剩余污泥水解酸化过程中胞外聚合物的影响因素研究

为了解胞外聚合物(EPS)对污泥水解酸化处理的影响,采用批量试验研究了污泥厌氧水解酸化处理过程中EPS的变化以及温度、pH值、污泥来源、污泥浓度对其的影响.结果表明,pH值和污泥来源对EPS产率、成分有显著的影响.强酸性和强碱性条件下污泥水解过程中溶解性EPS产率是中性条件下的2倍多;强酸性条件下细胞破裂较多,DNA物质占总EPS含量的20%左右;强碱性条件多糖类物质溶出量占总EPS的80%以上.A/O工艺污泥水解酸化EPS产率最大,平均值为41.1mg/gVSS;其次为SBR、氧化沟(OD)和A2/O工艺污泥,其中OD工艺污泥水解酸化产生的EPS中糖类与蛋白质的质量比(φ)值远小于其他工艺污泥.温度由18℃升高至35℃时,溶解性EPS产率增加近50%,多糖所占比例逐渐增大.污泥浓度由2000mg/L升高至6000mg/L,EPS产率增大至38.1mg/gVSS,当污泥浓度达到8000mg/L时,EPS产率明显减少(23.1mg/gVSS).     

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%.     

离子液体强化剩余污泥厌氧发酵产酸效能研究

针对污水处理厂剩余污泥厌氧发酵过程中有机质水解慢和酸化率低的问题,本文采用离子液体预处理促进污泥增溶破胞,并考察其对污泥厌氧发酵过程中有机质水解速率和短链脂肪酸(short-chain fatty acids, SCFAs)产量的影响.结果表明:投加离子液体[Emim]OTF能显著促进污泥溶胞,提高污泥水解速率及SCFAs产量,抑制污泥发酵产气;当离子液体投加量为0.1g/g VSS时,最大SCFAs产量可达226.4mg COD/(g TS),是未经预处理污泥的3.75倍;通过微生物多样性分析发现,投加离子液体[Emim]OTF富集了水解产酸菌,强化了污泥水解和酸化过程,从而导致SCFAs产量提高.     

污泥中蛋白质和多糖的分布对脱水性能的影响

为研究污泥中蛋白质和多糖的组成及空间分布对污泥可脱水性的影响,采用高温（55℃）及pH 10.0和pH 5.5控制条件,进行污泥水解酸化试验;通过离心和超声波法,对污泥中蛋白质和多糖在污泥粘液层、松散附着胞外聚合物层、紧密粘附胞外聚合物层及细胞相层的分布,并对污泥脱水性能（以毛细吸水时间表征）作了跟踪监测.结果表明,污泥中蛋白质和多糖主要分布在细胞相层.在酸性条件下（pH 5.5）,污泥高温水解酸化（第0～15 d）使其毛细吸水时间比原污泥稍大,而最终（第20 d）稍低;在碱性条件下（pH 10.0）的污泥水解酸化,则使污泥毛细吸水时间远大于原污泥.统计分析结果表明,污泥脱水性能主要受粘液层的可溶性蛋白质和蛋白质/多糖影响,几乎不受污泥中的蛋白质、多糖和蛋白质/多糖及其它EPS层中的化学组分的影响.     

三氯乙烯对厌氧水解酸化菌的抑制作用及去除特性

三氯乙烯（TCE）是石化废水中典型的有机污染物,对微生物具有极强的毒性。通过对挥发性脂肪酸批次试验进行生物测定,探讨TCE对厌氧水解酸化菌的产酸抑制作用,在TCE作用下水解酸化菌的胞外聚合物（EPS）和污泥zeta电位的变化以及TCE的去除特性。结果表明：TCE浓度为75 mg/L（半抑制浓度,EC50）时,对水解酸化菌的产酸量有抑制作用;随着TCE浓度升高,水解酸化菌的EPS中蛋白质浓度先增大后减少,其中TCE浓度为50 mg/L时EPS中蛋白质浓度达到最大值,为（33.94±0.25）mg/L;zeta电位的结果显示,污泥的凝聚性能随TCE浓度增大（0～100 mg/L）而增大;厌氧水解酸化菌对TCE的脱氯能力随TCE浓度的升高而降低,水解酸化菌转化TCE的脱氯率由TCE浓度为10 mg/L时的77.83%降为200 mg/L时的6.67%。TCE对水解酸化菌具有强烈的抑制作用,TCE主要是通过抑制细胞的蛋白质合成来抑制微生物活性,进而限制水解酸化菌降解TCE的能力。     

