微好氧预处理对市政污泥厌氧消化产甲烷的影响

针对目前市政污泥处理资源化与减量化效率低的问题,利用微好氧预处理技术进行预处理,提高其甲烷产量。利用有机物溶出效率、VSS减量、甲烷产量3项指标对预处理效果进行了评价;研究了不同参数条件下微好氧预处理对市政污泥厌氧消化产甲烷的影响;探讨了微好氧预处理对污泥胞外聚合物的影响。结果表明,微好氧预处理可以促进污泥溶解性有机物释放、提高VSS去除率;在最佳反应条件下(曝气强度0.30m3·(min·m3)-1、预处理时间12 h),相对于未经过预处理的工况,甲烷产量可提高26.77%;微好氧预处理对剩余污泥活性细胞的影响主要发生在胞外聚合物部分,同时也存在对活性微生物的破解作用。市政污泥经过微好氧预处理后,可有效提升后续中温厌氧消化或高温厌氧消化的甲烷产量。     

热碱预处理对高含固剩余污泥厌氧消化的影响及其动力学研究

以高含固剩余污泥为研究对象,考察不同碱投加量下热碱联合预处理对剩余污泥溶胞效果和厌氧消化性能的影响,并运用3种动力学模型对剩余污泥生物化学产甲烷潜力过程进行模拟。结果表明,热碱联合预处理有助于促进剩余污泥的溶胞效果,并且随着碱投加量的增加,溶胞效果不断增强,当碱投加量为80mg/g(单位质量SS的NaOH投加量计)时,COD、氮、磷的溶出量均达到最大值,分别为58 622.2、1 792.8、790.3mg/L,溶出率分别为54.9%、45.7%、37.6%。热碱联合预处理可有效改善剩余污泥厌氧消化性能,但碱投加量过大时对可能对产甲烷过程带来抑制作用,碱投加量为60mg/g时剩余污泥厌氧消化的累积产甲烷量最大,为158.9mL/g,较不进行热碱联合预处理的空白组(106.5mL/g)高49.2%。3种动力学模型中,锥体模型对厌氧消化产甲烷过程的拟合效果最好,不同处理条件下模型拟合相关系数R~2均在0.990以上,该模型可准确预测最终的累积产甲烷量,预测误差均在2%以下。     

臭氧预处理—厌氧消化工艺促进剩余污泥减量化的研究

主要研究了臭氧氧化对剩余污泥的破解效果及污泥厌氧消化效率的影响.结果表明,随着臭氧投加量的增加,悬浮物(SS)、可挥发性悬浮物(VSS)逐步减少,而剩余污泥上清液中的溶解性COD(SCOD)、总有机碳(TOC)、蛋白质和多糖则明显增加.经臭氧预处理(臭氧投加量为0.050 g(以每克SS计))后,剩余污泥中温(35℃)厌氧消化效率明显提高,经65d稳定运行后,总挥发性固体(TVS)去除率为67.58％,与未经臭氧预处理的剩余污泥相比提高50.61％;甲烷平均产率为0.303 L(以每克TVS计),与未经臭氧预处理的剩余污泥相比提高54.59％.可见,臭氧预处理能有效促进污泥厌氧消化,从而达到污泥减量的目的.     

超声与次氯酸钠耦合预处理剩余污泥的中温厌氧消化效果

以某城市污水处理厂剩余污泥为对象,通过实验研究了超声与次氯酸钠预处理对污泥的溶胞效果,以及对后续厌氧消化的影响。结果表明,超声与次氯酸钠耦合作用最优操作条件为超声声能密度1.0 W/mL,作用时间50 min。在此条件下,次氯酸钠投加量为4.023 mg/g SS时,对污泥厌氧消化改善效果最明显,剩余污泥产气率及甲烷含量较对照组分别提高了69.73%和10%。同时污泥VSS去除率由11.11%提高到21.24%,在一定程度上实现了污泥减量。     

