基于碳源回用目标的剩余污泥水解酸化产物调控研究

剩余污泥水解酸化产生的挥发性脂肪酸(VFAs)等有机物可作为补充碳源回用于低C/N比城市污水脱氮除磷系统中。然而,在污泥水解酸化过程中由于甲烷菌等微生物的作用而难以实现水解酸化产物的有效积累。同时,含有高浓度氮磷的污泥水解酸化液直接回用将进一步增加污水处理的氮磷负荷。本研究基于碳源回用目标,在热碱预处理的基础上,采用添加二溴乙烷磺酸钠(BES,2-Bromoethanesulfonic acid sodium)和Ca O2的方式对城市污水厂剩余污泥水解酸化过程的主要产物即溶解性有机物(SCOD)、VFAs及氮磷的溶出进行优化调控,旨在得到含有高浓度有机物、低浓度氮磷的污泥水解酸化液以回用于低C/N比城市污水脱氮除磷系统,提高出水水质,为剩余污泥的资源化利用提供理论依据。结果表明,污泥经Na OH预处理后,添加BES可有效提高水解酸化过程SCOD、VFAs的积累,其最高质量浓度分别达到6 169.8 mg·L~(-1)及1 335.0 mg·L~(-1),较对照组分别提高66.7%、192.5%,其中,VFAs中乙酸的质量分数达到66.0%。添加CaO_2的实验组酸化液中,NH4_+~-N和PO_4~3--P的溶出量显著降低,分别降至200.7 mg·L~(-1)、9.6 mg·L~(-1),较对照组分别减少了59.6%、65.7%。同时添加BES和CaO_2的组合体系在实现污泥水解酸化过程SCOD、VFAs累积的同时有效降低了氨氮和正磷酸盐的溶出,所获取的剩余污泥水解酸化产物可作为低C/N比城市污水脱氮除磷提标升级的优质碳源,实现了剩余污泥的资源化回用。     

低浓度Ce3+对厌氧颗粒污泥比产甲烷活性和胞外多聚物的影响

在间歇培养条件下,研究了低浓度Ce3 对启动驯化、稳定培养和酸化等不同状态对厌氧颗粒污泥比产甲烷活性的影响.结果表明,低浓度Ce3 可促进厌氧颗粒污泥的比产甲烷活性;0.05mg·l-1Ce3 对稳定培养中的厌氧颗粒污泥比产甲烷活性促进作用最大,提高了14.29%,对酸化污泥促进作用较弱,低于5%,对启动驯化和再启动污泥有所抑制,抑制程度分别为7.67%和1.64%;驯化培养过程有利于污泥对稀土的适应.Ce3 的加入降低了启动驯化、稳定培养、严重酸化和再启动污泥的胞外多糖含量,有利于颗粒污泥的稳定性.Ce3 使驯化、稳定培养和再启动状态污泥的胞外核酸含量降低,而酸化污泥的胞外核酸含量升高,可用细胞膜通透性的改变解释.     

pH值调控对秸秆两阶段厌氧发酵产沼气的影响

两阶段厌氧发酵产沼气是秸秆沼气化利用的重要方式之一。秸秆厌氧发酵过程包括水解产酸和产甲烷两个阶段,水解产酸是秸秆沼气化的限速步骤,也是目前的研究重点。pH值是影响物料水解产酸的重要因素,目前的研究多集中于酸性环境对物料水解产酸的影响,碱性环境对物料水解产酸的影响还未见研究报道。在实验室条件下,每天调节水解产酸反应器发酵液pH值至8.0(T1)、9.5(T2)和11.0(T3),CK在实验过程中不调节水解产酸反应器发酵液pH值,水解产酸反应器排出的水解酸化液直接用蠕动泵泵入产甲烷反应器内产甲烷,分析了发酵过程中水解产酸反应器日产气量、甲烷含量、水解酸化液pH值、COD浓度以及产甲烷反应器产气特性的变化。结果表明:在不调节水解产酸反应器水解酸化液pH值条件下,秸秆两阶段厌氧发酵可以正常进行,秸秆干物质(TS)产气量为281.28mL·g-1,平均甲烷含量为47.36%;T1水解产酸反应器内水解酸化液pH值稳定在7左右,系统累积产气量、总产甲烷量和平均甲烷含量分别较CK大幅增加了24.51%、29.39%和2.5个百分点;T2和T3水解产酸反应器产气明显受到抑制,水解酸化液后续产甲烷亦受到明显抑制,产甲烷反应器累积产气量分别仅为CK的89.97%和17.48%,总产气量仅为T1的67.67%和10.20%;维持水解产酸反应器至碱性条件促进了秸秆中半纤维素的溶出和木质素的破坏,但不利于纤维素的溶出,TS损失率的结果与产气的结果一致。综合以上结果,调节水解产酸反应器水解酸化液pH值至8.0对提高秸秆两阶段厌氧发酵产沼气有明显的促进作用。     

