柠檬酸污泥热碱预处理厌氧发酵产酸研究

文章对食品发酵工业产生的柠檬酸废水剩余污泥进行热碱预处理后,同时采用批次与半连续运行方式进行污泥厌氧发酵实验,分析了污泥发酵液中挥发性脂肪酸（VFAs）、有机质、荧光组分、氮磷,以及污泥中的有机物含量、脱水性能和微生物群落的变化。响应面优化结果确定了柠檬酸污泥热碱处理的最佳条件为62℃,pH=10.6,处理1 h。热碱预处理使溶解性化学需氧量、溶解性总有机碳和蛋白质（PN）、多糖（PS）等浓度分别提高4.75倍、2.94倍、12.67倍、15.49倍,加快了厌氧发酵中VFAs的产生,其中前3 d总VFAs浓度上升速度最快,浓度为(6 194.96±411.91) mg/L(以COD计);为保证VFAs底物充足,半连续组调整污泥发酵时间为3 d,物料更换率为1/3(SRT=9 d),虽然VFAs相比批次组有所降低,但仍呈上升趋势且乙酸浓度仍占VFAs的50%左右。荧光分析结果表明色氨酸类蛋白质、腐殖酸类物质、富里酸类物质为主要荧光物质。热碱预处理会使总磷提高2.23倍,但随着产酸的进行会不断降低,而NH3-N随PN降解不断升高后基本保持不变。污泥的脱水性能将直接影响VFAs产量,而发酵后...     

城镇污水厂剩余污泥厌氧发酵产酸工程示范研究

鉴于污泥厌氧发酵产酸技术的生产规模性研究较少,为深入了解城镇剩余污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸（VFAs）工程的长期运行特征,基于0.3 t/d规模的生产线平台进行了为期240 d的稳定运行研究,考察了长期运行条件下的污泥预处理效果、产酸水平、VFAs回收和经济可行性.结果表明:污泥经热-混碱预处理后溶解性有机物浓度〔ρ（SCOD）,以溶解性COD计〕比原污泥提高了29倍,水解率达到56%.当ρ（TSS）（TSS为总悬浮固体）分别为30和70 g/L时,污泥预处理水解率分别为56%和59%;厌氧发酵产酸率〔以每g污泥有机物生产多少mg VFAs计,R_VFAs〕分别为277和256 mg/g;ρ（TVFAs）（TVFAs为总挥发性脂肪酸）最高可达9.1 g/L,其中乙酸占61.6%.采用聚合氯化铝（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）联合调理能够有效提高发酵污泥的脱水性能,与对照组相比,泥饼的含水率由84.8%降至64.0%,发酵液的回收率由33.7%升至75.7%.经济效益分析表明,设置处理规模为100 t/d时,运行成本为346.6元/t,收益为451.4元/t.研究显示,城镇污水厂剩余污泥厌氧发酵产酸生产线运行稳定,能够实现较好的有机物生物转化与资源化效果,经济可行,具有显著的应用前景.      

高压均质对蓝藻有机质释放与厌氧发酵产酸的促进效果

为提高蓝藻在厌氧发酵过程中的资源化利用率,采用高压均质技术处理蓝藻以提高其厌氧发酵产VFAs（挥发性脂肪酸）的效率,通过对蓝藻进行不同压力和pH的高压均质处理,比较处理后蓝藻营养物质的释放情况,并确定该处理的优选运行条件;同时,对未处理蓝藻、高压均质蓝藻、热碱蓝藻进行厌氧发酵试验,评估高压均质处理对蓝藻发酵产酸效果的影响.结果表明:不同条件下高压均质的蓝藻所释放的有机质均较处理前有所提高,其中高压均质的优选条件为压力100 MPa和pH=11,该条件下ρ（SCOD）（SCOD为溶解性化学需氧量）可达22.74 g/L,比对照组提高了52.34倍.在厌氧发酵试验中,高压均质处理在促进有机质释放的同时,还可以提高底物的可生化性,进而提升产酸量.高压均质蓝藻产VFAs的质量浓度最高达8.22 g/L,是对照组的2.16倍.另外,高压均质处理蓝藻的CST（毛细吸水时间）由热碱预处理蓝藻的2 940 s降至1 940 s,减缓了有机质释放带来的脱水性能的恶化趋势.研究显示,高压均质预处理能够提高蓝藻细胞有机质释放、改善碳源可生化性、促进厌氧发酵产酸量,并且降低了分离回收碳源的难度.      

