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。     

不同pH条件下剩余污泥厌氧发酵过程中溶出物的释放

对剩余污泥进行厌氧发酵处理可实现污泥中有机质和磷的释放并最终回收利用,而pH是影响厌氧发酵过程的重要因子。为研究pH对厌氧发酵中磷与有机物释放的影响,采用批次实验研究了pH分别为3、5、7、9、10、11时剩余污泥厌氧发酵过程中磷和有机物的释放与转化规律。结果表明,在不同pH下,剩余污泥厌氧发酵过程中发生着有机物与不同形态磷的迁移与转化,酸性和碱性环境下的厌氧发酵液成分的三维荧光结构不同。剩余污泥厌氧发酵过程中,泥相钙结合态磷(AP)在酸性条件下转化为液相磷,有机磷(OP)和大部分铁/铝结合态磷(NAIP)在碱性条件下转化为液相磷;其中, pH为11时,污泥发酵液中磷含量最高。污泥发酵类型为丁酸型发酵,发酵产物以异丁酸为主,其次是正戊酸和乙酸。pH为10时,发酵液中的蛋白质与多糖的总量、挥发性有机酸(VFAs)浓度最高,两者呈现正相关关系;类蛋白和类腐殖酸降解,利于VFAs的积累。     

pH对混合污泥水解酸化的影响

pH对剩余污泥和初沉污泥水解酸化的影响已有报道,但pH对混合污泥水解酸化的影响尚鲜见报道。为此对厌氧环境,(20±1)℃,pH=4～11以及不控制pH条件下混合污泥的水解酸化特征进行了研究。研究发现:对pH调控有利于污泥SCOD的溶出,在较强的碱性条件下污泥溶出的SCOD要大于其他条件下的,特别是pH=10和11条件下污泥溶出的SCOD要远高于其他条件下。碱性环境和酸性环境以及中性环境相比更有利于混合污泥产酸,最佳产酸pH条件为pH=10。在酸性和极端碱性条件下均有利于混合污泥中氨氮和磷的释放。碱性环境利于挥发性悬浮固体(VSS)的去除,但不利于总悬浮固体(TSS)的去除。在不同pH条件下将混合污泥的发酵特征和剩余污泥和初沉污泥发酵特征比较,发现3种污泥水解和产酸均在碱性条件下最好,且在20～22℃的条件下,产酸量均在pH=10的条件下达到最大。     

剩余污泥发酵产酸特征及基质释放规律研究

剩余污泥发酵既能实现污泥减量,又能获得污水生物脱氮除磷所需的挥发性脂肪酸VFAs等。采用序批式污泥发酵实验,在(30±1)℃的条件下,研究剩余污泥投配比对序批式污泥发酵系统污泥减量、产酸以及基质释放过程的影响,探索VFAs生成最大化的条件。实验结果表明:投加接种污泥不能明显提高序批式污泥发酵系统剩余污泥的减量效果,但可以改善污泥的产酸特性;当污泥投配比大于50%时,发酵过程中将出现2个VFAs浓度峰,且第二次峰浓度更大;较为理想的序批式污泥发酵投配比是60%~80%、发酵时间为5 d或25 d,前者VFAs表观转化率最大(约24%),后者发酵液中VFAs浓度最高(约600 mg/L);发酵过程中,NH4+-N总体呈上升趋势,磷浓度发酵5 d时达到最大值。     

碱性条件促进太湖蓝藻厌氧发酵产挥发性脂肪酸

采用批式研究实验,考察了酸性(pH 5)、中性(pH 7)和碱性(pH 9)条件下,太湖蓝藻厌氧发酵产挥发性脂肪酸(volatile fatty acids,VFAs)过程中的产酸指标,酸分布及蓝藻有机成分降解的效果。结果表明,pH为9时VFAs产率最高,为0.274 g VFAs/g VS,VS降解率达到51.91%。蓝藻有机成分中蛋白质、碳水化合物、脂类降解率也在pH为9时达到最高,分别为53.2%、30%和40.6%。实验对蓝藻产酸效果与其他固废产酸效果进行了比较,比较结果说明,太湖蓝藻作为厌氧发酵原料生产挥发性脂肪酸具有可行性。     

