氧化锌纳米颗粒对污泥厌氧消化过程的影响研究

建立了污泥厌氧消化反应器,以氧化锌纳米颗粒(ZnO-NPs)为研究对象,研究了不同浓度ZnO-NPs(0,2,30,60,90,120,150mg/g-VSS)对污泥厌氧消化过程的影响,分析了可能存在的剂量-效应关系.低浓度(2mg/g-VSS)ZnO-NPs对污泥厌氧消化过程影响较小;较高浓度下,ZnO-NPs对污泥厌氧消化产气效率、有机物降解效率和污泥减量效果等具有显著影响,而对挥发酸产量及其组成无显著影响.ZnO-NPs暴露浓度为30,60,90,120mg/g-VSS时,平均日产气量直线下降,在120mg/g-VSS浓度后平均日产气量为对照组的10%左右.ZnO-NPs对有机物降解效和污泥减量存在明显抑制作用,且随着ZnO-NPs浓度的升高,SCOD去除率、TCOD去除率和R_(VSS/TSS)值降低.ZnO-NPs浓度升高到120mg/g-VSS时,SCOD去除率、TCOD去除率和R_(VSS/TSS)值分别减少到对照组的3%、36.5%和74%.此外,当ZnO-NPs暴露浓度从2mg/g-VSS升高到150mg/g-VSS时,污泥减量率从23%左右下降至4.8%左右.     

S-TE污泥溶解过程中主要固形物质的变化及动力学分析

筛选出一株能分泌胞外酶、促进污泥溶解的嗜热脂肪芽孢杆菌Bacillus stearothermophilus sp.AT06-2,将AT06-2培养液接种入不同浓度(TSS约为7、14和21 g·L-1)的剩余污泥,于60℃进行嗜热菌溶解试验,并与未接种试验进行对比.结果表明,接种后TSS和VSS溶解率都得到提高60h后接种试验VSS溶解率分别达到58.76%、50.17%和39.38%,而未接种试验VSS溶解率仅为34.00%、28.63%和25.22%.在固形物质溶解机理方面,VSS的溶解主要受酶催化效应和热水解效应的影响,TSS的溶解减量取决于VSS和FSS的组成比例.VSS溶解在初始阶段(t=3d)符合准一级反应动力学模型,接种后溶解速率常数Kd显著提高,分别从未接种的0.14 d-1,0.10 d-1、0.10 d-1相应提高到接种条件下的0.30 d-1、0.23 d-1和0.16 d-1.     

蚯蚓生物滤池处理剩余污泥的效果

以上海市某污水厂剩余污泥为研究对象,对未投加蚯蚓的生物滤池(CBF)和投加蚯蚓的生物滤池(EBF)处理城市剩余污泥的效果进行了比较. 结果表明, EBF 的悬浮固体浓度(SS)减量率、挥发性悬浮固体浓度(VSS)减量率分别可达49.5%~55.6%和60.0%~63.2%,比CBF 分别提高了14.4%~21.7%和22.3%~26.4%. EBF 的出泥VSS/SS,污泥的沉降性比(SVI), 污泥比阻(SRF)分别由原泥的64.8%, 103.4mL/g,5.19×1011m/kg 降至51.8%, 38.4mL/g, 2.00×1011m/kg,而CBF 的出泥VSS/SS、SVI、SRF 则分别为61.0%, 51.8mL/g, 4.12×1011m/kg. 通过蚯蚓－微生物协同作用可以显著提高剩余污泥的减量化和稳定化效果,还能较好地优化污泥的沉降性能、脱水性能.     

废水处理厂剩余污泥水热减量及改善脱水性能的研究

采用水热法处理含有机质较高的食品加工废水处理厂剩余污泥,以期实现污泥减量并改善污泥脱水性能。研究结果表明,水热反应温度和反应时间对污泥减量影响较大,污泥初始含水率对污泥减量影响较小。污泥减量的最佳反应条件为:反应温度为220℃,反应时间为3 h,污泥初始含水率为84%;在此条件下,通过物料衡算分析可知,污泥湿重减量达到72.9%,污泥干重减量达到31.2%,污泥VSS降解率达到35.5%,水热反应结束并抽滤脱水后污泥含水率降至59.4%,所得脱水滤液ρ(COD)可达38.2 g/L且含有一定氮磷浓度,经测算该脱水滤液回流到废水处理系统时对废水处理负荷无明显影响。水热处理对食品加工废水厂剩余污泥具有显著的减量及改善脱水性能的效能。     

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.     

