超磁分离污泥与剩余污泥协同水解酸化

以超磁分离污泥作为研究对象,用2种不同的剩余污泥作为接种污泥,维持温度在30℃,探究了剩余污泥对超磁分离污泥厌氧水解酸化产物及产率的影响。结果表明:随着剩余污泥接种量的增加,混合污泥SCOD的析出量也逐渐增加;接种剩余污泥量的增加促进了混合污泥VFAs的生成;各种污泥产VFAs中,乙酸均具有明显优势,并会促进丙酸的累积;混合污泥较之于超磁分离和剩余污泥具有快速、高效的产酸优势,且随着剩余污泥接种量的增加,加快了水解酸化的速率并且加深了酸化的程度,但会延长其达到最大值的时间。污泥产酸发酵获得内碳源的同时,还存在着N元素的释放,且随着剩余污泥接种量的增加,这种伴随现象更明显。对比2种剩余污泥(W1、W2)发现,W1作为接种污泥时,并没有明显的P元素的释放;当W2作为接种污泥时,伴随着比较明显的P元素的释放。综合考虑剩余污泥对于超磁分离污泥水解酸化效果的影响发现,当剩余污泥接种量W1为12.2%,W2为13.6%时,既可以为系统提供更多的SCOD,又可以避免过高的氮负荷。     

污泥性质对污泥水解酸化效果的影响

采用3组构造一致的完全混合流态水解酸化反应器,分别以同等浓度的絮凝污泥、初沉污泥和剩余污泥作为底物污泥,在温度35℃,初始p H=10的反应条件下,研究污泥性质的差异对污泥水解酸化产物及产率的影响。实验结果表明:与初沉污泥、剩余污泥相比,絮凝污泥更易水解产酸发酵,至第9天水解产SCOD达到最大值2 713.2 mg/L,第7天酸化产VFAs达到峰值1 392.7 mg/L。3种污泥酸化产VFAs的主要组分均为乙酸和丙酸,但絮凝污泥VFAs组分中乙酸、丙酸这种优势更加明显,其所占比例分别高达48.9%和27.2%。此外,3种污泥水解酸化产碳源的同时均伴随着氮、磷元素的释放,整体而言,絮凝污泥产酸发酵中氮、磷元素的释放量及释放率均较低。     

回流比对剩余污泥厌氧发酵产酸的影响

挥发性脂肪酸(VFAs)是强化生物除磷过程中易于利用的碳源。在影响剩余污泥厌氧发酵的因素中,回流搅拌是影响因素之一。因此,确定最适SRT为10 d后,通过采用控制回流比的方法,研究了剩余污泥在不同回流比条件下厌氧发酵的情况。结果表明:回流比的增大能够促进污泥水解过程中SCOD和STOC的溶出;回流比为300%时VFAs浓度最高,可以达到284.64 mg·L~(-1),约为不回流情况下(146.82 mg·L~(-1))的2倍;回流比为300%时产酸率也要大于不回流搅拌和回流比为500%的情况,最高可达到0.58 g·g-1(以VS计),在VFAs中以乙酸和丙酸的含量占主导。     

不同类型污泥中非溶解性有机物水解产酸特性研究

分别以化学生物絮凝污泥(以下简称絮凝污泥)、初沉污泥和剩余污泥3种污泥为基质,对比研究了不同类型污泥中的非溶解性有机物的水解产酸特性,并进一步考察了水解酸化产物挥发性脂肪酸(VFAs)的产量和组成。结果表明,与初沉污泥和剩余污泥相比,絮凝污泥的水解酸化性能最优,稳定运行期间,絮凝污泥单位质量挥发性悬浮固体(VSS)的VFAs产量为(410.3±26.8)mg/g,分别为初沉污泥和剩余污泥的1.2、1.9倍。此外,絮凝污泥水解酸化产生的VFAs结构最优,乙酸占VFAs的比例高达64.3%(质量分数),絮凝污泥水解产酸发酵液中C/N、C/P均远高于典型城镇污水处理厂生化处理系统进水需求,可以作为后续生物脱氮除磷过程的优质补充碳源。     

