高含固厌氧消化污泥流变特性

采用完全混合式反应器R1、R2和R3(搅拌频率分别设为不搅拌、每10 min转动5 min和每10 min转动8min),在序批式运行的状态下,考察了不同搅拌频率对高含固厌氧消化过程中污泥流变特性的影响,探究了污泥表观黏度降低的主要原因以及污泥流变特性与各项物化指标的关系。结果表明,各个反应器消化污泥表观黏度μ值在发酵的前4天均出现大幅降低,下降幅度依次达到73.3%、77.8%和80.0%,从厌氧装置设计和运行的角度来看,脱水污泥高含固厌氧消化具有可行性。各反应器消化污泥的含固率(total solid,TS)以及挥发性固体(volatile solid,VS)占TS的比例VS/TS与表观黏度μ值以及稠度系数K值呈现显著性的指数关系,而污泥颗粒中胞外聚合物(extracellular polymeric substance,EPS)的含量与污泥表观黏度之间的相关关系则较弱。厌氧消化的初始阶段,微生物(主要是水解菌与产酸菌)的作用是污泥黏度急剧降低的主要原因。     

中药渣不同有机负荷厌氧发酵工艺参数分析

以人参、赤芍和桂皮等混合中药渣为发酵原料,采用全混式厌氧反应器,在中温(35±1)℃,通过半连续厌氧发酵工艺,研究其发酵过程中不同有机负荷,沼气日产气量、甲烷含量、p H值、挥发性有机酸(VFA)和总无机碳(TIC)等参数变化相互关系。结果表明:厌氧消化过程呈现5个阶段,即发酵启动期、增长期、稳定期、超负荷期和恢复期;反应器高效稳定运行可承受的中药渣最大有机负荷为8.0 g TS·(L·d)-1,系统p H值稳定在7.0左右,沼气日产气量8.38 L,容积产气率为1.68 L·(d·L)-1,原料产沼气能力262 m L·(TS g·d)-1,VS去除率为20.69%。有机负荷为10.0 g TS·(L·d)-1时超负荷运行,沼气产量急剧下降,系统运行稳定性被破坏。因此,在中药渣厌氧消化过程中一定要控制有机负荷在最佳数值,实时监测反应器运行过程中的各参数变化,及时做出调整,保证工程的高效稳定运行。     

UASB反应器处理链霉素废水启动及运行性能

采用上流式厌氧污泥床(UASB)反应器处理链霉素生产废水,研究了中温条件下反应器启动和稳定运行中废水处理性能及厌氧污泥颗粒化过程。结果表明,通过逐步提高链霉素废水进水比例和负荷,可以实现UASB反应器的启动和稳定运行,并对高浓度链霉素实际废水具有良好的处理性能,COD去除率稳定在80%以上,COD去除负荷达7.2 kg/(m3·d),CH4产生量达到6.2 L/d。UASB反应器启动运行过程中,链霉素废水对污泥活性具有抑制影响,造成短期反应器运行性能明显下降,而后很快恢复。同时高负荷链霉素废水造成甲烷产率降低。污泥性状变化显著,污泥形态逐渐转变为颗粒态,污泥粒径增大,出现大量0.5~1.0 mm颗粒污泥,污泥VSS/SS比值升高,污泥沉降性明显增强,比产甲烷活性显著升高,表明污泥开始实现颗粒化。     

厌氧-好氧工艺处理垃圾焚烧厂渗滤液工程运行效果

采用沼气提升式厌氧反应器(CLR)-高溶解氧反应器(HDR)工艺处理垃圾焚烧厂渗滤液,经过180 d的调试后达到稳定运行。厌氧系统两次负荷提升过程:第1次120 d(常温),最大容积负荷为8 kg/(m~3·d),COD去除率在85%左右,产气量最大值为2 500 m~3/d;第2次20 d(蒸汽加热),最大容积负荷为9.2 kg/(m~3·d),COD去除率达到90%以上,产气量最大值为2 909 m~3/d。通过对产气率与容积负荷和COD去除量的关系的分析发现,容积负荷每增加1 kg/(m~3·d),沼气平均增加0.28 m~3;CLR厌氧反应每消耗1 kg COD,平均产生0.32 m~3沼气。87.5%的进水COD被利用形成沼气,剩余的12.5%的COD主要为微生物生长所利用和出水残留部分。在好氧池内,通过控制溶解氧可以实现好氧池下层COD和氨氮的同步氧化、上层进行缺氧反硝化,以此去除COD和氨氮,并降低出水总氮。     