市政污泥发酵产VFAs的预处理工艺研究进展

市政污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸(VFAs)强化城市污水脱氮除磷是污泥处理、处置的有效方式之一,实现了污水处理行业“以废治废”的目的。水解环节是污泥发酵产酸的限制性步骤,对污泥进行预处理提高污泥水解效率是解决污泥发酵产酸产率和产量低的有效途径之一。目前报道的污泥预处理方法众多,改善发酵过程的机理和效果不尽相同。总结和对比分析了目前常见的促进污泥发酵产VFAs的预处理工艺,阐述了各预处理工艺的原理、特性和应用效果,对比分析了其经济成本,综合分析了当前存在的问题,并对未来发展方向进行了展望,以期为污泥发酵产酸工程方案设计和优选提供文献借鉴。     

pH值调控柠檬酸污泥厌氧发酵产酸及碳源潜力研究

以柠檬酸废水厌氧颗粒污泥为接种物,在不同pH值调控条件下开展柠檬酸生产废水剩余活性污泥厌氧发酵产酸研究。通过对发酵液挥发性脂肪酸(VFAs)、有机质、氮磷和污泥脱水性能的分析,探讨了柠檬酸污泥厌氧产酸机制。结果表明,pH³10的碱性条件更有利于有机质的溶出从而促进VFAs的产生。三维荧光光谱分析发现在恒定pH值下腐殖酸(HA)和富里酸(FA)会大量溶出降低VFAs的产量。初始pH=10是柠檬酸污泥厌氧产酸的最佳pH值,发酵4d的VFAs浓度最高达(6681.47±126.82)mg COD/L,是文献报道中市政污泥产酸量的近2倍,其中乙酸占比49.8%,发酵后产酸功能菌Chloroflexi、Bacteroidota的相对丰度分别由初始的9.52%、10.87%增至16.84%、14.39%,污泥归一化毛细吸水时间(n_CST)为(11.34±0.27)s×L/g,脱水性能良好,发酵液TP浓度为(20.45±0.33)mg/L。研究表明,利用柠檬酸剩余活性污泥碱性厌氧发酵产酸作为污水处理过程中的外加碳源具有较大潜力。     

不同初始pH值下磷钼酸对剩余污泥厌氧发酵产酸的影响

磷钼酸作为一种绿色的强氧化剂,可以促进剩余污泥(WAS)厌氧发酵产酸过程中的水解阶段并能有效抑制产甲烷菌群,但其与pH值调节共同作用对挥发性脂肪酸(VFAs)的产生情况仍然未知.本研究提出调控初始pH值(7,8,9,10)以优化磷钼酸预处理下的WAS厌氧发酵产酸的方法,结果表明,提高初始pH值有利于污泥有机质的溶出,可与磷钼酸共同促进VFAs的产生.特别在初始p H=10时,最大VFAs的产量(1588.7mg COD/L)是未调控初始pH值(778.1mgCOD/L)时的2.0倍,乙酸含量占比更是达到了48.7%.综上,磷钼酸与碱性条件对污泥厌氧发酵过程起联合协同促进作用,对提高VFAs产量具有一定的可行性.     