碱水解法提取剩余污泥蛋白质的条件优化

为充分提取污水污泥中的细胞蛋白,实现污泥的增值利用,以青岛市李村河污水处理厂剩余污泥为材料,采用碱水解法提取剩余污泥中的蛋白质。正交试验结果表明:水解温度和反应体系pH对蛋白质提取率的影响较大;获得的提取污泥蛋白的最优工艺条件是水解温度为70℃,水解时间为5 h,反应体系pH为12.5,固液比(样品质量g/加水体积mL)为1:4。在上述条件下,剩余污泥蛋白质提取率可达54.49%,水解后的剩余残渣经干燥后测定可知,其质量相对于原污泥样品(干重)质量削减率达到22.95%。     

超声联合热碱预处理促进剩余污泥中温厌氧消化研究

基于超声联合热碱破解污泥最佳工艺参数,对预处理污泥进行半连续式中温厌氧消化研究。结果表明,预处理污泥日产甲烷量是原泥的1. 94倍,达234 mL·d~(-1)。运用修正的冈珀兹模型进行累计甲烷产量动力学分析,发现预处理污泥和原泥累计产甲烷曲线与修正的冈珀兹模型拟合系数R2分别达0. 998和0. 993。预处理污泥的动力学参数如下:最大累计产气量达5 376. 4 mL,最大产甲烷速率达394. 8 mL·d~(-1),细菌产甲烷的延迟时间为2. 8 d。预处理污泥的甲烷转化率为82. 17%。从有机物浓度变化来看,厌氧消化期间预处理污泥溶解性化学需氧量、溶解性蛋白质和多糖浓度均远高于原泥,最大值分别是原泥的2. 09、3. 94和3. 95倍。预处理污泥在预处理阶段和厌氧消化阶段的总悬浮物和挥发性悬浮物去除率分别达54. 9%和61. 8%。超声联合热碱预处理不仅能促进污泥有机质破解,还能提高破解有机质的生物可利用性,极大改善污泥厌氧消化效率。     

剩余污泥强化混凝气浮预处理煤气化废水

为解决低浑浊度煤气化含油废水混凝气浮药剂投加量大、效率低的问题,本文开展混凝剂污泥共投加提高气浮工艺除污染能力的研究.研究表明,剩余污泥的投加明显改善了混凝沉淀对油类污染物的去除,在剩余污泥投加量从0增加到1200 mg·L~(-1)时,含油量去除率由28.1%提升至44.1%.聚合氯化铝(PAC)、聚丙烯酰胺(PAM)和剩余污泥的最适宜投加量分别为150、2、1200 mg·L~(-1).A/O工艺二沉池剩余污泥强化混凝气浮效果最佳,充分气浮反应后对含油量的去除率由46%提升至84%,且气浮池油水分离区微气泡的稳定性得到明显改善.     

水生植物压滤液厌氧发酵条件试验

以沉水植物伊乐藻(Elodeanuttalli)和微齿眼子菜(Potamogetonmaackianus)以及挺水植物喜旱莲子草(Al ternantheraphiloxeroides)的压滤液为发酵原料,在中温批量液态发酵条件下,研究厌氧污泥接种量和不同氮添加水平对产气能力的影响。结果表明:在发酵时间为10d,污泥接种量为200mL·L-1时,获得的产气量最大,为863.2mL,所产气体中甲烷含量为720～750mL·L-1,发酵液的CODCr最大去除率为90%。添加1g·kg-1尿素-氮可促进3种水生植物压滤液的发酵产气,使微齿眼子菜、伊乐藻和喜旱莲子草的压滤液发酵产气量分别提高2%,10%和30%,说明尿素-氮对喜旱莲子草压滤液发酵产气的促进最大。     

添加剂对污泥厌氧消化性能的影响

在间歇培养条件下,研究了还原型辅酶Ⅱ（NADPH）、乙酰辅酶A（Acetyl Co A）和对氨基苯甲酸（PABA）3种添加剂对污泥厌氧消化性能的影响.结果表明,3种微生物活性促进剂均能促进污泥厌氧消化产气.其中,NADPH的促进效果最为显著,消化第35 d,产甲烷量比对照组高15.90%.在污泥含固率为3%、未调初始pH（pH=6.7）和温度35℃的厌氧消化条件下,NADPH的最佳添加量为50 mg.L-1,消化第36 d,污泥累积产甲烷量127.13 mL.g-1VSS.在含固率3%、初始pH=8.5、温度55℃和NADPH添加量为50 mg.L-1的工艺条件下,污泥厌氧产气效果最佳,消化第30 d时累积产甲烷量达158.02 mL.g-1VSS.     

