不同氮源对猪粪废水厌氧发酵中氨抑制效果的影响

为明确不同氮源在猪粪废水厌氧发酵过程中的氨氮释放规律及其对厌氧发酵的抑制作用,以尿素和氯化铵为外加氮源,以固液分离后的猪粪废水为底物,在中温35℃条件下通过批式厌氧发酵,研究了不同总氨氮(total ammonia nitrogen, TAN)浓度的外加氮源对猪粪废水厌氧发酵的影响。结果表明:在猪粪废水厌氧发酵过程中,以尿素为氮源产生的游离氨(free ammonia nitrogen, FAN)、挥发性脂肪酸(volatile fatty acids, VFAs)和pH均明显高于以氯化铵为氮源的处理组,但二者对应的总氨氮(total ammonia nitrogen, TAN)没有明显的区别;以尿素为氮源(TAN≤500 mg·L~(-1))和以氯化铵为氮源(TAN≤1 500 mg·L~(-1))均能促进猪粪废水厌氧发酵产甲烷,但超过这一浓度后,均对产甲烷有抑制作用,尿素对猪粪废水厌氧发酵产生抑制的浓度(TAN500 mg·L~(-1))远低于氯化铵(TAN1 500 mg·L~(-1));相较氯化铵,以尿素为氮源对猪粪废水的厌氧发酵具有更强的氨抑制。以上结果可为高氨氮抑制厌氧发酵氮源的选择提供参考。     

进料浓度对鸡粪连续中温厌氧消化的影响

针对高固体鸡粪厌氧消化运行困难问题,利用完全混合式厌氧反应器(CSTR),通过逐级提高进料总固体浓度(TS)的方法,研究不同进料TS((5.20±0.56)%、(7.24±0.36)%、(9.30±0.26)%和(6.22±0.26)%)的鸡粪连续中温厌氧消化效果。实验结果表明,进料TS由(5.20±0.56)%提高为(9.30±0.26)%,挥发性固体(VS)产气率由(0.64±0.05) L·g~(-1)下降为0.07 L·g~(-1),有机物去除率明显减少,挥发性脂肪酸(VFAs)由(0.53±0.02) g·L~(-1)累积至(1.62±0.02) g·L~(-1),总氨氮浓度(TAN)和游离氨浓度(FA)分别由(1.06±0.11) g·L~(-1)和(0.07±0.02) g·L~(-1)累积至3.40 g·L~(-1)和0.68 g·L~(-1),消化过程受到氨抑制。采用Boltzmann模型对不同氨氮浓度下VS产甲烷率和VS去除率进行模拟,拟合结果表明,TAN升高所引发的FA持续累积导致高固体鸡粪厌氧消化氨抑制逐步形成,与VS产甲烷率相比,VS去除率对氨氮的抑制响应具有滞后性。降低进料TS至(6.22±0.26)%,氨抑制得到有效缓解,但反应器处于"抑制稳定状态"。因此,为保证反应器长期高效平稳运行,建议鸡粪连续中温厌氧消化的进料浓度不超过7.24%。研究为高固体鸡粪厌氧消化的工程化应用提供参考。     

微量元素Fe、Ni对污泥厌氧消化优化调理

当今社会消耗了大量的化石能源,使得环境和能源问题十分突出。污泥厌氧消化产沼气是解决能源问题一种具有潜力的方法。然而,传统污泥厌氧消化存在效率低以及污泥停留时间长等问题,严重地阻碍了其优势的发挥。探究了添加不同浓度微量元素Fe和Ni对污泥厌氧消化产气和有机物去除的影响。结果表明,当FeCl_2投加量小于400 mg·L~(-1)时均能促进产气,FeCl_2投加量为25 mg·L~(-1)时,产气率取得最大值414.6 m L·g-1(VSadded),比对照组高28 m L·g-1(VSadded)。当NiCl_2投加量小于5 mg·L~(-1)时均能促进产气,在NiCl_2投加量为5 mg·L~(-1)时,产气率取得最大值389.5 m L·g-1(VSadded)。在最佳投加浓度下,添加Fe对产气的促进效果比添加Ni对产气的促进效果好。对有机物去除而言,当FeCl_2投加浓度为25 mg·L~(-1)时,有机物去除率轻微提升,而后随着FeCl_2添加量的增加整体呈下降趋势,FeCl_2最佳投加浓度为25 mg·L~(-1)。有机物去除率随着NiCl_2添加量的增加整体呈下降趋势。在水解产酸实验中,最优FeCl_2投加条件下(25 mg·L~(-1))能使污泥溶解态化学需氧量和挥发性脂肪酸浓度分别提高15.3%和39.2%,为后续的产气提供了更好的基质条件。     