基于不同破解方法的市政污泥厌氧消化产气量优化

污泥溶胞破解是提高污泥厌氧消化产气量的重要手段。实验比较了热预处理、碱预处理、热碱预处理以及电化学热处理4种破解方法对市政污泥厌氧消化产气量的优化效果,通过分析比较沼气累积产量、日产气量、日产气速率和CH_4在沼气中的含量占比等指标得出实验结果和结论。结果表明,不同的破解方法对市政污泥厌氧消化产气量的优化程度是不同的,其中,电化学预处理破解方式的沼气累积产量最多,为648 L·kg~(-1)(以VS计),同时其CH_4在沼气中的含量也最多,从5 d后的56.2%一直持续上升到40 d后的64.8%,表明该种方式对于市政污泥厌氧消化产气量的优化是较为理想的。     

γ-射线辐照法改善城市污水厂剩余污泥厌氧消化特性的研究

采用γ-射线辐照法对城市污水厂剩余污泥进行预处理,从固体组分、可溶性组分及厌氧产气量等角度来探讨γ-射线辐照法改善城市污水厂剩余污泥厌氧消化特性的可行性.结果表明,经γ-射线辐照处理后,污泥的平均粒径减小,在辐照剂量为6.51～30.75 kGy范围内,粒径的减小率达30%～50%;可溶性有机组分随着辐照剂量升高而增加,当辐照剂量为19.4 kGy时,SCOD增加率达552.5%;与未辐照相比,污泥经2.48、6.51、11.24 kGy辐照处理后,厌氧消化累计产气量分别增加8.89%、19.74%和35.81%.γ-射线辐照法是一种有效的改善污泥厌氧消化特性的方法,11.24 kGy左右的剂量可作为污泥预处理的最佳剂量.     

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.     

蒸汽爆破对脱水污泥溶解性和厌氧消化性能的影响

利用蒸汽爆破装置对脱水污泥进行了预处理,研究蒸汽爆破对污泥溶解性和厌氧消化性能的影响。结果表明,经汽爆处理后污泥的絮体结构遭到部分破坏,1 MPa条件下的汽爆污泥液相中可溶性糖、挥发性脂肪酸和DNA的浓度较原污泥分别提高了806.38%、577.36%和300%,BOD5/TCOD上升了35.58%;厌氧消化过程中累积产气量和甲烷平均含量分别为320 m L和42.32%,比未处理污泥提高了611.11%和726.56%;VFAs和氨氮平均浓度分别达到107.0 mg/L和1 758.7 mg/L。同时,压强升高可进一步改善污泥溶解性和厌氧消化性能。     

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％.     

污泥预处理强化厌氧水解与产甲烷实验研究

污泥传统厌氧消化因水解瓶颈而导致有机物转化甲烷产率低下.选择适当工况对污泥实施预处理可同时实现对污泥中木质纤维素破稳和污泥微生物细胞破壁,从而释放出较多溶解性COD(SCOD),使有机物水解变得容易进行,最终导致甲烷产率大幅提高.本研究通过热水解(T=150℃,t=30 min)、超声波(P =500 W,t=2 h)、碱解(pH =13,t=2h)和酸解(pH =2,t=2 h)等4种预处理方式对原污泥实施最优工况预处理,分别获得了50.9％、39.1％、31.0％和22.4％的COD溶出率.对预处理后污泥进行传统条件下(SRT =20 d)厌氧消化,分别获得了53.6％、40％、26.8％和24％的甲烷产率(mL/g VSS)增量.同时,预处理后污泥中木质纤维素类物质降解率亦大大增加.缩短SRT(10 d)会导致传统厌氧消化甲烷产率急剧减少,但是,污泥预处理却非常有利于甲烷产率的提高,因此可通过外在预处理方式来逾越内在厌氧水解的瓶颈.     