混合外源菌强化剩余污泥微氧水解产酸

利用外源投加酵母菌与醋酸菌的方式促进了剩余污泥水解产生短链挥发性脂肪酸（SCFAs）的产量,考察了混合投加模式下污泥水解溶出的正磷酸盐、氨氮和溶解性COD的浓度,研究水解过程胞外聚合物（EPS）组分中蛋白质及多糖的变化特征.结果表明,在酵母菌和醋酸菌投加量分别为10和20g/L时,发酵第5d实现了最高的SCFAs产量,达到719mgCOD/gVSS,其中乙酸含量为328.78mgCOD/gVSS,占总SCFAs的45.72%.投加两种菌显著促进了剩余污泥水解产生SCFAs,且以乙酸为主.外源菌投加促进了水解酸化过程氨氮和正磷酸盐的释放,最佳反应条件下最大释放量分别为80.66和22.38mg/gVSS,有利于从剩余污泥中回收氮磷.投加外源菌后EPS中的蛋白质和多糖从内层向最外层释放,为污泥水解产酸提供底物.外源投加酵母菌与醋酸菌是促进剩余污泥水解酸化的有效手段.     

基于微波预处理的酶强化污泥水解酸化研究

微波预处理能显著提高污泥上清液中溶解性有机物含量,进而可作为内碳源补充强化生物脱氮,但释放的大量溶解性有机物却存在碳源可利用性偏低问题.因此,为了提高上述碳源的可利用性,本研究通过批量试验,考察了添加中性蛋白酶和中温α-淀粉酶对微波预处理污泥水解酸化的强化效果,同时研究了水解酸化过程中污泥上清液中有机物的变化特征.结果表明,经过微波-过氧化氢-碱预处理的污泥进行水解酸化能产生较多的挥发性脂肪酸(VFA),碳源可利用性提高,但由于在水解酸化最初的2 d内存在产酸滞后期,导致水解酸化时间被延长.加入中性蛋白酶和中温α-淀粉酶不仅促进了预处理后污泥的水解酸化,而且解除了微波-过氧化氢-碱预处理导致的产酸滞后现象.在55℃、I/S(接种比)=0.07条件下,酶的最佳投加量分别为30 mg·g~(-1)(蛋白酶/总固体浓度TS)和90 mg·g~(-1)(淀粉酶/TS),最佳水解时间为0.5 d,最佳酸化时间为4 d.水解酸化过程中溶解性COD(SCOD)、溶解性蛋白质、溶解性糖类和VFA浓度均呈现先增加后降低的变化规律.水解0.5 d时,30 mg·g~(-1)(蛋白酶/TS)组和90 mg·g~(-1)(淀粉酶/TS)组的SCOD、溶解性蛋白质、溶解性糖类浓度均达到最大值.水解酸化4 d时,30 mg·g~(-1)(蛋白酶/TS)组和90 mg·g~(-1)(淀粉酶/TS)组的总VFA浓度分别为3373.39 mg·L~(-1)(以COD计,下同)和3226.79 mg·L~(-1),比预处理组分别提高了82.37%、74.45%.30 mg·g~(-1)(蛋白酶/TS)组和90 mg·g~(-1)(淀粉酶/TS)组的VFA主要组分均为乙酸、正丁酸和异戊酸,其中,乙酸占总VFA的比例分别为46.53%、45.94%,污泥上清液中的COD/总氮(TN)比分别为13.26、14.41.在碳源组成方面,在水解酸化0.5~4.0 d之内,30 mg·g~(-1)(蛋白酶/TS)组和90 mg·g~(-1)(淀粉酶/TS)组的SCOD浓度基本不变,但随着水解酸化时间的延长,溶解性蛋白质占SCOD的比例均在下降,总VFA占SCOD的比例均在提高,实现了在不改变碳源总量的条件下增加易生物降解有机物比例的目的.     

