生物沥浸的酸化效应对城市污泥脱水性能的影响

采用嗜酸性氧化亚铁硫杆菌Acidithiobacillus ferrooxidans LX5对供试污泥进行生物沥浸处理,并通过与化学酸化试验对比,从Zeta电位、溶胞作用及污泥絮体的形态结构等方面研究了污泥生物沥浸的酸化效应对其脱水性能的影响.结果表明,生物酸化过程中,随着pH的下降,污泥比阻由1.81×1012m.kg-1降到0.59×1012m.kg-1,污泥沉降率不断提高,在pH 2.90时达到48%,污泥Zeta电位逐渐升高,从-25.2 mV升至9.6 mV.化学酸化试验中,随着pH的下降,污泥比阻先降低再升高,并在pH 3.35时取得最小值2.6×1012m.kg-1,Zeta电位逐渐上升,于pH 2.90时趋于0.污泥中可溶性磷浓度随着pH下降不断升高,pH调至1.86时,污泥液相中总磷(TP)浓度超过600 mg.L-1,进一步通过显微镜对污泥絮体的观察发现,强酸会导致污泥中微生物细胞分解.在pH 3.35左右,化学酸化污泥和生物酸化污泥的颗粒结构都没有发生明显变化,但生物酸化污泥中存在一些可能是次生矿物的晶体.污泥Zeta电位趋近于0、次生矿物的形成是生物沥浸的酸化效应使城市污泥脱水性能提高的内因.     

生物沥浸处理对城市污泥脱水性能的影响研究

通过摇瓶培养试验研究了生物沥浸处理对城市污泥离心脱水率、污泥过滤比阻、泥饼压缩系数等脱水性能的影响,并分析了生物沥漫过程中污泥Ph、Fe2 、Fe2 、污泥颗粒Zeta电位、粳粒粒径分布的变化.研究表明,以亚铁和硫作为复合能源物质时,污泥经过生物沥浸处理后,其离心脱水率可从原始污泥的60%提高到74.4%;污泥比阻从处理前的1.83×109 s2·g-1下降到0.39×109 s2·g-1,降低了79%,压缩系数也从原始污泥的0.98降低为0.58,明显好于其他处理,达到不加絮凝剂而可直接机械压滤脱水的性能要求.研究还表明,污泥生物沥浸处理后.随着Ph的下降,污泥颗粒Zeta电位趋于零以及污泥20～60μm粒径范围的颗粒含量明显减少,可能是污泥脱水性能改善的重要原因之一.可见,污泥生物沥浸处理是一种在去除重金属的同时能够改善污泥脱水性能的技术.     

生物沥浸对精对苯二甲酸化工污泥脱水性能的提高及其重金属脱除效果

通过摇瓶培养试验研究了生物沥浸处理对精对苯二甲酸(PTA)化工污泥脱水性能和重金属去除效果的影响.研究表明,PTA污泥经生物沥浸后脱水效果得到了较好的改善,且营养剂最佳投加量为5g·L-1.经生物沥浸2d后污泥的pH从7.37下降到2.29,比阻从62.64×1012m·kg-1下降到2.36×1012m·kg-1,降低了96.23%.在最佳处理条件下对该化工污泥进行多批次生物沥浸中试试验,并对沥浸后污泥采用厢式压滤机脱水.结果表明,经生物沥浸处理后污泥静置24h,污泥沉降率可从2%提高到33%,厢式压滤脱水后泥饼含水率下降到45.9%,与对照相比,污泥体积减少了91.1%.泥饼中Cu、Cd、Pb、Zn、Co的去除率分别为95.15%、85.20%、42.11%、82.59%和64.42%;滤液中COD和氨态氮去除率分别为42.82%和74.98%.可见,生物沥浸法不仅能够较好地改善化工污泥的脱水性能,还能脱除污泥中的重金属.这对生物沥浸技术在PTA化工污泥上的应用和推广具有重要意义.     

