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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

热水解超声组合预处理对污泥厌氧消化产气潜力的影响研究

针对城市污泥厌氧消化由于融胞困难所导致的消解速率低、产气量低等问题,采用热水解与超声组合的方法对污泥进行预处理,考察经预处理后污泥融胞效率的变化及对厌氧消化产气潜力的影响.结果显示,热水解与超声波组合工艺对污泥的破胞作用明显,在30 min热水解与0.53 W/mL超声声能密度组合工艺反应60 min条件下,相对于处理前污泥,预处理后污泥溶解性COD(SCOD)溶出率可提高41.6％,蛋白质增加值达282.7 mg/L,污泥厌氧消化的产气潜力显著增加；30 min热水解分别与0.53、0.33 W/mL超声声能密度组合工艺对污泥破胞效率的差异不大；随着超声时间的延长,在组合预处理工艺前20 min内SCOD的溶出速率较慢,20260 min时溶出速率逐渐提高.试验结果可为城市污泥厌氧消化预处理工艺的选择提供一定的理论依据.     

接种比对碱超声波耦合溶胞污泥水解酸化的影响

以城市污水生物处理过程中的剩余污泥减量化为研究背景,通过实验研究了经碱超声波耦合溶胞后的剩余污泥在不同接种比下水解酸化的效果,分析了污泥上清液中pH、SCOD、VFAs、NH4+-N和PO34--P等参数随时间的变化趋势。结果表明,溶胞污泥经过72 h的水解酸化反应,20%接种比下的水解酸化COD溶出率和VFAs增长率最高,分别为75.5%和177%。蛋白质水解程度为16.9%,也高于50%和70%两组接种比。此外,COD、NH4+-N和PO34--P等主要溶出物均在12 h后达到基本稳定状态。     

酸碱联合调节剩余污泥过程中氮、磷和有机质的释放

实现城市污泥的减量化和资源化是污水厂面临的难题之一。通过采用(1)先酸性(pH=3)后碱性(pH=10)、(2)先碱性(pH=10)后酸性(pH=3)的两段控制方式(每段反应8 d),同时做pH不调的对比实验,研究剩余污泥水解酸化过程中氨氮、磷酸盐和溶解性COD(SCOD)、碳水化合物、蛋白质和挥发性脂肪酸(VFAs)等有机质组分的释放。结果表明,酸碱联合调节有利于各组分的释放;氮和磷在酸性条件下的释放量大于碱性,有机质在碱性条件下的释放量大于酸性;采用(2)方式,调为酸性后反应1 d,氨氮的释放量即达到最大(17.28 mg/g TS);采用(1)的调节方式反应7 d,磷酸盐能达到最佳释放量(14.16 mg/g TS);总VFAs的产生受反应时间的影响较大,其余有机质组分在(2)的调节方式下,6 d左右即可达到较大释放量。     

低声能密度超声波破解污泥的效果研究

以生活污水处理厂污泥为研究对象,采用超声波技术进行污泥破解,研究不同声能密度和超声作用时间对污泥预处理效果的影响。结果表明,低声能密度超声波在120min内可破碎污泥絮体,分解细胞壁,使胞内有机物溶出;延长超声作用时间、增加声能密度均有助于污泥中有机物、氮、磷等物质的释放,当声能密度为0.10 W/mL、超声作用时间为120 min时,溶解性COD(SCOD)、可溶性蛋白质、可溶性多糖、TN、氨氮、TP、正磷酸盐的浓度较破解前分别提高了29.99、44.49、17.31、14.06、3.19、1.35、1.00倍;破解污泥释放出的氮以有机氮为主,磷的释放作用不明显。利用Pearson相关性分析得知,在声能密度变化条件下,除TP外,SCOD、可溶性蛋白质、可溶性多糖、TN、氨氮、正磷酸盐之间均呈极显著相关(p0.01);在超声作用时间变化条件下,各指标间均呈极显著相关(p0.01)。     