木糖高温厌氧发酵产氢的影响因素及两相产氢-产甲烷的能量转化效率

通过批次实验,考查了木糖高温(55℃)厌氧发酵中初始pH(5.0~10.0)和初始底物浓度(2.5~15 g·L~(-1))对产氢效率、液相产物以及木糖降解率的影响;并进行了两相产氢-产甲烷实验,对比单相产甲烷与两相产氢-产甲烷能量转化效率。结果表明:在初始pH=5.0或初始底物浓度为2.5 g·L~(-1)时无氢气产生,最大产氢率1.31 mol H2·(mol木糖)-1在pH=7.0,底物浓度7.5 g·L~(-1)时获得,同时木糖降解率和累积产氢量分别为97.48%和328.4 mL;其主要代谢副产物为丁酸和乙酸,属于丁酸型发酵。厌氧产氢后末端产物甲烷产率为274.9 mL CH_4·(g COD)-1,两相系统能量转化效率达到63.98%,高于单相产甲烷系统的49.39%。     

零价铁强化城市污泥与垃圾焚烧厂渗滤液协同厌氧消化

针对城市污泥(初沉污泥、剩余污泥)和垃圾焚烧厂渗滤液2种市政废物的协同厌氧消化产气量不足的问题,采用投加零价铁的方式,探究零价铁对厌氧消化过程中产酸和产甲烷阶段的强化作用,并研究消化前后COD、VSS、氨氮以及上清液离子的变化。以初沉污泥与剩余污泥体积比4∶1、渗滤液添加量为15%的基质作为底物,投加不同浓度零价铁进行厌氧消化。结果表明:零价铁能有效提升协同厌氧消化系统中总挥发性脂肪酸产量、促进丙酸分解、进一步降解复杂有机物;当零价铁投入量为4 g·L~(-1)时,累计产甲烷量最高达189.65 mL·g~(-1)(以VSS计),相比对照组提升了30.1%,其产气速率符合一次函数和Scholl Canyon模型指数衰减规律;在25 g·L~(-1)和40 g·L~(-1)的高投加量零价铁条件下,产气高峰提前,但累计甲烷产量低于对照组;随着零价铁的投加量增加,COD降解率呈下降趋势,VSS降解率提升,氨氮变化不大;此外,消化液上清液中,正磷酸盐、硫酸根浓度明显减少,这与亚铁离子的混凝沉淀作用相关,同时也是削弱零价铁强化作用的原因之一。研究结果可为城市污泥和垃圾焚烧厂渗滤液协同厌氧消化提供参考。     

长链脂肪酸对餐厨垃圾厌氧消化产甲烷的影响

为研究中温条件下长链脂肪酸(LCFA)的含量及代谢对餐厨垃圾厌氧消化过程的影响,考察了LCFA添加量分别为0、0.6、1.2、1.8、2.4、3和3.6 g·L~(-1)条件下产沼气量、累积甲烷产量以及代谢中间产物挥发性脂肪酸/乙醇的浓度和组成。结果表明:在中温餐厨垃圾厌氧产甲烷的过程中,虽然LCFA也能够被微生物代谢转化生成甲烷,但LCFA的存在会对产甲烷过程造成一定程度的抑制作用;当其含量较低时抑制作用较为微弱,当其含量较高(2.4 g·L~(-1))时,甲烷产量及产甲烷速率都会受到较大影响;特别是当LCFA含量高于3.6 g·L~(-1)时,体系出现较强的抑制现象。通过实验累积值与理论甲烷产率的对比可以发现,LCFA含量越高的反应器中实验累积值/理论值的比值越低,表明有机物的转化效率越低。通过对厌氧过程中间产物的检测可知,LCFA含量越多的反应器中初期累积的挥发性脂肪酸浓度越高,当反应体系的LCFA浓度超过2.4 g·L~(-1)时,累积的乙酸和丙酸浓度较高,丙酸降解过程和乙酸代谢产甲烷的过程受到一定程度的延滞和抑制作用,降解速率低于正常水平,厌氧发酵的能力和效率受到影响。     