前置回流式反硝化-硝化组合反应器（UBF-BAF）处理高氨氮制药废水

针对常州市某生化制药公司高浓度氨氮制药废水SBR处理工艺,改用前置回流式UBF-BAF组合工艺进行了试验研究.结果表明,在厌氧生物膜的作用下,前置式UBF反应器内不仅依次发生了有机物分解的水解酸化和产甲烷的碳化反应,而且还同步发生了含氮化合物的反硝化和厌氧氨氧化反应,表现出COD、氨氮、亚硝酸盐氮和总氮浓度同步降低.B...     

两相厌氧发酵互花米草的特性

利用两相(固态水解酸化相+湿式发酵产甲烷相)发酵互花米草,通过尿素的添加来调整厌氧发酵互花米草的碳氮比,考察两相厌氧发酵互花米草的特性;并利用FTIR考察水解发酵前后互花米草结构的变化.研究结果表明,由于固态水解渗滤液对尿素的淋滤,产生高浓度的氨氮溶液,抑制了湿式发酵产甲烷反应器中的甲烷菌;通过53 d的两相发酵互花米草,单位挥发性固体(VS)累积产气量仅为98.6 mL.g-1(0℃),转化率是理论产气量的17.5%;游离性氨(FA)浓度超过55 mg.L-1,就会严重抑制高温甲烷菌;红外光谱分析表明,石灰堆沤预处理对互花米草结构改变较小;只有大幅度的强化预处理,才能显著提高互花米草发酵的产气量.     

水解酸化与序列间歇式活性污泥法(SBR)结合工艺处理餐饮废水

分别研究了SBR法,水解酸化预处理及工艺组合对餐饮油脂废水的处理效果,确定了最佳处理工艺.同时,实验考察了曝气时间、污泥沉降比、溶解氧等因素与处理效果的关系,从而确定最佳的反应条件.结果表明,在曝气时间为2 h、SV为30%、DO为3 mg.L-1的条件下,SBR工艺处理餐饮油脂废水中COD、动植物油脂的平均去除率分别达到91.2%、82.5%;经水解酸化预处理,出水COD、动植物油脂平均浓度分别为1062.90 mg.L-1、50.66 mg.L-1,去除率均值分别为36.9%、83.5%;经水解酸化+SBR组合工艺处理后,废水出水COD平均浓度为93.66 mg.L-1,去除率高达94.8%,出水动植物油脂浓度为4.9 mg.L-1,去除率为98.25%.     

低浓度溶解氧下猪粪固体有机物水解产酸研究

本文以猪粪为发酵原料,通过批式实验研究不同溶解氧(DO)浓度(0—0.26 mg.L-1)、发酵时间(3—12 d)和挥发性固体(VS)浓度(11.14—111.35 g.L-1)对猪粪固体水解酸化过程的影响,确定了低DO浓度下固体有机物优化水解产酸工艺条件:中温35℃,初始VS浓度37.11 g.L-1,初期的DO浓度0.1—0.26 mg.L-1.在此条件下,发酵时间3 d,DO浓度下降到0.10 mg.L-1以下.猪粪发酵液pH值由7.45±0.10降低到5.86±0.17,VS降解率(25.67±1.20)%,挥发性脂肪酸(VFA)中乙酸(3895±91)mg.L-1、丙酸(2313±82)mg.L-1、正丁酸(1361±17)mg.L-1、正戊酸(540±11)mg.L-1.优化条件下的猪粪水解酸化液进行厌氧产甲烷发酵,发酵10 d内产气停止,低溶解氧水解酸化和厌氧产甲烷发酵累计时间仅为13 d,甲烷体积分数(69.5±0.2)%,VS产气率为(0.282±0.011)L CH.4g-1VS.研究结果表明,适当延长发酵时间能够增加VFA中乙酸的含量,初始VS浓度差异对发酵液VFA浓度和VS降解率的影响较显著,低溶解氧能够促进猪粪固体有机物水解过程.     