酸-碱处理对剩余污泥水解酸化的影响

剩余污泥中富含有机质和营养元素可回收利用物质,污泥水解酸化液中的有机酸在去除或回收利用氨和磷后可作为进水化学需氧量(COD)不足的污水处理厂的补充碳源。通过控制pH,对比分析了不同处理方式(单独碱处理、酸-碱处理和碱-酸处理)对污泥水解酸化的影响。结果表明,单独碱处理的溶解性化学需氧量(SCOD)溶出量比酸碱联合处理要大16%左右,预处理第8天,达到5 406.1 mg/L。采用先酸(pH 4.0,4 d)后碱(pH 10.0,4 d)预处理,乙酸产量达到74.4 mg COD/g VSS,占总SCFAs的60.5%,产量及其占总短链脂肪酸(SCFAs)百分比含量均高于其他预处理方式。且酸-碱处理方式下NO4+-N和PO34--P溶出要优于其他处理方式。而单独碱处理方式下污泥减量效果最好,VSS去除率为36.6%。     

超声波促进城市生活污泥缺氧/好氧消化的研究

本研究将超声波预处理引入城市生活污泥缺氧/好氧消化工艺中，自主设计了容积为30 L的生活污泥超声波-缺氧/好氧消化中试系统并用以实验研究。超声波预处理的参数为超声频率28 kHz，声能密度0.15 W/mL，超声时间10 min，超声间隔12 h，污泥超声比例30%。结果表明，引入超声预处理后，缩短了污泥的稳定时间，提高了污泥的消化效率。污泥消化10 d就已经达到了稳定标准，比未引入超声预处理时缩短了12 d，而MLVSS最大去除率提高了11%，达到了55.10%。超声波的引入，对污泥缺氧/好氧消化系统中污泥上清液溶解性COD（SCOD）的变化趋势影响比较明显，而对上清液的pH、氨氮和TP的变化趋势没有明显影响。     

超声波对污泥水解的促进作用

以超声波预处理城市污水处理厂剩余污泥,考察不同功能密度下的超声波对污泥水解释放碳源过程的影响。结果表明,污泥经超声波预处理,可缩短污泥水解时间,促进VFA释放,且声能密度越大,促进作用越显著;当声能密度为0.138 W/mL、作用时间为1 min时,污泥水解4~5 d后,释放VFA达到800 mg/L,VFA/TN由初始的1.98提升至4.15,VFA/TP由初始的24.78提升至42.35。同时,超声波不仅破坏污泥絮体结构,而且提高了微生物中蛋白酶和辅酶F420的活性,更有利于污泥水解。     

混合水解对打捆麦秸水解产酸的影响

为研究混合水解对麦秸水解产酸的影响，以猪粪、厨余和蔬菜废物为原料，研究其分别与麦秸混合水解产酸的特性，分析了水解过程中pH值、COD、SCOD和VFAs的变化。结果表明，除麦秸＋蔬菜废物最佳出料时间为3～9d外，麦秸、麦秸＋厨余垃圾、麦秸＋猪粪水解液最佳出料时间均为3～7d，7d后水解液COD浓度下降；将蔬菜废物与麦秸混合水解，水解液pH值降低幅度最大，水解液中总有机酸浓度最高，pH值最低为5．31，有机酸浓度最高达6．46g／L，且水解液中SCOD浓度、SCOD／COD比值最大；添加猪粪明显促进了麦秸有机物的水解溶出，麦秸单位干物质水解率和产酸率较对照分别提高了43％～134％和50．53％，但对提高水解液SCOD浓度、SCOD／COD比、TVFA浓度、降低水解液pH值的效果不如蔬菜废物；添加厨余垃圾的效果介于猪粪和蔬菜废物之间。从促进麦秸水解产酸的角度，以添加猪粪的效果最好。     