温度对超声波与碱促进污泥厌氧产酸的影响

课题组前期研究表明,超声波和碱联合作用可显著促进污泥厌氧发酵产酸。在此基础上,该研究专门考察了温度对超声波与碱联合促进污泥发酵产酸的影响。研究结果发现,在10~37℃范围内,挥发性脂肪酸(VFAs)的产量随着温度的升高而增加,10℃条件下,VFAs产量为1 078 mg/L,37℃时,VFAs产量提高到3 705 mg/L。当温度提高到55℃时,VFAs产量反而下降至2 469 mg/L。机理研究表明,10~55℃范围内,碱性磷酸酶、酸性磷酸酶、α-葡萄糖苷酶和蛋白酶4种水解酶的活性随着发酵温度的升高而逐渐增强,有利于污泥中大分子有机物向小分子有机物的转化,与产乙酸、丙酸和丁酸密切相关的产酸酶的活性均在37℃时最高,55℃条件下各产酸酶活性较37℃均有大幅度下降。温度对水解产酸反应动力学的研究表明,在温度不高于37℃的条件下,产酸动力学参数随着温度的提高而增大,继续提高温度则减小,这正是VFAs产量在37℃时最高,55℃时显著下降的原因所在。     

正交设计优化剩余污泥厌氧发酵产生VFA的条件

为了充分利用污泥厌氧发酵液中的挥发性脂肪酸(VFA),设计L9(33)正交试验,研究了pH、发酵温度、发酵天数3个因素对污泥厌氧发酵产生的VFA总量及其组分的影响。通过VFA总量、乙酸、丙酸含量的综合比较,得到调节初始pH是对污泥厌氧产酸过程影响最大的因素,其次为发酵天数,而发酵温度的影响最小。最优条件组合为调节初始pH为11,发酵温度为30℃,发酵时间3 d。在正交试验基础上进行了不同pH下的单因素试验,确定出使VFA产量及其组分优化的组合为初始pH为10,发酵温度为30℃,发酵时间3 d,VFA产量达到332.31 mg/L,其中乙酸占82%以上。     

酸性预处理污泥厌氧发酵产氢

通过批量试验系统研究了酸性预处理污泥厌氧发酵产氢情况.研究结果表明,通过酸性预处理,不仅对耗氢菌起到抑制作用,还能起到一定的融胞作用,使污泥中溶解性的糖和蛋白质的含量增加,促进厌氧发酵产氢;酸性预处理污泥厌氧发酵主要降解的有机物质为蛋白质,糖类次之.最佳的酸性预处理条件为调整原污泥pH=3.0放置24h;经过pH=3.0酸性预处理后调节初始pH=11.0的条件下厌氧发酵产氢,其最大累积产氢量最高,为14.66 mL.     

污泥厌氧发酵产氢的影响因素

污水生物处理过程中产生大量剩余污泥, 通常采用厌氧发酵处理并获取甲烷气体. 产氢产酸是污泥厌氧消化过程中的一个中间阶段. 本研究考察了原污泥和经碱处理的污泥在不同初始pH(3.0～12.5)条件下的产氢效果, 以及污泥性质和污泥浓度等对产氢效果的影响. 结果表明, 当初始pH为11.0时污泥发酵的产氢率达到最大值.采用原污泥发酵产氢时, 在初始pH为11.0的条件下发酵产氢获得的最大产氢率为8.1 mL/g, 而经碱处理的污泥在同样初始pH的条件下发酵产氢可将其产氢率提高一倍左右, 达到16.9 mL/g. 污泥经碱处理后厌氧发酵4d无甲烷产生, 且可有效地降低氢气消耗的速率. 另外, 污泥的VSS/SS值过低时会大大降低污泥的产氢率, 而污泥浓度对产氢率无明显影响.     