IC厌氧反应器处理垃圾渗滤液

在(35±1)℃条件下,采用IC厌氧反应器对天津大港垃圾焚烧厂垃圾渗滤液进行处理,研究了COD的去除效果、容积负荷、沼气产量和污泥的颗粒化,分析了循环比、上升流速对反应器的影响.结果表明,厌氧反应器经60 d的启动运行后,达到300 m3/d的设计水量,进水容积负荷达到17.7 kg COD/(m3·d),水力停留时间3.7d,COD去除率高于80％,出水挥发酸(VFA)低于l 500 mg/L,平均每去除1 kg COD产沼气0.42 m3,适宜的上升流速和循环比为2.0 ～5.0 m/h、8∶1 ～20∶1.启动结束后,厌氧消化污泥明显出现颗粒化,颗粒污泥的沉降速度达到了67.5 ～ 96.0 m/h,0.3～1.0 mm的颗粒污泥量占有74％.     

污泥负荷对上流式厌氧污泥床中颗粒污泥快速形成的影响

运行两个相同的升流式厌氧污泥床(UASB)反应器R1和R2,设定两个反应器的初始污泥负荷(MCOD/(MVSS·d))分别为0.12、0.17 kg /(kg·d),并根据COD去除情况逐步地提高污泥负荷水平,在运行过程中控制R2的污泥负荷始终高于R1 37%～40%,以此来研究污泥负荷对颗粒污泥快速形成的影响.实验结果表明,R2内颗粒污泥的形成速率高于R1,其污泥负荷在达到0.29～0.51 kg /(kg·d)时,开始形成大量的厌氧颗粒污泥.最终R2内形成的颗粒污泥粒径为1.00～4.00 mm的占36.1%,并有6.3%的颗粒污泥粒径在4.00 mm以上;而R1中这两个粒径范围的颗粒污泥仅为11.8%和1.2%.同时R2内较大的污泥负荷也使其产生的颗粒污泥具有相对较高的VSS/TSS.最终得出结论,0.29～0.51 kg /(kg·d)的污泥负荷能加速厌氧颗粒污泥的形成过程,而低于这个污泥负荷则不利于颗粒污泥的形成.     

膨胀颗粒污泥床厌氧反应器原废水循环启动的实验研究

在室温条件下,以水葫芦汁液为废水来源,对自行设计的膨胀颗粒污泥床(EGSB)厌氧反应器进行原废水循环启动实验。结果表明:在启动运行65d后,进水有机负荷可以达到7kg/(m~3·d)左右,COD去除率达到90%以上,容积产气率达到1.35m~3/(m~3·d),甲烷体积分数达到61%,颗粒污泥粒径达到2~4mm。因此,EGSB厌氧反应器的原废水循环启动方式是可行的,对水葫芦汁液的降解是高效的,为EGSB厌氧反应器的工程应用提供一种新的启动方式,也为水葫芦汁液的能源化利用提供了一套高效、节能的厌氧发酵装置。     

热处理对脱水污泥溶解特性及厌氧消化性能的影响

分别对脱水污泥在100、130和170℃条件下进行热处理,研究热处理对脱水污泥溶解特性的影响。此外,在半连续式完全混合反应器中进行厌氧消化实验研究不同热处理污泥的厌氧消化性能。实验结果表明,在100、130和170℃条件下,污泥COD溶解率由处理前的5.23%分别提高至20.08%、22.50%和27.20%,脱水污泥热处理规律和效果与高含水率污泥(总固体含量<5%)基本一致。经130℃2 h和170℃30 min高温热处理后污泥甲烷产率显著提高,较原泥分别提高24.64%和38.61%,沼气中甲烷含量稍有降低。     