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。     

不同生物营养物处理工艺剩余污泥中温水解特性简

为了解不同生物营养物处理（BNR）工艺剩余污泥性质差异及其中温水解特性，采用序批式实验研究了来源于Orbal氧化沟（OD）和倒置A²/O工艺剩余污泥在中温水解过程中污泥浓度、营养物释放、污泥粒径、污泥絮凝性、污泥比阻及污泥胞外聚合物（EPS）的历时变化。结果表明，相同泥龄（约18 d）条件下，Orbal OD剩余污泥氮含量较高，倒置A²/O剩余污泥磷含量较高，两者VSS/SS均低于0.6，导致中温水解过程污泥减量空间有限、氮磷释放速率不同。此外，尽管倒置A²/O工艺剩余污泥絮体尺寸及絮凝能力明显大于Orbal OD工艺剩余污泥的对应值，但两污泥比阻相近。中温水解过程中，两污泥絮体的尺寸均变小、絮凝能力均降低、比阻均增高；两者的胞外聚合物均呈现增高再降低趋势，且蛋白质均占EPS质量的75%以上，为主要的胞外物质。     

高声能密度超声波破碎污泥细胞效能的研究

采用超声波在较高声能密度下处理SBR的剩余污泥,主要考察了含固率、声能密度和作用时间对污泥细胞破碎效果的影响。结果表明,在声能密度0.5～3 W/mL内,含固率1%～1.5%的剩余污泥经超声波作用后,上清液SCOD随作用时间呈线性升高;在声能密度1～3 W/mL内,含固率0.25%～0.5%的剩余污泥经超声波作用后,上清液SCOD随作用时间呈平缓缓慢升高。高声能密度超声波更适合对较高含固率污泥的细胞破碎;此情况下,上清液SCOD增幅、NH4＋-N、TN及TP升幅均与声能密度正相关。经超声波作用6 min后,污泥形态结构已破坏。     

超声与碱预处理低有机质剩余污泥特性分析

以某城市污水处理厂低有机质剩余污泥（VSS/SS为0.42）为对象，通过实验研究了超声与碱（NaOH和CaO）预处理对其特性的影响，分析了加碱和未加碱时污泥上清液中pH值、ORP（氧化还原电位）、SCOD、TP和NH₃-N等随超声处理时间的变化规律。结果表明，在超声处理30～120 min范围内，超声加碱处理可使污泥上清液中ORP明显下降；超声加碱处理可明显提高污泥上清液中的SCOD释放量，且加NaOH比加CaO更为明显；NaOH加超声处理可促进污泥中TP的释放，但CaO加超声处理则与此相反；无论是否加碱，超声处理对污泥上清液中NH₃-N释放影响较小；超声加碱处理剩余污泥可明显改善污泥絮体，使其更为紧密。     

The effect of Mg<Superscript>2+</Superscript> on digestion performance and microbial community structures in sludge digestion systems

The important criteria in anaerobic digestion is the rate-limiting step which decides the fate of value-added products especially from waste-activated sludge (WAS). Hence, the present study investigated the effect of magnesium (Mg²⁺) addition on anaerobic digestion of WAS. The lab-scale experiments were conducted at 25 °C with Mg²⁺ doses ranging from 0.01 to 0.2 mol/L. Maximum total volatile fatty acids (VFAs) production (372.78 mg COD/L) occurred at a Mg²⁺ dose of 0.2 mol/L, which was about eight times higher than the control tests. Further, Mg²⁺ addition facilitated sludge dewaterability and phosphorus removal. The mechanism of improved VFAs generation was analyzed from the view of both chemical and biological effects. Chemical effect significantly enhanced the release of calcium and iron in WAS, resulting in the disintegration of WAS, which benefited hydrolysis and acidification processes. Illumina MiSeq sequencing analysis revealed that enrichment of functional bacteria and the increase of bacterial diversity were obtained in the 0.2 mol Mg²⁺/L experiment, while the influence was negative on the reactor with 0.025 mol/L Mg²⁺. Meanwhile, methanogens were accordantly inhibited in the experiments with Mg²⁺ addition.