添加餐厨油脂对高含固污泥热水解及厌氧消化的影响

针对高含固污泥热水解传热差的问题,通过向剩余污泥中添加餐厨油脂协同污泥热水解以达到加速热水解过程的目的,探究了热水解时间和油脂添加量对污泥有机物水解及中温(35±1)℃厌氧消化性能的影响。结果表明:油脂与污泥协同热水解可有效促进污泥中不溶态有机物的水解,当热水解温度为165℃、水解时间为90 min时,油脂与污泥的质量比为0.4∶1时,有机物水解效果最佳;添加油脂能提高热水解速率,当油脂与污泥的质量比分别为0.2∶1、 0.4∶1、 0.6∶1时,污泥中不溶态有机物的水解速率分别提高了23.30%、 43.63%和62.98%;油脂的添加可提高甲烷产量和产甲烷速率,但会延长延滞期,综合考虑热水解与厌氧消化的性能,建议预处理时间为90 min、油脂与污泥的质量比为0.2∶1为最佳条件。添加餐厨油脂可加速高含固污泥的热水解过程,有助于实现污泥的高效处理。     

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%。     

污泥加热预处理对中温厌氧消化的影响

对污泥加热预处理给中温厌氧混合消化和污泥单独消化带来的影响进行了研究.研究结果表明,污泥加热预处理有利于提高混合消化对 COD 的去除率,尤其是 SCOD 的去除率由 77%增长到 93%,但不利于 TS 和 VS 的去除;而对污泥单独消化,预处理则不利于有机物的去除.采用加热预处理后的污泥进样,混合消化和污泥单独消化的甲烷产气量均有所提高.     

热水解预处理对剩余污泥可生物降解性的影响

针对剩余污泥可生物降解性差的问题,以热水解作为预处理手段,研究了其对剩余污泥可生化性的提高作用。热水解在175℃,0.6~0.8 MPa条件下进行30 min。结果表明,剩余污泥经热水解后,水解率可达48%,挥发性脂肪酸浓度提高7~8倍,COD当量平均7 800 mg·L~(-1),生化产甲烷潜力提高43%左右。厌氧消化实验中,组合有热水解预处理的温度两相工艺和中温单相工艺容积产甲烷率为0.760和0.719 L·(L·d)-1,甲烷产率为0.288 L·g-1和0.255 L·g-1,均显著高于传统中温单相工艺的0.376 L·(L·d)-1和0.138 L·g-1。组合工艺的挥发性有机物去除率为48.64%和46.51%,比传统工艺高8%~11%。比甲烷产率提高约50%,表明这些被转化的有机物较传统工艺中被转化者产能更多。工艺对比发现,虽然热水解联合温度两相工艺效率最高,但热水解联合中温单相工艺几乎同样高效且工艺更简单实用。     

蓝藻与污泥混合厌氧发酵产沼气的初步研究

为了实现太湖蓝藻打捞后的快速处置，对厌氧颗粒污泥、消化污泥、剩余污泥与蓝藻混合厌氧发酵产沼气进行了研究。结果表明，蓝藻与污泥混合可以有效促进沼气发酵。在蓝藻与厌氧颗粒污泥物料比为6∶1时，产气效果最佳，沼气产率为73 mL/g VS，平均甲烷含量为69%，最大产气速率为138 mL/d，累计产甲烷量为50 mL CH₄/g干物质，分别是蓝藻与消化污泥、剩余污泥混合发酵时的1.5倍和2.3倍。厌氧颗粒污泥、消化污泥、剩余污泥与蓝藻混合，其VS降解率为11.40%～13.73 %，COD减少了27.97%～46.38%。厌氧发酵对蓝藻藻毒素的含量有较大影响，分别从356、366和244 μg/L降低到检测限5 μg/L 以下。     