初沉污泥球磨破解后水解酸化研究

采用球磨机对污水处理厂初沉池的污泥进行球磨破解以控制初沉污泥粒径,然后在不同条件下(污泥粒径、系统pH、污泥投配率)考察初沉污泥的水解酸化效果(以溶解性COD(SCOD)变化显示),以确定初沉污泥水解酸化的最佳条件。结果表明,初沉污泥的最佳水解酸化条件为:污泥粒径25μm、系统pH 11、污泥投配率10%、水解酸化时间5d,此时反应后系统SCOD为8 256mg/L,污泥水解转化效率为32.0%。通过球磨破解、水解酸化的方式回收初沉污泥中的碳源具有一定的可行性和较好的开发利用前景。采用球磨机作为污水处理厂初沉污泥预处理的装置,与其他方法如超声波法、热处理法等相比较,具有适应力强、操作可靠、运行简单等优点。     

微气泡臭氧强化污泥碳源的释放过程

臭氧处理污泥后释放的碳物质可作为低碳市政污水生物处理的重要碳源补充。为突破传统臭氧处理效率低等问题,研究采用微气泡臭氧技术以强化污泥碳源释放效果。结果表明,在臭氧投加量为200 mg O_3·(g SS)~(-1)时,污泥SCOD增长了1 964 mg·L~(-1),为传统臭氧处理的2.1倍,DDCOD由18.1%上升至41.5%,污泥碳源释放效果显著提高。同时确定了微气泡臭氧处理在臭氧浓度为100.0 mg·L~(-1),污泥浓度为5 g·L~(-1),污泥初始p H为9的条件下,污泥碳源矿化损失较小且污泥碳源释放效果较好,在臭氧投加量为160 mg O_3·(gSS)~(-1)时污泥SCOD增长了1 923 mg·L~(-1),DDCOD达到41.2%。与传统臭氧处理相比,微气泡臭氧处理能提高臭氧传质效率与间接反应强度,更有利于污泥碳源的释放。     

温度和污泥浓度对碱性条件下剩余污泥水解酸化的影响

挥发性脂肪酸(VFAs)是脱氮除磷过程中易于利用的碳源。剩余污泥在碱性条件下发酵能产生大量的VFAs,而温度和污泥浓度是影响剩余污泥发酵的两个重要因素,为此考察了厌氧环境,温度15℃和35℃,pH为10的条件下,剩余污泥挥发性悬浮污泥浓度(VSS为1.708～11.049 g/L)对水解酸化的影响,为实现剩余污泥的资源化提供理论依据。研究得出如下结论:污泥浓度对剩余污泥溶解性化学需氧量(SCOD)溶出率影响不大。低污泥浓度和高污泥浓度均不利于剩余污泥产酸,最佳产酸的污泥浓度为8.540 g/L。各污泥浓度条件下产生的6种挥发性有机酸中乙酸的比例总是最大,且低污泥浓度条件下乙酸的百分含量要高于高污泥浓度条件下。温度对高污泥浓度条件下污泥的最大SCOD溶出量影响较大,而对低污泥浓度条件下污泥最大的产酸量影响较大。无论15℃还是35℃,中等污泥浓度对氨氮的释放量影响不大,35℃条件下污泥浓度对正磷酸盐的释放要比15℃条件下大。     

超声破解与发酵温度对剩余污泥产酸与组成的影响

利用超声波对剩余污泥进行破解预处理,可以提高水解酸化产酸量与产酸速率,发酵温度是另一个影响水解酸化过程的因素。研究了弱超声(0.48 k W·L~(-1),5 min)、强超声(0.96 k W·L~(-1),15 min)预处理以及发酵温度(25、37和55℃)对水解酸化产酸量与产酸速率影响,并分析了挥发性脂肪酸(VFA)各组分浓度。研究表明,中温下进行水解酸化,超声预处理后产酸量较未处理时有明显增加。各发酵温度下,弱超声(0.48 k W·L~(-1),5 min)预处理与未处理相比,产酸速率相差不大,高温下进行水解酸化,各组VFA产量、产酸速率均较常温与中温条件下水解酸化有显著增加。此时,超声波预处理的作用不再明显,发酵温度成为影响VFA产量与产酸速率的主要因素。发酵过程中产生的VFA以乙酸为主。中温条件下各组乙酸百分含量均高于常温和高温条件。并且强超声破解会促进常温和中温酸化过程中2个C以上的有机酸产生,对高温条件该规律不再适用。     