两级自养反硝化实现垃圾渗滤液的深度脱氮

针对目前生物工艺难以解决垃圾渗滤液深度脱氮的问题,探究了短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化(两级自养)工艺处理高氨氮、低C/N比垃圾渗滤液的脱氮效果。结果表明,当进水垃圾渗滤液中氨氮平均浓度为2 560 mg·L~(-1),COD值为4 000～5 000 mg·L~(-1)时,经过短程硝化反硝化-厌氧氨氧化处理后,总氮去除负荷可达1.19 kg·(m~3·d)~(-1)、总氮去除率可达93.1%(出水TN=176.3 mg·L~(-1))、COD去除率可达52.2%。但是,厌氧氨氧化反应器出水中NO_x~--N浓度为154.5 mg·L~(-1),仍未达到我国生活垃圾填埋场垃圾渗滤液处理排放标准(TN≤40 mg·L~(-1))。在厌氧氨氧化反应器之后串联硫自养反硝化,整体工艺最终出水NH_4~+-N、NO_2~--N、NO_3~--N平均浓度分别为1.9、0.6、9.7 mg·L~(-1),TN≤15 mg·L~(-1),进水总氮去除率为99.5%。在短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化两级自养深度脱氮反应系统中实现了垃圾渗滤液深度脱氮。     

厌氧-接触氧化工艺二级出水混凝除磷

为解决厌氧-接触氧化工艺处理生活污水除磷效果欠佳的问题,采用聚磷硫酸铁(PPFS)对该工艺二级出水进行混凝除磷实验研究。考察了PPFS投加量、初始p H值、温度、浊度以及与助凝剂(聚丙烯酰胺)复配对除磷效果的影响。研究表明,PPFS可有效降低出水TP浓度,当投加量为40 mg·L~(-1)时,TP浓度能从3.71 mg·L~(-1)降至0.34 mg·L~(-1)左右,满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A排放标准限值(TP≤0.5 mg·L~(-1))。利用PPFS对生物除磷工艺二级出水进行化学除磷是一种有效、可行的选择。     

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%。     

9种抗生素对污泥高温厌氧消化的急性抑制

通过急性抑制实验方法评价了9种抗生素(2种氨基糖苷类抗生素核糖霉素、链霉素,2种大环内酯类抗生素红霉素、螺旋霉素,2种四环素类抗生素四环素、土霉素,以及林可霉素、氯霉素和头孢唑啉)在2种浓度(25 mg·L~(-1)和50 mg·L~(-1))水平下对污泥高温(55℃)厌氧消化的急性抑制效果。结果表明,土霉素与链霉素在2种浓度水平下均未对高温厌氧消化产生急性抑制,而四环素与核糖霉素仅在50 mg·L~(-1)水平下导致甲烷累计产量分别下降了36.13%和17.50%。头孢唑啉、林可霉素、红霉素、螺旋霉素和氯霉素在25 mg·L~(-1)浓度水平下即表现出较强的急性抑制效果,其中25 mg·L~(-1)的林可霉素和氯霉素暴露系统中甲烷的累计产量分别下降了29.39%和19.88%,50 mg·L~(-1)浓度水平下进一步降低到51.27%和49.46%。而头孢唑啉、红霉素和螺旋霉素在25 mg·L~(-1)和50 mg·L~(-1)浓度水平下表现出相似的急性抑制效果,累计甲烷产量分别降低了43.03%~47.49%、40.60%~44.91%和54.61%~55.69%。高温厌氧消化前后挥发性有机酸的变化表明,林可霉素主要通过抑制丁酸互营氧化菌活性降低乙酸产量从而降低甲烷产量,50 mg·L~(-1)的核糖霉素主要抑制乙酸型产甲烷古菌活性,而红霉素、螺旋霉素、氯霉素、头孢唑啉和四环素可同时抑制产甲烷古菌和丁酸互营氧化菌活性。     