城镇污水厂剩余污泥厌氧发酵产酸工程示范研究

鉴于污泥厌氧发酵产酸技术的生产规模性研究较少,为深入了解城镇剩余污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸（VFAs）工程的长期运行特征,基于0.3 t/d规模的生产线平台进行了为期240 d的稳定运行研究,考察了长期运行条件下的污泥预处理效果、产酸水平、VFAs回收和经济可行性.结果表明:污泥经热-混碱预处理后溶解性有机物浓度〔ρ（SCOD）,以溶解性COD计〕比原污泥提高了29倍,水解率达到56%.当ρ（TSS）（TSS为总悬浮固体）分别为30和70 g/L时,污泥预处理水解率分别为56%和59%;厌氧发酵产酸率〔以每g污泥有机物生产多少mg VFAs计,R_VFAs〕分别为277和256 mg/g;ρ（TVFAs）（TVFAs为总挥发性脂肪酸）最高可达9.1 g/L,其中乙酸占61.6%.采用聚合氯化铝（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）联合调理能够有效提高发酵污泥的脱水性能,与对照组相比,泥饼的含水率由84.8%降至64.0%,发酵液的回收率由33.7%升至75.7%.经济效益分析表明,设置处理规模为100 t/d时,运行成本为346.6元/t,收益为451.4元/t.研究显示,城镇污水厂剩余污泥厌氧发酵产酸生产线运行稳定,能够实现较好的有机物生物转化与资源化效果,经济可行,具有显著的应用前景.      

城市污水处理厂厌氧消化污泥调理脱水性能研究

通过在污水厂实地取样,首先用阳离子聚丙烯酰胺(cationic polyacrylamide,CPAM)调理储泥池混合污泥与消化污泥,比较2种污泥投药前后的毛细吸水时间(capillary suction time,CST),发现消化污泥的CST明显小于储泥池的污泥。然后,检测这2种污泥的调理过程中Zeta电位的变化,并研究了挥发性悬浮物(volatile suspended solids,VSS)、总悬浮固体(total suspended solid,TSS)蛋白质、多糖以及胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)总量对脱水效果的影响。结果表明投药后消化污泥脱水性能优于混合污泥,最佳投药量为4‰~4.5‰;污泥中VSS/TSS越高,污泥脱水效果越差;污泥中蛋白质含量是影响污泥脱水效果的重要因素之一,其含量低于26.5%时,污泥压滤后含水率随蛋白质含量升高而升高,但当蛋白质含量高于26.5%时,无明显变化规律。     

含固率对超声联合热碱预处理及厌氧消化的影响

含固率是影响污泥预处理效果的重要因素。对含固率为1.5%、5%、10%的污泥进行超声联合热碱预处理及厌氧消化,以探究含固率对污泥破解效果及产气量的影响,发现VSS的减少率和氨氮的增长率随污泥含固率的提高而减小。厌氧消化27d后,经预处理作用后污泥的含固率为1.5%、5%、10%,VSS浓度较原泥依次减少了64.5%、54.6%、20.1%,氨氮浓度较原泥依次增加了97.3%、47.5%、25.6%,厌氧消化产气量较原泥分别增加了32.0%、40.1%、18.9%,且产气量均在第20天之前便达到了原泥30 d的总产气量。综合考虑污泥体积、总减量效果以及产气量,采用含固率5%的污泥进行预处理以及后续的厌氧消化过程更合适。     

生物表面活性剂强化剩余污泥微生物燃料电池产电特性研究

以剩余污泥为接种液和基质,探讨了添加生物表面活性剂(鼠李糖脂/TSS,0.3 g·g-1)对单室剩余污泥微生物燃料电池(SSMFC)产电特性及剩余污泥减量化的影响.结果表明,在一个运行周期中,对照组的产电周期为20 d,最大功率密度为236.8 mW·m-2,库仑效率为5.7%,TCOD去除率为28.6%,TSS去除率为28.9%,VSS去除率为33.4%,而实验组产电周期达到35 d,库伦效率为11.8%,最大输出功率密度为516.7 mW·m-2,较对照组增加了118.2%,TCOD、TSS、VSS去除率分别为58.5%、56.7%和66.3%,较对照组分别提高了104.5%、96.2%和98.5%.随着系统的运行,对照组和实验组系统输出电压均是先稳定一段时间后逐渐降低,污泥中SCOD、蛋白质和溶解性糖浓度均呈先上升再下降趋势.采用向剩余污泥中投加鼠李糖脂的方法可以增强SSMFC的产电效率,同时能显著增强剩余污泥减量化效果.     

污泥臭氧原位减量工艺中抗生素的去除

建立了两套小试规模的序批式反应器,一套作为污泥臭氧原位减量系统,另一套作为控制系统.通过两系统的长期运行（90 d）考察了污泥臭氧原位减量工艺对9种典型抗生素（四环素、土霉素、强力霉素、诺氟沙星、氧氟沙星、环丙沙星、洛美沙星、恩诺沙星和阿奇霉素）的去除效果.结果表明,进水中目标抗生素的存在（9种抗生素各100 μg·L^-1）并未对活性污泥去除COD、总氮、氨氮和总磷的效果产生显著影响.污泥臭氧原位减量系统出水中目标抗生素浓度在运行期间保持相对稳定,且与控制系统接近;但污泥中目标抗生素浓度则显著低于控制系统.质量衡算表明目标抗生素在两系统内的输入和输出逐渐达到平衡,臭氧降解和剩余污泥排放分别为减量和控制系统中目标抗生素的主要去除途径.污泥臭氧处理单元可以降解减量系统入水中83%的目标抗生素,而控制系统入水中82%的目标抗生素则随剩余污泥排放.因此,污泥臭氧原位减量工艺可以明显削减活性污泥系统中抗生素的排放,具有重要的实际意义.     