剩余污泥水解酸化液磷去除的影响因素研究

城市污水厂剩余污泥水解酸化后可产生高浓度挥发性有机酸(VFAs),其中的乙酸和丙酸是增强生物除磷(EBPR)工艺的有利基质.但水解酸化液中含有大量的磷,如不进行处理就作为碳源回用到污水处理工艺中,势必增加除磷负荷.利用鸟粪石沉淀法可以去除污水中的磷.对城市污水厂剩余污泥水解酸化液形成鸟粪石的影响因素进行了试验研究.结果表明,在最佳工艺条件下,正磷和总磷的去除率分别可达92.5%和83.8%.     

臭氧预处理促进剩余污泥的水解酸化

以某城市污水处理厂剩余污泥为研究对象,探讨臭氧预处理对剩余污泥破解效果以及对后续水解酸化有机物释放的影响。实验结果表明,随着臭氧投加量的增大,污泥溶胞率增加,有机质释放到污泥液相中,SCOD、蛋白质和多糖含量都大幅增加。臭氧预处理有利于污泥水解酸化过程,臭氧投加量越大,SCOD和蛋白质释放越多;随着水解酸化过程的进行,SCOD和蛋白质的含量逐渐趋于稳定,VFAs的浓度增大,臭氧投加量150 mg/g SS污泥产生的VFAs浓度是对照组的1.82倍。     

剩余污泥超声预处理后水解酸化特性

为探讨剩余污泥超声预处理后的水解酸化特性,考察了0.6 W/mL、5 min和1 W/mL、5 min 2种超声预处理条件下污泥水解酸化过程有机质、氮、磷的释放情况。实验结果表明,2种超声预处理均可促进污泥水解酸化,并且0.6 W/mL比1 W/mL的超声预处理更有利于SCOD的释放、VFAs的产生以及氮和磷的释放;水解酸化初期,超声预处理比未经超声预处理的污泥在有机质、氮、磷释放率上差异非常明显,随着水解酸化的进行,有机质和氮释放率差异仍很明显,而磷释放程度逐渐接近;经0.6 W/mL超声预处理,污泥水解酸化3 d后,SCOD释放率、VFAs浓度、TN释放率和NH4+-N释放率分别是未经处理污泥的1.85、2.63、1.85和1.41倍,而TP和PO43--P释放率较未经处理污泥仅分别多2.44和1.23个百分点。研究表明,控制适宜的声能密度、超声时间和水解酸化进程是超声预处理强化剩余污泥水解酸化效果的关键。     

以剩余污泥水解酸化液为外加碳源的污水生物脱氮

为解决低碳氮比污水生物脱氮过程反硝化碳源不足的问题,利用剩余污泥水解酸化液为外加碳源,通过具有曝气段与非曝气段的一体化曝气生物滤池（BAF）,研究低碳氮比污水生物脱氮的性能与工艺条件。实验结果表明,预处理后的水解酸化液VFAs为3134．9～5251．4mg／L、ThODVFAs／COD为59．87％～91．85％,适合作为生物脱氮的外加碳源;水解酸化液的投配量、进水TN浓度对系统生物脱氮效果的影响较大,气水比、曝气段与非曝气段比例对系统的硝化和反硝化性能有重要的影响;在温度为25±1℃,水解酸化液COD平均为7555．1mg／L,进水TN、NH4-N和COD分别平均为43．88mg／L、39．04mg／L和56．8mg／L,碳源与污水投配的流量比为1：75的条件下,当BAF水力停留时间（HRT）为8h、曝气段与非曝气段比例为3：3、气水比为10：1、回流比为2：1时,NH4-N和TN的去除率分别超过98％和75％,出水COD平均为28．6mg／L。研究指出,剩余污泥水解酸化液经过预处理后可用作低碳氮比污水生物脱氮的外加碳源,有效地提高了反硝化效果,并不会造成二次污染,同时又可以实现剩余污泥的减量化和资源化。     