共接种瘤胃微生物和厌氧污泥的水稻秸秆中试厌氧消化系统性能评估

针对富含木质纤维素底物利用效率低的问题,通过在中试厌氧消化系统中共接种瘤胃微生物和厌氧污泥来改善水稻秸秆中木质纤维素的水解,采用逐步提升底物有机负荷(OLR)的方式,评估了接种后水稻秸秆的厌氧消化效率。结果表明,在反应体系底物有机负荷达到4.26 g·(L·d)-1(以VS计)时,系统表现出最佳的厌氧消化性能,此时沼气产率为528 mL·g-1 (以VS计),甲烷产率为287 mL·g-1,容积沼气生产强度达到2.20 L·(L·d)-1。在反应器有机负荷从1.05 g·(L·d)-1提升到4.26 g·(L·d)-1的运行过程中,系统的纤维素降解率稳定在(71±2)%,半纤维素降解率稳定在(92±4)%,木质素降解率稳定在(15±3)%。这种稳定性表明反应器的连续运行成功地形成了高效的木质纤维素降解体系,结果可为实际规模化应用提供参考。     

剩余污泥热水解厌氧消化中试研究

针对糖纸厂污水活性污泥法处理后剩余污泥进行热水解厌氧消化中试研究,结果表明,热水解预处理工艺能够有效改善污泥性质,SCOD与VFA分别提高5.2和7.6倍,在厌氧消化过程中随着水力停留时间(HRT)缩短,消化罐有机负荷和比沼气产率提高,在2.5 kg VS/(m3·d)、HRT=12 d条件下达到28.1Nm3/t.整个厌氧消化过程中无过度酸化现象发生,沼气甲烷含量稳定,平均达到60％.     

渗滤液添加量对餐饮垃圾厌氧消化的影响机制

系统地研究了渗滤液添加量对于餐饮垃圾厌氧消化产气过程的影响,结果分析表明,餐饮垃圾与渗滤液联合厌氧消化,可以有效地缓解酸抑制现象,增强厌氧消化系统的稳定性,提高沼气产率。当餐饮垃圾负荷为40 g·L~(-1),渗滤液与水的比例为1.227∶1,将厌氧消化原液的氨氮调节至2 000 mg·L~(-1)时,厌氧消化效果最好。沼气产率可达到840 m L·g~(-1)(以TS计),甲烷产率可达到375 m L·g~(-1),累积沼气产量达到理论值的94.32%,累积甲烷产量达到理论值的74.77%。     

膨胀颗粒污泥床反应器启动过程中颗粒污泥性质变化研究

采用小试规模的膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器,考察其启动规律及运行特点.在60 d内EGSB反应器的COD容积负荷达到12 kg/(m3·d),COD去除率保持在95%以上.试验中对不同水力负荷下污泥床状态进行了分析.结果表明,将水力负荷控制在1.0 m3/(m2·h)以上,可以确保污泥颗粒化的进行及EGSB反应器的稳定,否则易发生沟流、活塞式漂浮等污泥床异常现象.同时,对颗粒污泥性质及微生物相变化进行了跟踪分析.随着运行条件的改变,由上流式厌氧污泥床(UASB)反应器接种的污泥结构、性能和微生物群落都在不断发生变化.最终得到的颗粒污泥结构密实,沉降速率为38.8～64.6 m/h,比产甲烷活性达到314.25 mL/(g·d),内部微生物相丰富,各菌种呈混杂分布.     