水解酸化预处理光学工业生产废水的效果研究

以水解酸化为预处理手段,利用自主设计的水解酸化柱为处理设备,处理光学工业生产废水。通过分析光学工业生产废水的水质了解到：该废水BOD5/CODCr〉0.3,可以采用生物的方法处理废水,但是考虑到BOD5/CODCr值较低,而该废水中又含有大量的高分子有机物,直接利用好氧生物降解的方法效果不明显,为提高其生物降解性能,使用水解酸化为前处理手段。通过近一个月的启动试验,水解酸化反应器出水稳定,CODCr去除率达到45%左右。以废水中CODCr去除率和酸化率为分析指标,确定水解酸化反应体系的最佳适用条件,试验结果表明：pH值为6.5～7.5,水力停留时间为8～10h时,废水CODCr去除率和酸化率较高。设定pH值为7、水力停留时间为8h的试验条件,比较进、出水BOD5/CODCr的试验结果变化可知：经水解酸化预处理后,该废水的可生化性提高了近一倍左右,水解酸化预处理效果明显,该预处理方法改善了光学工业生产废水的可生化降解性能。     

微量金属对硫酸盐有机废水厌氧处理颗粒污泥活性的影响

采用厌氧反应装置,接种取自UASB反应器的硫酸盐有机废水厌氧处理颗粒污泥,以人工配制的含硫酸盐有机废水(蔗糖提供有机物)为原水,分别添加不同质量浓度的微量金属(Fe2+、Co2+、Ni2+),通过间歇试验,研究了不同质量浓度的微量金属(Fe2+、Co2+、Ni2+)条件下,厌氧反应装置中COD和硫酸盐的去除率及产甲烷情况。试验结果表明,在Fe2+质量浓度0~12 mg·L-1、Co2+质量浓度0~0.5 mg·L-1、Ni2+质量浓度0~0.6 mg·L-1范围内,厌氧颗粒污泥的COD去除率和产甲烷速率分别随Fe2+、Co2+、Ni2+浓度的增加而增高。在Fe2+质量浓度0~12 mg·L-1范围内,厌氧颗粒污泥对SO42-去除率随Fe2+浓度的增加略有增高,但在Co2+质量浓度0~0.5 mg·L-1、Ni2+质量浓度0~2.0 mg·L-1范围内,厌氧颗粒污泥的SO42-去除率分别随Co2+和Ni2+浓度的增加而降低。因此,在一定浓度范围内,Fe2+的投加能同时激活MPB和SRB,Co2+和Ni2+的投加能激活MPB但对SRB活性产生抑制作用,为硫酸盐有机废水厌氧处理提供一定的理论指导。     

污水/城市污泥中抗生素对厌氧消化的影响研究进展

污水处理厂的现有工艺主要针对化学需氧量(COD)和氮/磷的处理,忽视了对抗生素的去除,导致污水厂出水及污泥中抗生素含量较高.厌氧消化是污水及城市污泥资源化的常用手段,但容易受残留抗生素的影响.从抗生素的残留情况、抗生素对生物气/甲烷产量及挥发性脂肪酸代谢过程的影响、抗生素对微生物群落结构的影响以及去除抗生素抑制的方法4个方面,综述污水/城市污泥中抗生素对厌氧消化体系影响的研究进展.研究表明,大多数抗生素会抑制生物气/甲烷产量并造成挥发性脂肪酸累积;水解酸化菌大多对抗生素不敏感,但互营有机酸氧化菌的活性容易受抗生素抑制;与氢营养型产甲烷菌相比,乙酸营养型产甲烷菌更容易受抗生素影响;预处理(热水解、臭氧氧化、碱处理)及添加外源介质(零价铁、活性炭等)等手段可以在一定程度上缓解抗生素对厌氧消化的抑制作用.未来应在属/种水平上深入探讨单一及联合抗生素对微生物群落结构的影响,并进一步开发削减抗生素和抗生素抗性基因的厌氧消化工艺,以加速实现污水/城市污泥的资源化进程并降低抗性传播风险.(表5参77)     

好氧颗粒污泥耐受高碳氮负荷过程中的群体感应

为了探究好氧颗粒污泥耐受高负荷碳氮的生物学机制,对比分析了不同负荷条件下好氧颗粒对污染物的去除、形体结构和群体感应现象.结果表明,好氧颗粒污泥具有同时耐受高碳氮负荷的能力,当进水COD负荷为12.9 kg m-3 d-1时去除率为90%以上,NH4+-N负荷为0.455 kg m-3 d-1时去除率在80%以上.随着负荷的提高,颗粒的粒径不断减小,这可能增强颗粒的传质传氧作用.在进水负荷COD 8.9-10.9 kg m-3 d-1、NH4+-N 0.355-0.455 kg m-3 d-1时,AI-2活性较强,微生物之间相互交流比较活跃,并且保持较好的COD和NH4+-N去除效果.好氧颗粒污泥内部的AI-2活性高于出水溶液.研究表明,群体感应可能在好氧颗粒污泥同时耐受高碳氮负荷中发挥着重要的作用.     