多壁碳纳米管短期作用对厌氧颗粒污泥的影响

研究了不同质量浓度(1、20和100 mg·L~(-1))多壁碳纳米管(multiwalled carbon nanotubes,MWCNTs)短期(7 d)作用对厌氧污泥系统的影响。结果表明:1、20和100 mg·L~(-1)的MWCNTs反应器出水中的COD、pH、VFA与对照组变化规律一致;其中,100 mg·L~(-1)的MWCNTs可以诱导更快的底物利用率。不同质量浓度MWCNTs反应器的产气量和甲烷体积分数与对照组之间相比无显著差异(P0.05)。运用修正Gompertz方程拟合甲烷产量曲线以及计算最大比产甲烷速率(U_(max,CH_4))和最大比COD去除速率(U_(max,COD))表明厌氧产甲烷菌产气特性没有受到MWCNTs的影响。实验研究结果为以后研究碳纳米管在厌氧废水处理中的影响提供了提供新的思路和方法。     

基于氨氮抑制效应的污泥厌氧产酸

以高含固污泥为研究对象,采用微波协同酸预处理该污泥,然后利用鸟粪石法去除超过相应浓度的氨氮,研究不同浓度氨氮对污泥厌氧产酸的影响。结果表明:氨氮浓度超过500 mg·L~(-1)时可以满足厌氧发酵微生物增殖生长的需要;鸟粪石法去除高含固污泥发酵液中过量的氨氮可以达到提高发酵产酸产量的目的,最高可达6 521.95 mg·L~(-1);半抑制浓度条件下,发酵过程中NH_4~+-N对厌氧发酵微生物均有不同程度的抑制,丙酸盐降解菌和异丁酸盐降解菌具有更为明显的抑制作用;未处理条件下可知随着NH_4~+-N浓度的上升,产氢产乙酸菌群和同型产乙酸菌群不仅受到抑制,且菌群间的互营机制可能也遭到不同程度的破坏。     

猪粪沼液的磁混凝预处理工艺优化及评估

以高悬浮物、高氮磷与高有机物的猪粪沼液为研究对象,采用磁混凝进行预处理,以浊度去除率为主要考察指标,结合单因素实验和正交实验,优化磁混凝工艺参数,并简要分析磁混凝机制及评估其作为沼液资源化利用的预处理工艺的效能。研究结果表明,优化的磁混凝条件是PAC、PAM、磁种的投加量分别为5 g·L~(-1)、120 mg·L~(-1)、3 g·L~(-1),转速为250 r·min-1。经磁混凝处理后,猪粪沼液的浊度、SS、COD、TP与PO34--P浓度降为2 235 NTU、 3.84 g·L~(-1)、10 302 mg·L~(-1)、133 mg·L~(-1)和62.58 mg·L~(-1),去除率分别为92.90%、84.42%、70.63%、91.90%和50.3%。同时,磁混凝对氨氮与K的去除率较低,分别为6.49%和16.12%,浓度分别为4 072.5 mg·L~(-1)和4 176 mg·L~(-1),利于后续的沼液资源化利用。磁种加载后在混凝过程中被絮体包裹,形成密实的磁絮体,显著提高了沉降性能,沉降时间由传统混凝的25 min降为5 min,同时污泥量显著减少。综上,磁混凝可高效削减沼液的悬浮物,且保留氮与钾等营养物质,促进沼液资源化利用。     

