at standard temperature and pressure (STP) conditions of 0°C and 101.325 kPa) and (L@STP/g VSadded) increased by 17% and 13%, respectively, compared to the control reactor.     

淀粉酶促进剩余污泥热水解的研究

考察了微好氧条件下,外加淀粉酶对污水处理剩余污泥热水解的影响,以及水解过程中污泥上清液各成分的变化情况,并对酶水解过程的动力学进行了分析.结果表明,淀粉酶的加入对剩余污泥的热水解有促进作用.在最适温度50℃,酶投加量0.5g/L条件下,水解4h后,污泥中SCOD/TCOD达到30.98%,比未加酶时高7.68%.在淀粉酶催化作用和热水解的共同作用下,污泥固体溶解,大分子碳水化合物被水解成小分子糖类,固相蛋白质溶出,并进一步水解.污泥水解过程中,上清液糖、蛋白质浓度均呈现先增加后降低趋势.加酶后污泥上清液中糖、蛋白质浓度分别于4h、6h达到最大值271.43mg/L和1437.37mg/L.污泥水解反应前4h内,VSS溶解率和SCOD/TCOD增加迅速,符合一级反应动力学,4h后反应趋于平衡.4h时VSS溶解率达到22.01%.     

不同流态下微波辐射对污水污泥性质的影响研究

通过对不同流态下微波辐射对污水污泥性质的影响进行研究,考察了不同流态下微波辐射作用处理后污泥沉降性能、脱水性能的变化,以及微波辐射作用下流态对污泥挥发性悬浮固体(VSS)溶解率、上清液中COD和污泥微观形态的影响.结果表明,流态对污泥的沉降性能和脱水性能有一定影响,微波辐射功率越高,流态对污泥沉降性能和脱水性能的影响越显著.微波辐射功率较低时,雷诺数Re越大,污泥的沉降比(SV)、比阻和泥饼含水率越小;微波辐射功率较高时,Re为2300的临界流态下污泥的沉降性能和脱水性能最好.随着Re的增大,VSS溶解率和上清液中COD升高,微波辐射功率分别为300、500、700和900W时,Re为3000的紊流流态下上清液中COD分别达到1.1、2.1、3.6和6.7g·L-1.SEM观察结果表明,微波辐射及流态产生的协同剪切应时适宜时,有利于污泥颗粒的絮凝反应,高强度的微波辐射和紊流产生的较大剪切应力导致污泥絮体被打碎.     

污泥碱解和超声破解预处理的效果研究

为提高污水厂污泥的厌氧消化速率,采用多频率多功率槽式超声发生器,研究了超声波、碱解、以及两者的组合作用对污泥破解预处理效果的影响.结果表明,碱和超声波的组合预处理方式,对污泥溶解性COD的释放效果和VSS减少效果明显优于单独的超声波和单独的碱处理.单独超声预处理,污泥VSS的最大减少率为15.98%;单独碱解(NaOH/TS=0.04)时为22.12%;先碱解(NaOH/TS:0.04,24 h),再超声(60 min)以及碱(NaOH/TS=0.04)和超声(60 min)同时作用的预处理方式,可将污泥VSS减少率分别提高到51.45%和54.45%.破解作用引起污泥的水解分为快速水解和缓慢水解2个阶段,对快速水解阶段进行动力学分析可知,同时采用碱和超声的预处理方式不但可以获得最高的水解速率,而且降低了碱的投加量,缩短了超声破解的时间.     

水解液出料和回流对秸秆水解产酸的影响

为了解秸秆两相发酵水解相水解液出料和回流对秸秆水解产酸过程的影响,以打捆麦秸为原料,在中温[(37±1)℃]条件下,采用批次进料方式,进行秸秆水解产酸实验.实验设置水解液出料量为排空、排1/2和排1/3,水解液回流频次为不回流、1d回流1次和3d回流1次.结果表明:水解液出料促进了秸秆有机物的水解溶出,水解液出料后秸秆中有机物大量水解溶出,水解液COD、SCOD浓度迅速回升,pH值迅速降低,TVFAs先增加后降低;水解液大出料量更有利于秸秆有机物水解溶出,水解液排空的处理累积COD获得量、TS损失率、半纤维素损失率和纤维素损失率较排1/3的处理分别提高44.45%、25.97%、30.23%和43.34%,排空的处理单位秸秆水解获得COD质量达0.33g COD/g秸秆;水解液回流对秸秆有机物水解溶出并未表现出明显的促进作用,但在实验后期对日产气量及产气中甲烷含量影响明显,3d回流1次的处理累积产气量和产气中甲烷含量均高于不回流和1d回流1次的处理.     

Autoheated thermophilic aerobic sludge digestion and metal bioleaching in a two-stage reactor system

A two-stage process has been developed for stabilization of sludge and removal of heavy metals from the secondary activated sludge with high rate of energy and time conservation.The first stage of the process involves autoheated thermophilic aerobic digestion at 55-60°C inoculated with less-acidophilic thermophilic sulfur-oxidizing microorganisms(ATAD).The results show that it is possible to maintain the autoheated conditions(55-60°C) in the ATAD reactor up to 24 hr,leading to reduction of 21% total solids(TS),27% volatile solids(VS),27% suspended solids(SS) and 33% volatile suspended solids(VSS) from the sludge.The sludge pH also decreased from 7 to 4.6 due to the activity of less-acidophilic thermophilic microorganisms.In the second stage operation,the digested sludge(pH 4.6,TS 31.6 g/L) from stage one was subjected to bioleaching in a continuous stirred tank reactor,operated at mean hydraulic retention times(HRTs) of 12,24 and 36 hr at 30°C.An HRT of 24 hr was found to be sufficient for removal of 70% Cu,70% Mn,75% Ni,and 80% Zn from the sludge.In all,39% VSS,76% Cu,78.2% Mn,79.5% Ni and 84.2% Zn were removed from the sludge in both the stages.