pH值对化学－生物混合污泥厌氧发酵释磷的影响

以污水处理厂化学除磷工艺产生的常见化学磷(AlPO4和FePO4)沉淀为研究对象,考察了两种化学磷分别与剩余活性污泥(即生物污泥)混合厌氧发酵过程中化学磷和生物磷的释放情况.结果表明:在纯水中,AlPO4在强酸强碱条件下均能释出部分磷,FePO4只在强碱条件下才能溶解释磷.在(35±1)℃,不同pH值下将含AlPO4的混合污泥厌氧发酵时,强酸性厌氧发酵能释出较多的化学磷,但微生物活性被抑制,不利于发酵产酸;碱性发酵(pH=10~11)能释出28%~55%的化学磷,43%~49%的生物磷,总释磷量比中性条件下高17.5%~62.7%,同时利于发酵产酸,维持pH 10和11时产酸量分别比中性条件高233%和117%;对于含FePO4的混合污泥厌氧发酵,中性条件下即能释放FePO4中40%的磷和生物污泥中50%的磷,释磷量高于pH=11的碱性厌氧发酵释磷量.     

pH值调控对柑橘废渣与污泥厌氧共发酵产酸影响

为提高挥发性脂肪酸(VFA)的产量,探究了柑橘废渣和剩余污泥不同VS(挥发性固体)配比及调控发酵过程pH值对产VFA性能的影响.结果表明:调节共发酵系统pH值为6对VFA的积累有促进作用,柑橘废渣VS/剩余污泥VS为2时的最大VFA产量为11183.12mg/L,是未控制pH值组最高VFA浓度的1.75倍.柑橘废渣中的橘皮精油能抑制产甲烷过程,发酵过程控制pH值则强化这种抑制作用.加入柑橘废渣后,共发酵系统的菌群结构优势显著,产VFA相关微生物种群大量增加,而消耗乙酸的产甲烷菌群减少,从而有利于VFA的积累.研究结果将为优化柑橘废渣与剩余污泥厌氧共发酵产VFA提供理论依据.     

基于pH调控的城市污泥厌氧发酵产酸小试研究

本研究设计了热碱预处理-半连续流厌氧发酵污泥处理工艺,探究了p H对热碱预处理污泥产酸性能的影响,同时对发酵液作为碳源回用于污水厂强化脱氮除磷进行了质量衡算.在30 L厌氧发酵罐中考察了偏中性(p H=6.5)和碱性(p H=10.0)条件下热碱预处理污泥发酵的挥发性脂肪酸(VFA)产生及分布、蛋白质及碳水化合物的消耗和氮磷释放情况.结果表明,污泥热碱预处理-半连续流厌氧发酵工艺的VFA产量稳定,在p H为6.5和10.0的条件下,发酵罐中平均VFA产率分别为333.29 mg·g-1(以每g VS产生的COD(mg)计,下同)和250.64 mg·g-1,p H为6.5时产酸更稳定,且产量较高,但碱性条件更适合产乙酸.两种p H条件下的SCOD、溶解性蛋白质、溶解性多糖、氮和磷的释放都无较大差异.质量衡算结果表明,以处理量为50000 m3·d-1的城市污水处理厂为例,其产生的污泥经过热碱预处理-半连续流厌氧发酵产酸工艺,产生的VFA能够满足该污水处理厂脱氮除磷提标改造的碳源需求.     

pH对厨余垃圾厌氧发酵产酸的影响

在接种比例为4∶1,温度为37℃的条件下,采用污泥加热灭菌的方法,研究初始pH对厨余垃圾厌氧发酵产酸的影响.结果表明,发酵产物的组成与pH有关,乙酸在不同的pH条件下总为主要产物;当pH=7时,乙酸和VFA产量在第5天达到最大值11.91 g/L和17.44 g/L,气体组分中CO2是主要成分COD去除率达到35.3%...     

pH对剩余污泥厌氧发酵产生的COD、磷及氨氮的影响

城市污水处理厂产生的污泥按照来源的不同可以分为初沉污泥和剩余污泥,通过采用控制pH值的方法,在20～22℃条件下,研究了剩余污泥在不同pH条件下厌氧发酵的情况.结果表明:将剩余污泥的pH值控制为8.0～10.0,在20d的厌氧发酵时间内,溶出的COD(SCOD)要大于pH为5.0～7.0,特别是pH=10.0和pH=11.0时的SCOD值是pH=6.0时的10倍左右,并且第8d产生的挥发性脂肪酸(VFA)也为碱性条件大于酸性条件;但酸性条件下溶出的磷及氨氮大于碱性条件.     