活性污泥吸附联合发酵产酸资源化回收污水碳源

利用活性污泥源头吸附回收污水中的有机碳源,然后进行厌氧发酵产酸,可以改变污水碳源在传统工艺中的迁移与转化途径。研究结果表明,本工艺大大提高了有机碳源的利用率,降低了后续水解释碳成本。在30 min内,活性污泥对污水COD、氨氮和总磷的吸附去除率分别达到69%、57%和58.2%。热碱水解(t=90℃,p H=11)能够实现吸附碳源污泥(富碳污泥)中有机物的快速释放,水解污泥上清液中COD、溶解性蛋白质和溶解性多糖含量分别达到8 173.8、1 508.8和1 936.0 mg·L~(-1)。将获得的有机物进行厌氧发酵产酸,挥发性有机酸总量达到6 025.4 mg·L~(-1),与普通活性污泥相比,提高了27.7%;但是有机酸的组成和发酵所需时间变化不大。本研究结果为污水处理厂节能降耗以及污泥资源化处理处置提供参考。     

超声处理与碱性调节的组合强化低挥发分城市污泥水解酸化

为提高低挥发分城市污泥水解酸化的效率,采用超声处理与碱性调节组合的手段强化水解酸化过程,探讨组合的方式、条件及其作用效果。通过先进行碱性调节再超声处理与先超声处理再进行碱性调节2种组合方式下的6种组合条件,分析水解酸化过程SCOD、VFAs、氮、磷的变化情况。实验结果表明,2种组合方式的各条件均可促进污泥水解酸化;超声处理后即调pH为9.5的组合条件较其他组合条件更有利于有机质的转化和VFAs的产生,SCOD的转化率达到20.46%,VSS可降低约40%,在5 d水解酸化过程中污泥水解酸化液HAc/VFAs均高于50%,VFAs最高达1 072.51 mg/L;而各组合条件对水解酸化过程中氮磷的释放影响不大。研究指出,超声处理后即进行碱性调节的组合条件能显著强化低挥发分城市污泥的水解酸化效果。     

利用皂角粉促进污泥水解酸化

针对目前投加常用表面活性剂促进污泥水解酸化的方法存在二次污染与负面效应等问题,提出利用皂角粉促进污泥水解酸化的新方法,考察皂角粉投加量对促进污泥水解酸化效果的影响,分析发酵过程皂角粉与污泥混合体系VSS的变化情况。实验结果表明,投加皂角粉可有效地促进污泥水解酸化,水解酸化液中SCOD、DOC和Th ODVFAs浓度均随皂角粉投加量增大而增大,皂角粉投加量/体系中污泥VSS质量为0.20 g·g~(-1)的条件下,污泥水解酸化5 d时,三者分别达到最高值3 724.7、1 485.3和2 044.7 mg·L~(-1),分别约为不加皂角粉对照组的3倍、4倍和10倍;控制相同的初始体系VSS,改变不同体系中皂角粉占体系VSS的比例,发酵过程中不同体系的Th ODVFAs含量相近。消耗相同的体系VSS时,VFAs生成量随体系中皂角粉所占比例的增大而减小,皂角粉作为表面活性剂的作用要远高于作为代谢基质的作用。研究表明,皂角粉是一种经济的环境友好的可用于促进污泥水解酸化的天然表面活性剂。     

剩余污泥在微氧条件下利用VFAs合成PHAs的工况优化

针对2种脱氮除磷工艺的剩余污泥,在微氧条件下,以花生渣厌氧发酵产生的VFAs为碳源,控制反应时间为5 h,DO≤0.2 mg·L~(-1),COD为650～750 mg.L~(-1),对比2种不同工艺的剩余污泥合成聚羟基脂肪酸酯(PHAs)的量,并探究了增设前置曝气对微氧条件下剩余污泥合成PHAs的影响。结果表明,在微氧条件下,连续流中同步亚硝化反硝化脱氮除磷系统二沉池的剩余污泥(R1)和采用A~2O工艺的实际水厂的剩余污泥(R2)合成PHAs最高量分别为108.6 mg·g~(-1)和58.58 mg·g~(-1),R1比R2更具有合成PHAs的能力;在增设前置曝气实验中,曝气时间的延长和曝气量的增大均可促进PHAs的合成;当曝气气量为50 L·h~(-1)时,曝气20 min后,R1合成的PHAs最高为172.5 mg·g~(-1)。氧化还原电位(Eh)是微氧条件下PHAs合成过程中的重要指示参数,当Eh值为最低时,PHAs合成量最多。以上结果可为脱氮除磷工艺剩余污泥利用廉价碳源合成PHAs提供参考。     