低温条件下污泥静置沉降时间对城市生物沥浸污泥脱水性能的影响

研究城市生物沥浸污泥脱水性能与污泥静置沉降时间的关系,对城市污泥生物沥浸工程化应用具有指导性作用.因此,以城市生物沥浸污泥为研究对象,研究了低温条件下(5℃和15℃)污泥静置0～6d过程中,污泥pH值和脱水性能(用比阻γ表征)的变化情况.同时,对实验室污泥比阻与厢式压滤机中试结果进行了相关性分析.结果表明:温度增加将有利于污泥沉降,在实际运行中沥浸污泥可选择静置0.5d再进行压滤脱水.随着静置时间的延长,冬季(5℃)和春季(15℃)城市沥浸污泥pH值和比阻均呈逐渐上升的趋势.静置6d后,pH值分别从3.93和3.87上升到5.10和5.32,比阻γ分别从1.72×1012m·kg-1和1.76×1012m·kg-1上升到3.08×1012m·kg-1和5.82×1012m·kg-1.实验室污泥比阻测定和厢式压滤机中试结果表明,不同静置时间下污泥比阻γ与压滤机压滤脱水V-t/V曲线(V:滤液体积;t:过滤时间)斜率k呈极显著正相关关系,说明用污泥比阻γ能准确地反映出生物沥浸污泥的压滤脱水性能.这对生物沥浸技术在工程上的应用和推广具有重要意义.     

微生物营养剂浓度对生物沥浸法促进城市污泥脱水性能的影响

通过实验室摇瓶试验和实际工程应用试验研究了不同污泥浓度(2%～5%)下,营养剂加入量对生物沥浸促进城市污泥脱水性能的影响,同时分析了pH值和营养剂利用率的变化.结果表明,生物沥浸过程中,不同浓度污泥各处理下pH值均呈直线下降后趋于稳定的趋势;生物沥浸2 d后,各处理中营养剂几乎都被微生物完全利用;2%、3%、4%、5%浓度污泥比阻随着沥浸时间的延长先迅速减小后逐渐回升,且浓度越高回升幅度越大,各浓度污泥选择最佳营养剂浓度分别为3.0、4.5、8.3和12.8 g.L-1,此时污泥最低比阻分别为0.61×1012、1.22×1012、3.09×1012和4.83×1012m.kg-1.通过工程应用试验表明,将5%浓度城市污泥稀释成3%浓度再生物沥浸的方法不仅能够改善生物沥浸污泥脱水性能,表现在比阻从3.29×1012m.kg-1下降到1.10×1012m.kg-1,同时还可以缩短污泥停留时间(从4 d缩短为2.35 d)及降低运行成本.这为生物沥浸工艺处理高浓度污泥运行参数的优化提供了科学依据.     

污泥生物沥滤中硫细菌变化和胞外多聚物作用的研究

通过序批试验,分析污泥生物沥滤过程中pH值、异养菌数量变化以及硫细菌的形态,探讨了污泥中重金属在胞外多聚物(EPS)中的分布变化.结果表明,污泥经生物沥滤后异养菌大量死亡.扫描电镜和透射电镜对污泥微生物形态的观测发现,随着生物沥滤时间的延长,生物沥滤污泥明显比对照污泥中的微生物分布紧密,而且杆状和短杆状菌呈现逐渐增多趋势.生物沥滤后期出现受损的细菌胞体以及释放了细胞物质的细菌空壳.污泥沥滤液中EPS含量有所增加,沥滤过程中EPS的松散结合态与紧密结合态的比值呈现先上升后下降趋势,可反映沥滤前期细菌处于加速生长期的居多,而后期处于减速生长期的细菌逐渐增多.污泥EPS中重金属含量在生物沥滤几天后表现持续增长,Cu、Pb和Zn分布于EPS中的最高含量分别占污泥中总量的14.7%、20.3%和24.2%.延长酸化时间,EPS可被水解,而导致其中重金属含量呈现一定下降趋势.     

多批次生物沥浸对猪粪重金属脱除及养分和脱水性的影响

猪粪重金属脱除及脱水性提升对其资源化利用具有重要意义.本研究以氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,A.f)作为生物沥浸微生物,探究了多批次生物沥浸对猪粪重金属脱除及养分和脱水性的影响.研究表明,当A.f菌液与原始猪粪(含固率为3.5％)体积比为1∶1时,生物沥浸进程缓慢,而将猪...     