基于响应面分析法的微波-过氧化氢-碱预处理污泥水解酸化优化研究

为进一步优化微波-过氧化氢-碱(MW-H2O2-OH)预处理污泥的水解酸化操作参数,在前期单因素试验研究的基础上,采用3因素3水平的响应面分析法,建立了水解温度、水解酸化时间和蛋白酶投加量分别对总VFA浓度和SCOD浓度影响的回归模型,并进行了碳源组成及其可利用性的评估.结果表明,模型极显著,拟合度、可信度和精确度高,数据合理,试验误差小.通过对回归模型的求解及综合考虑,得到优化的工艺条件为水解温度53.13℃、水解酸化时间4 d、蛋白酶投加量30.14 mg·g-1(蛋白酶/总固体浓度(TS),下同).验证结果表明,总VFA浓度和SCOD浓度的相对误差均在3%以内,说明该模型能很好地优化微波-过氧化氢-碱预处理后污泥的水解酸化操作条件和预测总VFA浓度和SCOD浓度.在碳源组成方面,优化工艺条件下SCOD占TCOD(混合液总COD)的44.56%,总VFA、溶解性蛋白质、溶解性糖类分别占SCOD的66.42%、19.34%和6.89%,碳源以总VFA为主,其中,VFA以乙酸(35.11%)、异戊酸(20.14%)、正丁酸(19.94%)、丙酸(16.90%)为主.三维荧光光谱的分析结果表明,污泥上清液中以溶解性微生物产物类酪氨酸和类色氨酸为主.优化组的污泥上清液作为碳源时的反硝化速率(0.184g·g-1·d-1,以每g VSS每天反硝化的NO-3-N量(g)计,下同)远远高于未优化组(0.065 g·g-1·d-1),碳源可利用性介于甲醇和乙酸钠之间,碳源可利用性较好.     

缺氧酸化联合零价铁-过氧化氢改善污泥脱水性能的研究

为探讨缺氧酸化联合零价铁(ZVI)-过氧化氢(H_2O_2)调理对污泥脱水性能的影响,本文通过单因素试验,以污泥比阻(SRF)作为参考指标,系统考察了调理条件对污泥脱水性能的影响.同时,在试验的最佳调理条件下,分析了污泥各层胞外聚合物(EPS)有机物质量浓度及荧光光谱强度以阐明该联合作用机理.结果表明,当初始pH为2,ZVI投加量为280 mg·g~(-1)(以干污泥量(DS)计,下同),缺氧时间为4 h,H_2O_2投加量为30 mg·g~(-1)(以DS计,下同),类芬顿反应时间为10 min时,SRF降低了90.39%,处理效果较单独类芬顿处理提升了1倍.机理探究试验表明,在缺氧条件下,酸化处理可加速污泥的水解,溶解得到更多的二价铁离子,促使EPS结构发生改变;ZVI-H_2O_2调理可有效地氧化部分EPS,使得紧密结合胞外聚合物(TB-EPS)破解转化至松散结合胞外聚合物(LB-EPS)和上清液胞外聚合物(SB-EPS).EPS分析结果表明,蛋白质的减少能有效提高污泥脱水性能,腐殖酸和富里酸类有机物的产生能提高污泥疏水性能.此外,ZVI的再次利用效率高,重复利用仍能使SRF降低率达到82.04%.因此,缺氧酸化联合ZVI-H_2O_2处理能实现污泥的水解、氧化和絮凝过程,达到改善污泥脱水性能的目的.     

CFP(青色荧光蛋白)大肠杆菌用于表征好氧-厌氧反复耦合反应器细胞溶解特性的研究

构建了采用青色荧光蛋白(CFP)大肠杆菌快速示踪好氧-厌氧反复耦合(rCAA)反应器内溶胞特性的新方法.研究结果表明,rCAA反应器厌氧区域内的污泥上清液以及反应器后部好氧区域内的污泥上清液对大肠杆菌内CFP的释放具有明显的促进作用,说明这些区域的污泥上清液具有显著的溶菌作用.其中,厌氧区域污泥上清液对荧光细菌作用7h后的平均破碎率可以达到70%,且大肠杆菌胞内CFP的释放速度与初始荧光菌浓度以及污泥上清浓度有密切的关系.同时,研究结果进一步表明,厌氧区域污泥上清液具有的溶菌活性可能主要来自于污泥胞外的水解酶.     