富集同型产乙酸菌污泥厌氧产酸

在污泥厌氧发酵产酸过程中,以富集同型产乙酸菌的污泥为研究对象,通过pH值、种泥浓度和底物浓度的变化,对发酵过程中有机酸分布和乙酸累计情况进行实验研究。实验结果表明,碱性条件有利于产乙酸菌的生长,但影响产氢产乙酸菌,尤其是丁酸降解菌的作用。产氢产乙酸菌和同型产乙酸菌的互营作用在发酵6 d后广泛存在;底物浓度过大,产氢产乙酸与同型产乙酸的互营机制受到抑制。     

稻秆负荷与pH对稻秆厌氧发酵产酸系统启动过程的影响

为探讨稻秆负荷（即稻秆VS/污泥VSS）与发酵pH对稻秆厌氧发酵产酸系统启动过程产挥发性脂肪酸（VFAs）效果的影响,利用厌氧搅拌罐反应系统考察在不同的稻秆负荷（0.556、0.945、1.334和1.724 g/g）和不同的发酵pH（8.0、9.0和10.0）启动运行条件下的产酸性能,并分析了系统启动过程产酸与稻秆主要成分降解之间的关系。实验结果表明,VFAs浓度随稻秆负荷提高而增大,随发酵pH的升高而降低;发酵18 d时,发酵pH为9.0时,稻秆负荷1.334 g/g的产酸效果最好,VFAs浓度与稻秆产酸量分别为4 385.10 mg/L和2.19 gVFAs/g稻秆,此时半纤维素、纤维素和酸性洗涤木质素降解率分别为32.69%、22.53%和6.40%;稻秆负荷为0.945 g/g条件下,VFAs浓度在pH为8.0时达到最高值4 409.51 mg/L,此时稻秆降解量也最多,半纤维素、纤维素和酸性洗涤木质素降解率分别为28.60%、47.32%和22.69%。研究表明,稻秆负荷与发酵pH通过影响稻秆半纤维素、纤维素和木质素的降解影响稻秆厌氧发酵产酸的进程和效果。     

污泥水解酸化过程中污染物的释出及其影响因素研究

为了回收利用污泥中的有机物、氮和磷，研究了将厌氧污泥接种到吸附了污染物质的剩余污泥中，对污泥水解酸化的促进以及污泥中微生物所摄取污染物质的释出规律；揭示了厌氧条件下发酵时间、污泥量、pH和热处理对污染物释出的影响。结果表明，接种24 h后污染物被大量释放出来；在发酵时间为24 h条件下，污染物释出量与污泥质量成正比；吸附了污染物的剩余污泥相对含量越高，释磷量越大；污泥厌氧发酵时，碱性条件下有机物和正磷酸盐的释出量大于酸性条件，加碱调高pH可有效促进氨氮的释出；对吸附了污染物的剩余污泥进行短时热处理可有效缩短其厌氧发酵时污染物的释出时间。结果表明，控制污泥厌氧水解发酵条件可以促进污染物的释出，有利于下一步的回收。     

连续流反应器中污泥停留时间对剩余污泥碱性厌氧发酵生产短链脂肪酸的影响

在pH=10条件下,研究了连续流反应器中不同污泥停留时间(SRT)对剩余污泥厌氧发酵生产短链脂肪酸(SCFAs)的影响.结果表明,SRT在一定范围内延长有利于SCFAs产量的提高.不同SRT对乙酸和丙酸在SCFAs中所占比例也有一定的影响,但对其他脂肪酸影响甚微.在pH=10和SRT=12 d条件下,SCFAs的产量约为空白试验(不调节pH,SRT为12 d)的3.6倍;丙酸在SCFAs中的质量分数由11.7%上升到16.0%.对碱性条件下SRT影响剩余污泥生产SCFAs的原因进行了探讨.     