生物沥浸预处理改善污泥脱水性能和去除重金属研究

通过生物沥浸预处理改善污泥脱水性能和去除其中的重金属,有利于降低后续污泥处理和处置过程中的成本和潜在的生态环境风险。以城市污水厂剩余污泥为研究对象,采用驯化所得的嗜酸性硫杆菌混合菌群为接种物,通过添加不同浓度的底物(FeSO4·7H2O)对污泥进行生物沥浸预处理试验,考察生物沥浸过程中污泥比阻(SRF值)和污泥中重金属含量的动态变化。结果表明:生物沥浸预处理可改善污泥的脱水性能并去除其中的重金属,污泥比阻降低率的变化范围为5.73%～79.53%,污泥中重金属去除率的变化范围为0.38%～90.84%,且底物浓度的改变对改善污泥脱水性能和提高污泥中重金属的去除率有一定的影响;当底物浓度为6g/L、生物沥浸5d时,可获得污泥最佳的脱水性能和污泥中重金属最佳的去除效果,在此条件下生物沥浸预处理后污泥的SRF值为0.52×1013 m/kg,污泥中重金属Zn、Cd、Cu、Ni、Pb和Cr的去除率分别为80.36%、76.89%、80.93%、86.04%、58.37%和58.52%。     

不同能源物质配合及化学强化对生物沥浸法提高城市污泥脱水性能的效果

采用复合硫杆菌和不同能源物质配比,通过序批式摇瓶实验,研究了城市污泥生物沥浸处理效果特别是对脱水性能的影响.分析了以不同比例添加底物Fe2+与S0条件下,城市污泥沥浸系统中pH、Fe2+、Fe3+,污泥脱水性能(污泥比阻γ和毛细吸水时间CST)的变化情况.并在此基础上.研究了对生物沥浸处理后污泥采用Fenton试剂化学强化处理对污泥脱水性能的影响.结果表明,当S.的添加量为2g·L-1,Fe2+的添加量大于1 g·L-1时,采用1:1回流比,在2.0～2.5d均町以完成乍物沥浸过程.生物沥浸中复合能源物质的加入对城市污泥脱水性有重要的促进作用.在投加2g·L-1S0的同时,投加4～6 g·L-1的Fe2+,处理后污泥的脱水性提高8～10倍.对生物沥浸后污泥进行Fenton试剂化学强化处理,可进一步使污泥的脱水性提高50%.生物沥浸和Fenton试剂联合处理方式,可使污泥的脱水性提高18倍.这对污泥高干度脱水和污泥减量化有重要的实用价值.     

不同污泥停留时间对城市污泥生物沥浸推流式运行系统的影响

采用有效容积为700 L的推流式生物沥浸反应器对城市污泥进行连续14 d的生物沥浸处理,利用折流方式将反应器从进泥端到排泥端沿程方向依次划分为1～6区.对不同污泥停留时间(SRT)条件下反应器运行时各区的pH.溶解氧(DO)值及污泥的脱水性能(用污泥比阻SRF表征)进行了系统的比较研究.结果表明,当反应器曝气量为1.2 m3.h-1,微生物营养剂加入量为4 g.L-1,SRT为2.5 d时,反应系统在72 h时运行达到稳定,相应反应器各区的pH分别为5.00、3.00、2.90、2.70、2.60与2.40.污泥的比阻值由1区的0.64×1013m.kg-1逐渐降低至6区的0.33×1013m.kg-1.当SRT为2 d时,生物沥浸系统在120 h达到稳定,各区相应的pH分别为5.10、4.10、3.20、2.90、2.70与2.60.相应的DO值分别为0.43、1.47、3.29、4.76、5.75与5.88 mg.L-1.污泥的比阻值由1区的0.56×1013m.kg-1逐渐降低至6区的0.20×1013m.kg-1.当SRT为1.25 d时,运行第48 h,反应器6区pH升高至3.00.污泥沿程流动过程中,微生物菌群对营养剂利用率降低,导致系统失衡.生物沥浸反应器污泥停留时间越长,推流式生物沥浸系统越易达到稳定.停留时间2 d可以作为工程应用时的较优污泥停留时间.生物沥浸后将污泥收集经过增强聚丙烯厢式压滤机脱水至含水率60%以下,此研究将为城市污泥生物沥浸后期工程化运行提供必要的参数支持.     