脉冲电化学氧化处理低浓度氨氮废水

大量未经处理的氨氮废水肆意排放,严重破坏生态环境和危害人类身体健康.本文设计了连续流循环装置,并采用脉冲电流替代直流电流处理低浓度氨氮废水,考察了脉冲电化学氧化法处理低浓度氨氮废水的优化工艺条件,研究了脉冲电流对氯离子添加量、能耗的影响.最佳工艺条件为:初始氨氮浓度为60 mg·L~(-1),氯离子浓度为120 mg·L~(-1),电流密度为70 m A·cm~(-2),初始pH值为9,溶液初始温度为20℃,脉冲频率为5000 Hz,占空比为50%.电解240 min后废水中氨氮的去除率达85.01%.结果表明,每处理1 t氨氮,脉冲电化学氧化法的氯离子添加量为2.35 t,直流电化学氧化法的氯离子添加量为2.73 t,脉冲比直流电化学氧化氨氮的能耗节约26.20%.采用脉冲电化学氧化法处理低浓度氨氮废水,可减少氯离子添加量,降低能耗,为电化学氧化法处理废水提供了新思路.     

污泥施用对林地土壤基本性质及酶活性的影响

以无锡卢村污水处理厂厌氧消化的脱水污泥为有机肥源,采用土培盆栽试验的方法,研究了不同用量污泥施用后土壤基本性质的变化及对土壤酶活性的影响。试验设计5种处理,污泥施用量和占土质量的比例分别为0（不施污泥的对照处理,CK）,30（3%）,60（6%）,120（12%）和240（24%）g·kg^-1。结果表明,污泥使用提高了土壤中养分元素和有机质的含量;黄棕壤中过氧化氢酶的活性平均比潮土中的高5.2%,随污泥用量的增加潮土中过氧化氢酶活性提高,而黄棕壤中的无明显变化;与对照相比,土壤脲酶活性在两种土壤上分别增加55.6%～122%（黄棕壤）和46.2%～67.5%（潮土）,且与土壤全氮、全磷、水解氮、速效磷和有机质（黄棕壤）和土壤全氮、水解氮和有机质（潮土）呈正相关;结果还显示污泥使用增加了土壤蔗糖酶活性,但不同污泥用量之间无明显差异。     

响应面法优化污泥炭催化湿式过氧化氢氧化降解间甲酚模拟废水

以污水处理厂剩余污泥为原料制备硝酸改性活性炭,用于催化湿式过氧化氢氧化(CWPO)处理间甲酚模拟废水,以实现剩余污泥的资源化利用.使用物理吸附、程序升温脱附(TPD)、X射线荧光光谱(XRF)等表征方法对污泥炭的物理化学性质进行测定.而后采用响应面法(RSM)优化污泥炭CWPO降解间甲酚的反应条件,选取反应温度、反应时间、初始pH值、过氧化氢(H_2O_2)投加量及催化剂投加量为影响因子,总有机碳(TOC)去除率为响应值,应用中心组合设计(CCD)建立响应值与各影响因子之间关系的二次多项式数学模型,采用后退回归法进行模型精简,并通过方差分析对模型进行可信程度检验.优化结果表明,在反应温度为60℃,反应时间为120 min,初始pH=3.00,H_2O_2投加量为2.03 g·L~(-1),催化剂投加量为0.78 g·L~(-1)的条件下,可达到最佳效果,此时预测模型的TOC去除率为44.6%,间甲酚转化率为100%.通过模型验证实验得到的TOC去除率为46.6%,仅与理论值相差2.0%,在95%的置信区间内,说明该模型具有可靠性.最后采用GC-MS对污泥炭CWPO降解间甲酚中间产物进行分析.     

MBR中胞外聚合物累积对污泥性质的影响

以一体式膜生物反应器(MBR)处理模拟生活污水为研究体系,探讨累积胞外聚合物(EPS)的组成、含量及其分布对污泥特性的影响.结果表明,EPS经历一个低谷后,在35 d时出现明显累积,污泥比基质降解速率和污泥体积指数(SVI)也出现相应变化.体系中EPS总量及污泥中蛋白质与多糖比值的增加有利于污泥活性及其沉降性能的改善,EPS累积期大部分EPS存在于污泥中,从另一个角度证实了EPS与污泥活性及其降解性能之间的相关关系.