初始pH值对皂苷强化污泥生产短链挥发性脂肪酸的影响

近年来,应用化学表面活性剂强化污泥厌氧生产短链挥发性脂肪酸得到广泛地关注。相较于化学类的表面活性剂,生物表面活性剂具有能够降解,对环境污染小的优点。报道了一种新型的生物表面活性剂皂苷,并用皂苷强化污泥厌氧发酵。实验结果表明,皂苷的最佳投放量为0.2 g·g-1干污泥,相应的最大产酸量为2 149 mg·L~(-1)此外还探究了初始pH值对皂苷强化污泥产酸的影响,实验表明最佳的初始pH为11。机理研究发现初始pH=11能够加速污泥的水解,抑制甲烷产生进而提高了短链挥发性脂肪酸的含量。     

废水产氢产酸/同型产乙酸耦合产酸条件优化

为了更好地发挥产氢产酸/同型产乙酸耦合系统在废水厌氧发酵生产乙酸方面的优势,有必要寻找一种简单有效的方法以获得该系统产酸的优化条件.利用经过加热处理并活化的厌氧污泥作种泥,以模拟废水中的葡萄糖为底物,针对发酵时间、底物浓度、种泥浓度、初始pH进行4因素10水平均匀设计实验,得到了乙酸生产指标与产酸条件之间关系的回归方程;也得到了以高乙酸产量为主要目标导向同时兼顾高乙酸产率和高乙酸生产强度目标的优化条件;优化条件实验乙酸浓度比均匀设计中最高乙酸浓度提高20%左右.研究表明,将均匀设计应用于废水产氢产酸/同型产乙酸耦合产酸条件优化,可以避免盲目性,迅速获得满意结果.     

超声破解污泥影响因素分析

超声破解是促进污泥快速厌氧消化的一项新技术,不仅超声波参数直接影响污泥破解效果,而且污泥性质和辅助条件也影响污泥破解效果.以污泥溶解性化学需氧量增加值(SCOD )和污泥破解度(DDSCOD)为评价参数,通过超声破解不同性质污泥试验,得出污泥的初始温度、pH值和污泥浓度等参数对污泥破解效果起重要作用.增加搅拌和曝气辅助条件破解污泥的试验,得出间歇搅拌和曝气能增强污泥超声破解效果.     

餐厨垃圾高温厌氧消化

在中试规模下,研究餐厨垃圾高温厌氧消化试验,通过监测餐厨垃圾厌氧消化过程中产气量、气体组成等产气情况和消化液中pH值、SCOD、NH4+-N、VFAs等化学指标含量变化,确定餐厨垃圾厌氧消化的最大有机负荷,并分析餐厨垃圾高温厌氧消化技术的可行性,结果表明,在工程上餐厨垃圾单独进行高温厌氧消化产甲烷具有技术可行性,但难以保证系统长时间安全稳定运行;餐厨垃圾厌氧消化正常运行时最大有机负荷可达2.551 kg VS/(m3.d);当系统有机负荷为2.551 kg VS/(m3.d)时,每天每千克VS最高可产生甲烷量0.622 m3;氨氮对餐厨垃圾厌氧消化产甲烷影响明显;餐厨垃圾中固有Na+含量对厌氧消化产甲烷影响不明显。     

青岛市餐厨垃圾与菜市场垃圾混合高温厌氧消化研究

在中试规模下,研究青岛市餐厨垃圾与菜市场垃圾混合(质量比1∶1)高温厌氧消化实验,通过监测厌氧消化过程中产气量、气体组成等产气情况和消化液中pH值、SCOD、NH3-H、VFAs含量和组分等化学指标变化,确定混合厌氧消化的最大有机负荷,并分析混合高温厌氧消化技术的可行性,结果表明,(1)青岛市餐厨垃圾与菜市场垃圾混合高温厌氧消化产甲烷具有技术可行性;(2)混合厌氧消化的最大有机负荷可达4.069 kg VS/(m3.d);(3)当系统最大有机负荷时,每天每千克VS最高可产生甲烷量0.346 m3;(4)混合厌氧消化可削减氨氮对餐厨垃圾单独厌氧消化产沼气的影响。     