温度对城市生活垃圾和厌氧颗粒污泥联合厌氧发酵的影响

针对无锡市垃圾填埋场堆体厌氧发酵所存在的产气率低、氨氮浓度高的问题,以无锡市生活垃圾为原料,在添加厌氧颗粒污泥的情况下,探讨了不同发酵温度下(25、35和45℃)对城市生活垃圾厌氧发酵过程中渗滤液的化学需氧量(COD)、氨氮、挥发性脂肪酸(VFA)、渗滤液产量和产甲烷量的影响。结果表明,25、35和45℃条件下氨氮的最终浓度分别为2 450、2 650和3 000 mg·L~(-1),COD的去除率分别为60.9%、85.2%和80.1%,最大产甲烷速率分别为67、552和397 mL·d~(-1),沼气中甲烷的平均体积分数分别为39.4%、66.9%和53.2%,累积产甲烷量分别为2 906、19 004和14 286mL。以上结果表明35℃条件在能够缩短发酵周期,提高甲烷产量的同时,还能在一定程度减小渗滤液氨氮浓度,有助于减轻后续渗滤液处理的压力。     

矿化垃圾对污泥厌氧消化产甲烷的影响

在序批式厌氧反应器中探究了矿化垃圾对污泥厌氧消化产甲烷的影响。实验结果表明,矿化垃圾能够提高甲烷的产量并且提高甲烷的体积分数。当矿化垃圾投加量由0增加到5 g·L~(-1)时,甲烷的产量也由168.9 m L·(g VSS)-1(挥发性悬浮固体)增加到218.6 m L·(g VSS)-1,体积分数由60%增加至70%。然而继续提高矿化垃圾的投加量至7 g·L~(-1)对污泥厌氧消化造成一定的抑制作用。矿化垃圾的存在能够提高污泥中溶解性化学需氧量(SCOD)的溶出,挥发性脂肪酸的积累进而为产甲烷菌提供了充足的消化底物,从而提高了甲烷的产量。     

MFPAC混凝沉淀-矿化垃圾吸附预处理垃圾渗滤液

采用化学还原法制备纳米四氧化三铁,与聚合氯化铝(PAC)制备MFPAC磁性混凝剂,利用混凝沉淀-矿化垃圾吸附预处理垃圾渗滤液,用单因素变量法确定实验的最佳运行参数。结果表明:MFPAC磁性混凝剂对COD和色度的去除效果优于单独投加混凝剂PAC,在纳米四氧化三铁与PAC的质量比为1∶3、MFPAC的投加量为1.5 g·L~(-1)、搅拌条件为转速为300 r·min-1下搅拌60 s、溶液pH值为7.5(垃圾渗滤液原水的pH值)、絮凝时间为30 min的最佳运行条件下,COD由5 810 mg·L~(-1)降低到2 173 mg·L~(-1),色度由1 658倍降低到556倍,其COD去除率为62.6%,色度去除率为66.5%;利用矿化垃圾作为吸附剂处理MFPAC混凝处理后的出水,在矿化垃圾粒径小于2 mm、焙烧温度为700℃、吸附剂投加量为40 mg·L~(-1)、pH值为9的最佳条件下,经过12 h的处理,COD和氨氮的去除率分别为56.7%和68.4%,最终出水的COD和氨氮的浓度分别为941 mg·L~(-1)和343 mg·L~(-1);最终,MFPAC混凝沉淀-矿化垃圾吸附工艺对垃圾渗滤液COD、色度和氨氮的去除率分别为83.8%、78.5%和74.3%。     

UV-Fenton、Fenton和O_3氧化法处理垃圾渗滤液反渗透膜浓缩液的对比研究

对比分析了UV-Fenton法、Fenton法和O_3氧化法对垃圾渗滤液反渗透膜浓缩液的处理特性。结果表明:UVFenton法最佳反应条件为反应时间120 min,pH为4.0,H_2O_2和Fe(II)的投加量分别为6 000 mg·L~(-1)和3 000 mg·L~(-1);Fenton法最佳反应条件为反应时间90 min,pH为4.0,H_2O_2和Fe(II)的投加量分别为10 000 mg·L~(-1)和4 000 mg·L~(-1);O_3氧化法最佳反应条件为反应时间90 min,pH为8.0,O_3投加量为5 g·L~(-1)。在上述反应条件下,UV-Fenton法、Fenton法和O_3氧化法对垃圾渗滤液反渗透膜浓缩液的COD去除率分别为72%、60%和68%,对TOC和总氮(TN)均有较好的去除效果,但是对NH_4~+-N去除不佳。UV-Fenton法和Fenton法对于总磷(TP)的去除优于O_3氧化法。     