ICSTD反应器处理污泥的启动试验研究

新型内循环污泥浓缩消化反应器（ICSTD）处理污泥的启动运行试验采用某污水处理厂二沉池好氧活性污泥进行驯化培养，使反应器正常启动运行。在日处理量为50 L/d，进泥含水率为99.23％～99.46％，进泥VS/TS为0.65～0.73，进泥COD为4 115～5 780 mg/L，反应器容积负荷为1.31 kg COD/(m³·d)时，排泥含水率在96.2％～97.3％，排泥VS/TS为0.48～0.57，COD去除率在95％以上，出水pH在6.6～7.1，且上清液澄清。试验结果表明： ICSTD反应器处理污泥的启动试验，采用直接培养污泥启动的方式培养厌氧污泥历时66 d，能较快地培养厌氧污泥且运行稳定，对污泥的浓缩消化起到较好的作用，同时对反应器后续运行的消化效果提供了一个良好的条件。     

常温下沼气循环AnMBR处理丙酮和异丙醇混合废水

研究了沼气循环厌氧膜生物反应器(MCAn MBR)在常温下(24.4~31.5℃)处理丙酮、异丙酮混合废水的运行性能。结果表明,MCAn MBR在处理丙酮、异丙醇废水时能获得较好的效果,容积负荷提升快,有机物去除率高,气体产率高,并且运行十分稳定。工艺考察阶段,缩短HRT保持进水COD为37 000 mg·L~(-1),容积负荷为7.2~14.8 kg·(m~3·d)~(-1)(以COD计),平均去除率为91.18%。稳定运行阶段,HRT=60 h,容积负荷为14.92 kg·(m~3·d)~(-1)(以COD计),平均去除率为98.12%,气体产率为0.244~0.323 L·g~(-1)(以COD计)。膜截留与沼气循环装置大大强化了MCAn MBR在高MLSS下的混合和传质效能,使其能在高容积负荷下稳定运行。     

利用逐级提高进料浓度的方法启动完全混合反应器处理鸡粪

为了改进完全混合反应器(continuous stirring tank reactor,CSTR)厌氧消化处理鸡粪的启动效果,通过逐级提高进料鸡粪浓度的方法在CSTR中进行中温(36?C)厌氧消化的启动实验,实验分为2个步骤:污泥适应性驯化和消化能力提升,即通过间歇添加2%浓度鸡粪的方法驯化活性污泥;利用逐级提高进料鸡粪浓度(2.1%、3.2%和5.2%)的方法提高污泥消化能力。结果表明:通过逐级提升进料鸡粪浓度的方法能够驯化出处理一定浓度鸡粪的活性污泥,当进料鸡粪浓度达到5.2%时,CSTR进料有机负荷(organic loading rate,OLR)、总固体含量(total solid,TS)去除率和产沼气量分别达到1.5 g·(L·d)~(-1)、60%和1 L·(L·d)~(-1),甲烷体积分数稳定在(65±3)%左右,总氨氮浓度最高达到1 200 mg·L~(-1),没有出现氨抑制的现象,污泥活性随进料鸡粪浓度提升而逐步得到驯化,从而成功启动反应器正常运行。为CSTR厌氧消化处理高氮基质启动提供了新的方法,具有重要的理论和实践意义。     

MBR污泥热水解强化厌氧消化中试研究

针对MBR污泥开展热水解强化厌氧消化中试研究,考察了热水解对污泥性质、厌氧消化效率和污泥脱水性能的影响。结果表明,热水解后污泥中总固体(TS)、挥发性固体(VS)的含量基本不变,但污泥的溶解性总固体(s TS)和溶解性挥发性固体(s VS)含量提高至原泥的10倍左右,总固体解离度(TSDD)和挥发性固体解离度(VSDD)分别为31.7%和51.9%,同时污泥的黏度由927.8 m Pa·s降低至550.4 m Pa·s,污泥流动性显著增强。热水解处理可有效提高污泥厌氧消化反应效率,沼气产量和有机分解率均提高1倍,化学需氧量(COD)消减率由33%上升至44%,但热水解厌氧消化后污泥NH+4-N浓度为传统厌氧消化的2倍。此外热水解能有效改善污泥脱水性能,不添加任何药剂时,热水解污泥经板框压滤机脱水后含水率可降至33.29%。     