EDTA对剩余污泥磷释放及MAP法磷回收影响

探究乙二胺四乙酸（EDTA）的添加对剩余污泥厌氧过程中磷释放及后续鸟粪石（MAP）法磷回收的影响.根据EDTA添加量对污泥上清液中总磷（TP）、蛋白质、多糖、DNA和SCOD的影响确定了最优释磷条件,采用响应曲面法（RSM）构建MAP磷回收的二次多项式模型并验证了模型的有效性.结果表明：EDTA添加量为5mmol/L,厌氧5d时预处理效果最佳.污泥SCOD破解度（DD）和TP、DNA、蛋白质及多糖均有显著相关,其中TP相关性最强,皮尔逊相关系数为0.866.MAP磷回收的最佳工艺参数是：pH=9.5,n（Mg）：n（P）=1.6,搅拌时间22min,此时磷回收率可达95.68%,形成晶体的主要成分为磷酸铵镁（MgNH₄PO₄·6H₂O）,纯度为79.19%.     

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.     

超声处理对剩余污泥的粒径和溶出物的影响

为了有效地发挥微型动物摄食对剩余污泥的减量作用,研究了超声声能密度和超声时间对剩余污泥的粒径和溶出物(蛋白质、多糖、DNA、COD及BOD)溶出的影响.在脉冲比2:1和超声时间10min的条件下,声能密度为0.2W·mL-1时出现一个污泥粒径变化的转折点,当小于转折点时污泥粒径随声能密度增加明显下降,而当大于转折点时污泥粒径几乎不受声能密度影响.在脉冲比2:1和声能密度0.8W·mL-1的条件下,超声时间5min是个转折点.上清液中溶出物的浓度随超声波声能密度或超声时间的增加而增加,各溶出物指标之间存在显著的相关关系.溶出物指标中蛋白质指标可以较好地反映出污泥破解状态.为了得到既能使污泥粒径变小到微型动物可摄食的程度又能使污泥中溶出物的溶出量最少的效果,建议声能密度或超声时间取上述转折点为限值.个数平均粒径(Dn)和重量平均粒径(Dw)分别反映了污泥的几何粒径变化和溶出物的溶出状况,因此,在超声破解污泥-微型动物摄食污泥的污泥减量工艺中可通过Dn和Dw的并用来决定剩余污泥超声处理的工艺参数.     

阴离子型聚丙烯酰胺相对分子质量和水解度对污泥脱水性能影响的研究

通过对污泥絮凝颗粒粒径分布、污泥比阻、泥饼含固率、上清液体积及其中核酸、蛋白质和总糖浓度的测定,研究了不同剂型和剂量阴离子型聚丙烯酰胺（PAM）对城市污泥沉降性能和脱水性能的影响及机制.结果表明,当PAM相对分子质量相同时,提高水解度能改善污泥的沉降和脱水性能;当PAM水解度相同时,提高相对分子质量亦可改善其沉降和脱水...     

好氧-沉淀-厌氧工艺剩余污泥减量性能和机理研究

探讨了污泥衰减、能量解偶联、低污泥产率厌氧反应对OSA工艺污泥减量作用的影响.结果表明,污泥衰减是由微生物死亡及吸附于污泥表面的颗粒有机物水解酸化和微生物内源代谢2部分组成.间歇试验污泥厌氧过程中,上清液SCOD、NH 4-N、TP浓度均随厌氧时间逐渐升高,OSA污泥厌氧16 h后溶解性蛋白质高达33.09 mg/L,上升幅度高于多糖浓度的变化,证实了污泥水解现象.OSA污泥内源SOUR可达8 mg/(g·h),是CAS污泥内源SOUR的1.7倍以上,说明OSA系统中较高的内源代谢促使污泥减量.污泥衰减是OSA工艺污泥减量的决定性原因,可占OSA污泥减量效果的66.7%左右.间歇实验证实了OSA系统由于厌氧一好氧耦合环境,存在能量解偶联现象,但由于这种作用引发的污泥减量仅占7.5%左右.OSA工艺污泥厌氧池释放的SCOD作为缺氧反硝化、厌氧释磷、硫酸盐还原及产甲烷的二次基质,由于这些厌氧反应污泥产率低于好氧代谢,使得系统污泥产率下降,约有23.5%的污泥减量是源于这种因素.OSA污泥减量是由多方面因素综合作用的结果.     