臭氧预处理对剩余污泥特性及厌氧消化的影响

研究了臭氧预处理对剩余污泥特性及厌氧消化的影响,考察了臭氧投加量对污泥特性的影响,并进行了预处理后污泥厌氧消化产气的实验。结果表明,当臭氧处理时间为15 min时,污泥上清液中SCOD含量达到最高为1 006.08 mg·L~(-1),较未处理污泥提高了420.85%。污泥上清液中蛋白质和多糖含量在臭氧处理时间为10 min时达到最高。氨氮的含量在15 min时达到最大值。三维荧光结果显示随着臭氧投加量的增加污泥中的富里酸类物质有不同程度的减少,在臭氧处理时间为20 min时富里酸类物质减少量最为明显。显微镜和扫描电镜结果显示随着臭氧投加量的增加污泥中的微生物细胞结构受到了不同程度破坏。厌氧消化结果显示当臭氧处理时间为10 min时,污泥产甲烷率达到最高为318.39 m L·(g·VS)-1,较空白对照组提高了396.00%。     

2种启动方式下CSTR厌氧甲烷发酵系统的运行特性比较

厌氧产甲烷菌生长缓慢,对生境环境尤为敏感,其富集难且慢,所以厌氧反应器的快速启动一直是热点研究问题。为摸清连续流搅拌槽式反应器(CSTR)处理糖蜜废水的适宜启动条件和调控方法,比较了两种启动方式下CSTR厌氧甲烷发酵系统的运行特性。结果显示,以啤酒废水污水处理车间的剩余污泥为种泥,在HRT为18 h、温度35℃条件下,进水COD为4 000 mg·L~(-1)时直接启动CSTR厌氧反应器,系统因挥发酸积累,产甲烷菌群活性受限,难以富集培养,经过近103d的运行,系统未形成高效的厌氧甲烷发酵微生物菌群结构体系;而当采用保持HRT18 h不变,进水COD阶段性提升至4000 mg·L~(-1)的启动方式时,产甲烷菌群活性较高,能在较短时间内得到有效富集和培养,CSTR能成功培养具有完整甲烷发酵功能的微生物菌,COD去除率可在65 d内达到56%,反应器成功启动。     

蒸发浓缩预处理黄姜皂素水解废液

针对黄姜皂素水解废液有机物浓度高、酸度高、可生化性差等特点,采用常压蒸发浓缩法预处理黄姜皂素水解废液,研究了初始pH值和浓缩倍数对废液主要污染物蒸发浓缩效果的影响。结果表明:初始pH值对蒸出液COD、氨氮、VFA浓度变化影响较大。pH7时,COD和乙酸浓度分别由4 045 mg·L~(-1)、1 742 mg·L~(-1)快速降低到980 mg·L~(-1)、82.9 mg·L~(-1);氨氮浓度在25 mg·L~(-1)处波动;pH7时,COD浓度在1 000 mg·L~(-1)处波动,乙酸由82.9 mg·L~(-1)缓慢降低到6.4 mg·L~(-1),氨氮浓度由26.2 mg·L~(-1)快速升高到207 mg·L~(-1)。浓缩倍数对蒸出液污染物浓度影响也很大。浓缩2~10倍,COD、氨氮、乙酸浓度分别由980、26.2、82.9 mg·L~(-1)升高到3 372、141、2 250 mg·L~(-1),对应占其污染物总量的百分比由0.66%、1.91%、1.46%升高到4.08%、18.5%、71.5%。考虑工艺设备耐腐蚀性、蒸发能耗、耗时和处理效果等因素,选择初始pH=7、浓缩5~7倍比较适宜。蒸出液经过适当处理可做工艺回用水,达到废水处理资源化、减量化的目的。