连续式两相厌氧消化的产气潜能

为了考察连续式两相厌氧消化过程及产酸相、产甲烷相最佳水力停留时间和产气潜能,并与序批式单相厌氧消化实验比较,采用生活垃圾、粪便、餐厨垃圾、污泥混合物料为消化原料,进行中温连续式两相厌氧消化和序批式单相厌氧消化实验。结果表明,单相厌氧消化产气潜能为242 m~3·t~(-1)TS,两相厌氧消化产气潜能达到380m~3·t~(-1)TS以上,提高了57.6%。两相厌氧消化最佳水力停留时间为14d,比单相厌氧消化的水力停留时间缩短了一半,并且连续式两相厌氧消化过程比单相厌氧消化具有更高的运行稳定性。     

BLR厌氧反应器处理垃圾焚烧厂渗滤液工程运行效能

采用1 100 m3BLR(biogas-lift reactor)厌氧反应器对垃圾焚烧厂渗滤液进行工程化处置,接种污泥为消化污泥,正常运行温度控制在(33±2)℃,启动负荷为1 kg COD/(m3·d),120 d后容积负荷达到10 kg/(m3·d)并稳定运行,出水COD浓度为4 500~6 500 mg/L,COD去除率为88%~92%,出水VFA含量为200~600 mg/L,p H值稳定在7.4~7.7,出水SS含量为1 000 mg/L左右,并可观察到沉降性较好的颗粒化污泥。反应器运行初期将VFA/ALK控制在1.6以内,系统并未因VFA积累而酸化崩溃,运行后期VFA/ALK值小于0.3,系统稳定运行。运行过程中进水氨氮浓度从400 mg/L升高到2 200 mg/L,未发现氨氮对厌氧生物处理的明显抑制现象。垃圾渗滤液中平均每去除1 kg COD产生沼气量为0.32 m3。     

城市生物质废物中温单级厌氧消化中试研究

建立了城市生物质废物中温单级厌氧消化中试反应器,对城市生物质废物厌氧消化过程系统稳定性、产甲烷性能及有机物的去除效果进行解析.反应器稳定运行410 d,共经历2.4、3.6、4.8、6.0 kg VS/(m3·d)4个负荷,反应器pH稳定在7.2 ～7.6之间,有机酸浓度＜500 mg/L.在负荷6.0 kg VS/(m3·d)时反应器平均容积产气率4.25m3/(m3·d),有机物去除率为63.2％;另外,实验结果表明,厌氧消化过程对蛋白质、脂肪、纤维素及多糖类物质的去除效果有明显差异,其中脂肪类物质去除率为98.2％,产沼气贡献率为38.8％.实现了针对我国城市生物质废物的高负荷高效厌氧消化,为我国城市生物质废物厌氧消化规模化处理提供了基础数据.     

污泥厌氧消化反应器CFD数值模拟研究进展

污泥作为典型的不透明非牛顿流体,在厌氧消化反应器内的流场具有复杂性,难以直接进行流场测试分析。结合计算流体力学(CFD)技术,分析污泥厌氧消化反应器内的流场分布情况,探讨污泥在反应器内混合效果和对消化过程的影响,以验证校核反应器优化设计和运行,改善污泥在消化反应器内的流动和混合性能并最终提高反应器性能。在综合文献及前期研究工作的基础上,系统分析并重点关注了CFD数值模拟过程当中多相流模型和湍流模型的选取、污泥流变特性应用、反应器流场评估优化及耦合生化模型等的研究现状及进展,总结了目前污泥厌氧消化反应器CFD数值模拟过程存在的问题。并指出在考量污泥流变学特性的基础上,利用传质模型将反应器流场和生化过程相耦合,构建流场-生化耦合模型,获取基质转化规律,为优化污泥厌氧消化反应器设计运行提供理论依据,是CFD应用于厌氧消化反应器数值模拟的发展方向。