低频超声波预处理污泥的实验研究

污泥水解是污泥厌氧消化过程中的限速步骤,为提高污泥厌氧消化效率,采用低频超声波技术对污泥进行预处理,考察超声波作用时间以及声能密度对污泥预处理效果的影响.结果表明,低频超声波预处理可分散污泥絮体,使污泥内有机物大量溶出,提高污泥的厌氧消化性能.延长超声波作用时间或增加声能密度均有助于污泥中有机物、氮、磷等物质的释放.当超声波声能密度为0.138 W/mL时,超声波作用20 min后,上清液溶解性COD(SCOD)、TN、TP分别为初始的11.7、4.1、9.9倍.挥发酸(VFA)的增加量取决于超声波频率,低频超声波对VFA无显著影响.超声波预处理对污泥絮体有很强的破碎作用,使胞外聚合物(EPS)溶解释放,当声能密度为0.034、0.069、0.138 W/mL时,超声波作用20 min后,污泥上清液中的蛋白质质量浓度由初始的28.3 mg/L分别增加到79.4、108.7、142.9 mg/L;糖类质量浓度由初始的41.2 mg/L增加到142.7、175.8、240.4 mg/L.     

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。     

土霉素对剩余污泥中温厌氧消化的短期和长期影响

在中温(35℃)条件下,考察了土霉素(OTC)对剩余污泥厌氧消化的短期和长期影响。在短期影响实验中,采用间歇实验装置研究了OTC浓度为5、50和500 mg/L时对累计甲烷产气量的影响。结果表明,50 mg/L的OTC短期暴露下中温厌氧消化污泥的产甲烷活性会受到急性抑制,但经过141 h的驯化后系统能够恢复产气,表明中温厌氧污泥经过驯化后,可处理含高浓度OTC的剩余污泥。采用完全混合反应器进行了为期230 d的OTC长期影响实验,反应器进泥中OTC浓度从0 mg/L逐步提高为40、200和1 000 mg/L,通过定期监测产气量、甲烷含量和挥发性脂肪酸等指标来表征反应器的运行状况。当OTC浓度≤200 mg/L时系统产气量和气体中甲烷含量稳定并且消化液中挥发性脂肪酸未出现累积,表明厌氧系统未受到影响。但在OTC浓度为1 000 mg/L时运行43 d(2个污泥停留时间)后,污泥中发酵产酸细菌类群代谢活性受到抑制,导致系统产气量下降。上述结果表明,经过驯化,中温厌氧消化系统可处理OTC浓度≤200 mg/L的剩余污泥。     

γ-射线辐照法改善城市污水厂剩余污泥厌氧消化特性的研究

采用γ-射线辐照法对城市污水厂剩余污泥进行预处理，从固体组分、可溶性组分及厌氧产气量等角度来探讨γ-射线辐照法改善城市污水厂剩余污泥厌氧消化特性的可行性。结果表明，经γ-射线辐照处理后，污泥的平均粒径减小，在辐照剂量为6．51-30．75kGy范围内，粒径的减小率达30％-50％；可溶性有机组分随着辐照剂量升高而增加，当辐照剂量为19．4kGy时，SCOD增加率达552．5％；与未辐照相比，污泥经2．48、6．51、11．24kGy辐照处理后，厌氧消化累计产气量分别增加8．89％、19．74％和35．81％。γ-射线辐照法是一种有效的改善污泥厌氧消化特性的方法，11．24kGy左右的剂量可作为污泥预处理的最佳剂量。     

浮萍与剩余污泥厌氧消化产沼气实验

为了提高浮萍厌氧消化产沼气能力,对比浮萍和剩余污泥的单独以及混合厌氧消化过程的产气情况,得到当两种底物混合厌氧消化时,具有互补优势,缩短了产甲烷过程的酸化期,累积产气量实际值比计算值提高11%。此外,研究底物的预处理以及底物与接种物比例对厌氧过程的影响,结果表明,浮萍经热碱预处理后比未处理组甲烷产量增加了8%,且厌氧消化产沼气时间缩短;当底物与接种物比例为1∶1时,整个反应过程的pH维持在6.00以上,利于产甲烷过程,体系中积累的挥发性脂肪酸(VFAS)最多,且获得的总沼气产量和总甲烷产量最大,分别为3 309 m L和1 883 m L,比最低的1∶2.5组分别高出151 m L和304 m L。