Enhancing sewage sludge dewaterability by bioleaching approach with comparison to other physical and chemical conditioning methods

The sewage sludge conditioning process is critical to improve the sludge dewaterability prior to mechanical dewatering. Traditionally, sludge is conditioned by physical or chemical approaches, mostly with the addition of inorganic or organic chemicals. Here we report that bioleaching, an efficient and economical microbial method for the removal of sludge-borne heavy metals, also plays a significant role in enhancing sludge dewaterability. The effects of bioleaching and physical or chemical approaches on sludge dewaterability were compared. The conditioning result of bioleaching by Acidithiobacillus thiooxidans and Acidithiobacillus ferrooxidans on sludge dewatering was investigated and compared with the effects of hydrothermal (121℃ for 2 hr), microwave (1050 W for 50 sec), ultrasonic (250 W for 2 min), and chemical conditioning (24% ferric chloride and 68% calcium oxide; dry basis). The results show that the specific resistance to filtration (SRF) or capillary suction time (CST) of sludge is decreased by 93.1% or 74.1%, respectively, after fresh sludge is conditioned by bioleaching, which is similar to chemical conditioning treatment with ferric chloride and calcium oxide but much more effective than other conditioning approaches including hydrothermal, microwave, and ultrasonic conditioning. Furthermore, after sludge dewatering, bioleached sludge filtrate contains the lowest concentrations of chroma (18 times), COD (542 mg/L), total N (TN, 300 mg/L), NH₄⁺-N (208 mg/L), and total P (TP, 2 mg/L) while the hydrothermal process resulted in the highest concentration of chroma (660 times), COD (18,155 mg/L), TN (472 mg/L), NH₄⁺-N (381 mg/L), and TP (191 mg/L) among these selected conditioning methods. Moreover, unlike chemical conditioning, sludge bioleaching does not result in a significant reduction of organic matter, TN, and TP in the resulting dewatered sludge cake. Therefore, considering sludge dewaterability and the chemical properties of sludge filtrate and resulting dewatered sludge cakes, bioleaching has potential as an approach for improving sludge dewaterability and reducing the cost of subsequent reutilization or disposal of dewatered sludge.     

生物沥浸耦合类Fenton氧化调理城市污泥

采用生物沥浸耦合类Fenton氧化工艺对城市污泥进行了调理研究.结果表明,在升华硫和Fe SO4·7H2O投量分别为3g·L-1和8 g·L-1时,污泥p H从6.9降至2.5约需1 d,满足类Fenton氧化的适宜酸性条件.生物沥浸处理后,污泥挥发性固体(VS)减少率为13.4%,污泥比阻从3.1×109s2·g-1降至1.5×109s2·g-1,降低51.6%,但仍属于难脱水污泥.沥浸污泥继续经类Fenton氧化调理,调理的最佳H2O2投量和反应时间分别为3.3 g·L-1和60 min.处理后污泥VS减少率为30.8%,污泥比阻和滤饼含水率分别为1.9×108s2·g-1和76.9%,污泥比阻降低93.9%,污泥脱水性能和稳定性能得到显著提高.此外,该联合工艺对污泥的调理效果优于类Fenton氧化单独调理.     

生物淋滤-PAC与PAM联合调理城市污泥

采用生物淋滤-聚合氯化铝(PAC)与聚丙烯酰胺(PAM)联合使用工艺对城市污泥进行了调理研究.结果表明,在固定单质硫投量为3 g.L-1的条件下,投加亚铁离子能明显加快污泥生物淋滤速率;FeSO4.7H2O投量为8 g.L-1时,污泥pH降至2约需1.5 d.生物淋滤显著改善了污泥的脱水性能,生物淋滤后使污泥比阻从6.45×1010 s2.g-1降到1.45×1010 s2.g-1,降低了77.52%,但污泥仍属于难脱水污泥.回调淋滤污泥pH至6,投加PAC及PAM对淋滤污泥进行强化调理.结果表明,单独使用PAC与PAM的最佳投量分别为200 mg.L-1和50 mg.L-1;联合使用PAC与PAM时,PAC与PAM的最佳投量分别为100mg.L-1和25 mg.L-1,污泥比阻和滤饼含水率分别为2.02×108 s2.g-1和74.81%,污泥属于易脱水污泥.与单独使用PAC与PAM相比,PAC与PAM联合使用调理污泥费用低、处理效果好.     