基质投加方式对污泥碱性发酵性能的影响

为了研究低温条件(15±2)℃下投加方式对剩余污泥碱性发酵的影响,将剩余污泥分别在NaOH、KOH、Ca(OH)2和混合碱(Ca(OH)2和KOH) 4种碱性(pH=10±0.2)系统中进行发酵,并在系统稳定后依次改变污泥投加方式(1次投加污泥、平均2次投加和平均3次投加),分别对发酵体系的剩余污泥溶液化、溶解性蛋白质、溶解性多糖、挥发性脂肪酸(SCFAs)和关键酶(水解酶和辅酶420(F420))进行研究.研究发现,4种碱性发酵体系中,不同投加方式对剩余污泥的水解和酸化性能具有显著的影响,其中SCOD随着污泥投加次数的增加略有减小,但是发酵液中可溶性的蛋白质和多糖有增加趋势.水解酶活性随着污泥投加次数的增加而降低,但是在NaOH和KOH发酵体系中,辅酶420随着投加次数的增加而增大,混合碱发酵体系中其活性基本不变,而在Ca(OH)2发酵体系中其活性则降低.NaOH、KOH和混合碱发酵体系产酸能力随投加次数的增加而下降,但是Ca(OH)2 发酵体系酸化能力则先增大后少量降低,由此发现,Ca(OH)2发酵体系水解及产酸能力较为稳定,同时该体系中乙酸/SCFAs最大,高于其他发酵体系的10%左右.     

pH对果蔬、园林垃圾混合厌氧水解产酸的影响

采用厌氧水解技术处理果蔬、园林混合垃圾,探究pH值对产酸效果的影响。在45℃、pH=6的条件下,第11天时反应器内消化液的挥发性脂肪酸(VFA)浓度达到最大值12.94 g/L,是未调控pH条件下VFA浓度的3.37倍,同时使达到最大值的时间减少了20%,大大提高了产酸效率。同时,调控pH可以促进溶解性有机物(SCOD)转化为挥发性脂肪酸,VFA/SCOD在pH=6条件下第11天时达到最大值,为48.73%。进一步对比分析不同条件下的消化液VFA组分和氨氮浓度,调控pH=6可使发酵类型从乙醇型发酵转为丁酸型发酵,也有利于蛋白质的分解。     

初始碱度和温度对养猪废水厌氧发酵过程的影响特征

采用序批式实验研究了不同初始碱度(3503,5500,7500 mg/L,以CaCO₃计)和温度(20℃、35℃和50℃)下养猪废水的厌氧发酵过程,考察其对发酵液pH、挥发性脂肪酸、产气量、沼液养分、重金属含量、抗生素和抗性基因的影响特征。结果表明：初始碱度调控会延缓水解酸化阶段的启动,强化产酸过程,提高总产酸量;高碱度对发酵液pH的维持能力最高;初始碱度调控适用于以产酸为目的的中温(35℃)和高温(50℃)厌氧发酵。35℃和50℃有利于沼液中养分的释放,50℃时养分浓度最高,为(1365.14±124.38)～(1471.71±135.29)mg/L。50℃厌氧发酵更有利于沼液中水溶态重金属(Cu、Zn)的削减,消减比例分别为(81.53±9.51)～(86.04±7.72)%和(96.48±8.73)～(97.81±10.29)%。厌氧发酵对沼液中抗生素(土霉素和诺氟沙星)具有削减作用,50℃时的削减比例最高,比20℃和35℃分别高(14.61±1.39)～(56.26±5.24)%和(23.83±3.21)～(85.84±17.35)%。50℃和适量初始碱度...