电刺激对餐厨垃圾-污泥共厌氧发酵产挥发性脂肪酸的影响

以小型生物电化学反应器为发酵装置,考察外加电刺激对餐厨垃圾-污泥共厌氧发酵过程中挥发性脂肪酸(volatile fatty acids,VFA)产量的影响。实验结果表明,餐厨垃圾协同污泥厌氧发酵,有利于体系中蛋白质和糖类的溶解消耗,提高VFA的产量。0.5 V微电刺激可增强厌氧体系中微生物的活性,有利于VFA的产出。第144和192小时,外加0.5V的实验组VFA浓度分别为24 342 mg·L~(-1)和21 291 mg·L~(-1),高于其他实验组,较空白分别提高了30.8%和4.1%;其组成主要是乙酸、丙酸和戊酸。发酵进行第24 h和96 h时,0.5 V微电刺激厌氧发酵体系中溶解性糖类和溶解性蛋白质分别为722.4 mg·L~(-1)和1.49 g·L~(-1),且有机物水解酸化过程中,厌氧体系内糖类先于蛋白质被消耗。     

超声破解对剩余污泥内含营养物及粒径的影响

利用超声技术破解剩余污泥,不仅能有效降低污泥含水率,提高污泥稳定性,还能在上清液中释放C、N和P等有机物,为污泥资源化利用提供条件。通过考察超声时间、功率及频率等因素,分析超声空化对污泥稳定化程度和污泥内含营养物质释放的影响规律,形成超声破解污泥的最优实验方案。综合考虑超声效果与节能,选择超声频率22 k Hz,超声功率800 W,超声时间15 min为优化的工艺条件,其上清液中的COD浓度高达954.33 mg·L~(-1),总氮含量为153.16 mg·L~(-1),总磷含量为72.65 mg·L~(-1),污泥颗粒粒径显著减小,d50从原泥的34.82μm减小至2.99μm,并形成少量纳米级颗粒,探讨了纳米颗粒对污泥活性的影响,有利于后续污泥稳定化和减量化。     

碱预处理污泥产酸效果及其生物群落研究

为了提高污泥水解酸化过程中的挥发酸产量,获取污水脱氮除磷所需的内碳源,以深圳市罗芳污水厂的二沉池污泥为研究对象,采用不同的碱量对其进行预处理。通过测定碱预处理污泥水解酸化过程中的挥发酸浓度,并采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(polymerase chain reaction denature gradient gel electrophoresis,PCR-DGGE)技术对参与碱预处理污泥水解酸化产酸过程的主要微生物种群进行分析,结果表明,当碱投加量为0.20 g NaOH/g VSS时,初始溶出的蛋白浓度为1 780 mg/L;水解酸化15 d时,挥发酸总量达到3 473 mg/L;参与产酸的主要细菌属于Firmicutes、Proteobacteria、Bacteroidetes三个门类。     

木屑-硫磺填充床反硝化生物滤池强化硝酸盐去除

针对污水处理厂二级出水深度脱氮的需求,设计了以木屑与硫磺颗粒为填料(质量比1:1)的反硝化生物滤池,对碳氮比失衡的污水处理厂二级出水进行深度脱氮处理。结果表明,木屑释放碳源速率在10 d之后趋于稳定,COD中(40.6±10.0)%是反硝化菌可直接利用的VFA。反硝化生物滤池运行的最佳HRT为10 h,在此条件下,进水硝酸盐(以N计)浓度为30 mg·L~(-1)时,出水硝酸盐浓度最低为11.5 mg·L~(-1),亚硝酸盐(以N计)浓度最低为1.4 mg·L~(-1),反硝化生物滤池内未发生硝酸盐异化还原(DNRA)作用,出水无氨氮积累。出水SO42-浓度最高为73.8 mg·L~(-1)。反硝化生物滤池运行稳定后,出水中COD未超过30 mg·L~(-1),木屑释放的碳源与异养反硝化过程消耗的碳源持平,经反硝化生物滤池深度处理的出水中无过量残留有机物。出水pH稳定在6.9～7.4范围内,反硝化生物滤池无需外加碱类物质。