Feasibility of bioleaching combined with Fenton oxidation to improve sewage sludge dewaterability

A novel joint method of bioleaching with Fenton oxidation was applied to condition sewage sludge. The specific resistance to filtration (SRF) and moisture of sludge cake (MSC) were adopted to evaluate the improvement of sludge dewaterability. After 2-day bioleaching, the sludge pH dropped to about 2.5 which satisfied the acidic condition for Fenton oxidation. Meanwhile, the SRF declined from 6.45 × 10¹⁰ to 2.07 × 10¹⁰ s²/g, and MSC decreased from 91.42% to 87.66%. The bioleached sludge was further conditionedwith Fenton oxidation. From an economical point of view, the optimal dosages of H₂O₂ and Fe2+ were 0.12 and 0.036 mol/L, respectively, and the optimal reaction time was 60 min. Under optimal conditions, SRF, volatile solids reduction, and MSC were 3.43 × 10⁸ s²/g, 36.93%, and 79.58%, respectively. The stability and settleability of sewage sludge were both improved significantly. Besides, the results indicated that bioleaching-Fenton oxidation was more efficient in dewatering the sewage sludge than traditional Fenton oxidation. The sludge conditioningmechanisms by bioleaching-Fenton oxidationmight mainly include the flocculation effects and the releases of extracellular polymeric substances-bound water and intercellular water.     

嗜酸性细菌对废旧线路板浸出的吸附行为及动力学

探究嗜酸性细菌对废旧线路板浸出的吸附行为及其动力学模型是生物浸出机制研究的重要基础.本研究通过考察接种不同浓度氧化亚铁硫杆菌(A.ferrooxidans)浸出线路板中铜的吸附行为,探索了菌体在线路板粉末表面的吸附过程,分析了其吸附行为的动力学特性.结果表明,A.ferrooxidans在线路板粉末表面的吸附均于5 h内达到平衡.随着初始菌浓度的增大,吸附速率和吸附的微生物量也随之增大.初始菌体浓度为2.4×105、2.4×107和2.4×109cells·m L-1时对应的最大吸附量分别为1.8701、2.3552和2.9833 mg·g-1,吸附的微生物量占总生物量的比例分别为43.75%、53.97%和55.94%,铜的浸出率分别达到71.20%、88.33%和95.05%.进一步的非线性拟合结果显示,一级动力学模型适用于A.ferrooxidans与线路板粉末的吸附行为,模型拟合度(R2)分别达到0.9321、0.9134和0.9193.     

污泥胞外聚合物的提取方法及其对污泥脱水性能的影响

采用7种不同方法提取污泥胞外聚合物(EPS),并研究污泥不同层EPS剥离前后对污泥脱水性能的影响.结果表明,甲醛+NaOH和2%EDTA提取法对污泥中紧密结合的胞外聚合物(tightly bound extracellular polymeric substances,TB-EPS)提取效率最高,总固体(SS)中的EPS提取量分别为128.9 mg.g-1和42.38 mg.g-1,但提取后细胞破裂严重,不能代表污泥EPS的真实含量,不宜采用.加热法较为温和,提取效率较高,总SS中EPS产量为21.97 mg.g-1.污泥剥离黏液层(Slime层)、松散结合的胞外聚合物(loosely bound extracellular polymeric substances,LB-EPS)和TB-EPS层后污泥的脱水性能大幅度改善,其中Slime层EPS含量越高污泥的脱水性能越差,当污泥EPS大量地释放到溶液中即Slime层时污泥的CST值大幅度升高,污泥的脱水性能变差.石湖墟和昂船舟污泥初始的毛细吸水时间(CST)为132.9 s和229.9 s,当剥离Slime层时这2种污泥的CST值分别为80.8 s和79.4 s,脱水性能得到明显改善.