VFA generation from waste activated sludge: effect of temperature and mixing

The success of enhanced biological phosphorus removal (EBPR) depends on the constant availability of volatile fatty acids (VFAs). To reduce costs, waste streams would be a preferred source. Since VFAs were shown to vary in the incoming sewage and fermentate from primary sludge the next available source is waste activated sludge (WAS). The opportunity is particularly good in plants where WAS is stored before shipment. Little information is however available on the rate of VFA release from such sludge, especially at the lower temperatures and under the storage conditions typically found in colder climates. Bench-scale batch tests were performed to investigate the effect of temperature and requirement for mixing on VFA generation from WAS generated in full scale non-EBPR wastewater treatment plant. WAS fermentation was found highly temperature-dependent. Hydrolysis rate constant (k_h) values of 0.17, 0.08 and 0.04 d⁻¹ at 24.6, 14 and 4 °C were obtained, respectively. Arrhenius temperature coefficient was calculated to be 1.07. It took 5 d to complete hydrolysis at 24.6 °C, 7 d at 14 °C, and 9 d at 4 °C. The fermentation lasted for 20 d. At 24.6 °C the mixed reactor reached 84% of the overall VFA production only in 5 d. When temperature dropped to 14 and 4 °C, the ratio of VFA production at day 10 to overall VFA production in the mixed reactor were 62% and 48%, respectively. The overall VFA-COD concentration in the non-mixed reactors was much lower than the mixed reactors. The information is important for the designer as there was uncertainty with the effect of temperature and mixing on sludge fermentation.     

用微电极测定曝气量对SBR系统中硝化作用的影响

为了研究曝气量对硝化作用的影响,实验采用3个相同的SBR装置,分别在曝气量为4、10和16 L/h的条件下处理人工污水,并采用自制的溶解氧、NO3-、NH4+和pH微电极测定了活性污泥絮体内部微元环境中相应基质的浓度。结果表明,曝气量为4 L/h时,活性污泥絮体内存在厌氧微区,NO3--N浓度减小了,发生了反硝化作用;而曝气量为10 L/h和16 L/h时,活性污泥絮体内发生的都是硝化反应,且NH4+-N浓度的减小量、NO3--N浓度的增大量都随着曝气量的增大而增大,pH随着曝气量的增大而减小。     

挥发性脂肪酸对厌氧干式发酵产甲烷的影响

为了提高中温干式厌氧间歇发酵效率,研究了发酵过程中间产物———挥发性脂肪酸对产甲烷的影响。实验分2批进行,第1批在牛粪发酵过程中分别添加乙酸、丙酸和丁酸,第2批发酵添加易产生挥发酸的厨余垃圾混合发酵。结果显示,添加单一挥发酸的发酵过程中,添加丙酸的产甲烷速度较慢,因为丙酸降解生成乙酸的速度较慢,减慢了甲烷的形成;混合发酵过程厨余垃圾产甲烷速度比牛粪快,发酵过程产生2个产气高峰;牛粪和厨余垃圾固体物质含量比在11∶1到5∶1范围内较好,比牛粪单独发酵产气多,产酸高但不酸败,产生的挥发酸主要是乙酸和丙酸,其中比例为7∶1混合发酵的产甲烷速率最大,为4.89 mL/(g VS·d)。实验表明,牛粪厌氧干式发酵过程添加一定量的厨余垃圾可加快挥发酸的产生并提高挥发酸产量,从而提高甲烷的产量,但是总挥发酸长时间超过10 000 mg/L,pH降到不适于产甲烷菌生长的范围时,将抑制甲烷的生成,挥发酸积累导致厌氧发酵酸败。     

耐酸厌氧消化污泥处理餐厨垃圾简

采用耐酸驯化的厌氧消化污泥处理餐厨垃圾，在酸性条件下（pH=4.5），对实验装置容积负荷从1.0 kg VS/（m³·d）分9次逐级增加到5.0 kg VS/（m³·d）的过程进行了跟踪监测，并较深入地研究了驯化污泥代谢活性和处理效果。实验结果表明，pH 4.5的耐酸厌氧消化污泥，最佳投加负荷约为4.5 kg VS/（m³·d），此负荷下容积产气率，CH₄含量平均值均达最大，分别为1.68 m³/（m³·d），75.0%。耐酸厌氧消化装置持续增料运行46 d，产甲烷菌仍能保持较高的活性，其COD去除率范围为40.4%~75.0%，仍能保持pH 7.2时处理效果的65.0%~91.8%，表明在低pH、低碱度下实现稳定的产甲烷过程是可行的。