污泥超声处理及其在好氧消化中的应用

污泥好氧消化工艺可以有效实现污泥的稳定和减量,为了进一步提高好氧消化的效率,促进有机质的降解,在对污泥超声处理性能研究的基础上,考察了不同超声辅助处理手段对污泥好氧消化的影响.结果表明,经1.0 W/mL超声处理10 min后,污泥上清液中溶解性COD增加了5.4倍,污泥总悬浮固体减少了16%;而经0.05 W/mL超声处理10 min后,污泥比耗氧速率可提高29%.用这2种超声预处理好氧消化的进泥时,污泥有机质降解率没有明显改变,但用1.0 W/mL超声处理好氧消化的回流污泥时,污泥有机质降解率提高了15%,而且消化污泥的沉降性能良好,上清液中有机质含量增加很少,因此,后者可以用于改善污泥好氧消化工艺.     

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.     

溴代阻燃剂对生物脱氮除磷的影响

为探究新兴污染物溴代阻燃剂（BFR）对生物脱氮除磷（BNPR）的影响,以实际废水为探究对象,建立厌氧/好氧/缺氧序批式反应器,中温环境下研究了不同浓度多溴联苯醚（PBDEs）对BNPR的影响。结果表明:PBDEs对BNPR的影响具有浓度依赖性,低浓度PBDEs对BNPR及污泥特征影响不明显,而ρ（PBDEs）>0.1 mg/L时可显著抑制BNPR。当PBDEs浓度为2.0 mg/L时,活性污泥系统稳定运行时化学需氧量（COD）、氨氮及正磷酸盐（OP）的去除率分别为73.2%~75.6%、85.2%和72.1%~73.6%,显著低于空白组。此外,PBDEs的存在可降低污泥内总悬浮固体和挥发性悬浮固体,提高污泥体积指数及胞外聚合物含量。典型周期研究发现PBDEs可抑制硝化、反硝化、厌氧释磷及好氧吸磷过程。     

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.     

碱辅助条件下的污泥微波热水解特性研究

向污泥中加入NaOH进行微波热水解实验.结果表明,每1 g污泥悬浮固体(SS)添加NaOH 0.1 g时,污泥中的挥发性悬浮固体(VSS)快速水解,170℃的VSS溶解率达到60%以上,热水解后污泥的有机物含量(VSS/SS)降低至25%.80、120、150和170℃热水解5 min的污泥液相COD浓度分别为9.8、12.8、15.1和14.5 g/L,相应SCOD/TCOD为24.0%、31.3%、36.9%和35.6%.随温度的升高和时间的延长热水解污泥pH越低,最低值10.5.在每1 g SS添加0~0.2g NaOH的范围内,当添加量0.05 g时,VSS和SS的溶解率增加幅度降低.分别对NaOH添加量0.05 g热水解5 min和添加量0.1 g热水解1 min的污泥进行BMP厌氧消化实验.结果表明,添加量为0.05 g时热水解污泥的厌氧消化性能提高,经150℃处理污泥的产气量最大,比未处理污泥高28.5%,而在添加量为0.1 g时,污泥的厌氧消化性能受到抑制,产气量低于未处理污泥.     

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%.     

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%.     

不同方式预处理污泥对微生物燃料电池的影响

为了探究不同预处理方式污泥对MFC（microbial fuel cell,微生物燃料电池）的影响,采用双室MFC反应器构型,以不同预处理方式的污泥作为MFC的底物基质,包括热处理污泥、废碱渣预处理污泥、未处理污泥,并设置静态试验组污泥（开路试验）,考察MFC的产电性能（电压、电功率密度）、pH、COD_Cr、总悬浮物（TSS）、挥发性悬浮物（VSS）、EPS（胞外聚合物）以及三维荧光等参数的变化规律.结果表明:①在所设外电阻条件下（1 000 Ω）,MFC的最大启动电压可达0.3 V;②废碱渣预处理污泥的最大功率密度可达70.1 mW/m2,热处理污泥的最大功率密度可达60.1 mW/m2,预处理后污泥的性能优于未处理污泥;③热处理污泥、废碱渣预处理污泥、未处理污泥以及静态试验组污泥的pH总体呈下降的趋势,废碱渣预处理污泥及热处理污泥总悬浮物和挥发性悬浮物的去除率均高于未处理污泥,且COD_Cr有类似的变化规律.在此基础上,进一步分析污泥EPS的组成成分以及三维荧光光谱图的特性发现,污泥EPS中蛋白质质量浓度最高,并且腐殖酸能够在一定程度上辅助胞外电子基团的转移,三维荧光光谱图也证实了不同预处理方式污泥随厌氧消化过程的变化规律.研究显示,将废碱渣预处理的污泥作为MFC的底物,不仅降低了资源能耗而且提高了MFC的产电性能,实现了综合绿色发展.