丝状真菌调理对柠檬酸污泥脱水性能的影响

利用实验室分离的丝状真菌Aspergillus niger SS5对柠檬酸污泥进行了污泥脱水前的生物调理.结果表明,菌液浓度和调理时间是影响污泥脱水性能的主要因素,调理后污泥的脱水性能、沉降性能均有明显改善,调理后的污泥负电荷减少,粒径显著增大,结合水含量比未投加菌液的空白对照降低了近40%.同时,真菌调理显著降低了上清液COD及污泥各EPS层的蛋白质和多糖含量,EPS中蛋白质的降解与污泥结合水含量、D₅₀和Zeta电位显著相关,是影响柠檬酸污泥脱水性能改善的重要因素,且有机物的降解并未导致污泥pH值的显著变化,这和柠檬酸污泥拥有较大的酸碱缓冲容量有关.采用20mL/g DS的Aspergillus niger SS5调理柠檬酸污泥,调理3d可使泥饼含水率降至71.98%,且调理过程无化学药剂加入,更有利于柠檬酸等食品发酵类工业污泥的后续资源化综合利用.     

高铁酸钾-微波耦合对印染污泥脱水性能的影响研究

分别采用微波、微波耦合高铁酸钾对印染污泥进行脱水预处理.结果表明,适宜的微波辐射可改善污泥脱水性能.2320、3240、4000 W·L-1对应的最适时间分别是140 s、100 s和80 s.在3240 W·L-1的微波下辐射100 s后,污泥的沉降速率(SV30)、污泥比阻(SRF)和粘度较原污泥分别减少4.00%、18.89%、35.05%.同时,高铁酸钾的加入能更好地提高污泥脱水性能,其最佳投加量为0.1767 g·g-1(以SS计,下同),对应的污泥SV30、毛细吸水时间(CST)、粘度相比原污泥分别降低了13.50%、51.18%、40.79%.泥饼含固率相比原污泥则增加14.58%.微波耦合高铁酸钾能有效破坏污泥絮体结构.随着高铁酸钾投量增加,上清液的蛋白质含量持续增加,多糖含量则先增加后减少.     

非离子型表面活性剂强化混合菌降解间二甲苯的性能研究

从焦化废水厂的活性污泥中筛选间二甲苯混合降解菌,并研究非离子型表面活性剂吐温80(C_(64)H_(124)O_(26))对混合菌降解间二甲苯的强化作用.研究结果表明:驯化后的间二甲苯混合降解菌以产黄杆菌属(Rhodanobacter sp.)为主,占比41.2%;仅存在吐温80作为单一碳源时,高浓度的吐温80对混合降解菌没有明显的抑制作用;吐温80与间二甲苯共存时,当吐温80浓度为2 CMC,反应72 h后间二甲苯的降解率达到最高,为76%;提前12 h(较混合降解菌)投加浓度为2 CMC的吐温80,最利于菌种的生长繁殖及间二甲苯的降解.     

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.      

生物裂解效应对污泥脱水减量的作用研究

从市政污水处理厂活性污泥中筛选培养出噬菌型细菌,并通过噬菌型细菌的富集与投加,探讨其对市政污泥生物裂解预处理的有效性及其所受环境影响因素与作用规律.研究结果显示,市政污泥中存在具有污泥裂解作用的广谱性噬菌型细菌,宿主菌的投加量可影响噬菌型细菌的富集浓度,但培养基营养物组成浓度对噬菌型细菌的生长增殖无明显影响.当筛选出的噬菌型细菌以10⁶ pfu/mL（污泥）与中性市政污泥在室温下共存培养24h即可有效裂解污泥细胞,污泥比阻与污泥体积较未投加任何菌剂的参照污泥降低了36%和15%.并可导致胞内营养物的释放,污泥液相中总氮与总磷浓度较参照污泥分别上升了245%和242%,溶解性COD与总COD比值（SCOD/TCOD）则提高了195%,但生物裂解作用效果并不与裂解时间始终保持正相关性,最佳污泥生物裂解时间为24h.