不同能源物质配合及化学强化对生物沥浸法提高城市污泥脱水性能的效果

采用复合硫杆菌和不同能源物质配比,通过序批式摇瓶实验,研究了城市污泥生物沥浸处理效果特别是对脱水性能的影响.分析了以不同比例添加底物Fe2+与S0条件下,城市污泥沥浸系统中pH、Fe2+、Fe3+,污泥脱水性能(污泥比阻γ和毛细吸水时间CST)的变化情况.并在此基础上.研究了对生物沥浸处理后污泥采用Fenton试剂化学强化处理对污泥脱水性能的影响.结果表明,当S.的添加量为2g·L-1,Fe2+的添加量大于1 g·L-1时,采用1:1回流比,在2.0～2.5d均町以完成乍物沥浸过程.生物沥浸中复合能源物质的加入对城市污泥脱水性有重要的促进作用.在投加2g·L-1S0的同时,投加4～6 g·L-1的Fe2+,处理后污泥的脱水性提高8～10倍.对生物沥浸后污泥进行Fenton试剂化学强化处理,可进一步使污泥的脱水性提高50%.生物沥浸和Fenton试剂联合处理方式,可使污泥的脱水性提高18倍.这对污泥高干度脱水和污泥减量化有重要的实用价值.     

低温条件下污泥静置沉降时间对城市生物沥浸污泥脱水性能的影响

研究城市生物沥浸污泥脱水性能与污泥静置沉降时间的关系,对城市污泥生物沥浸工程化应用具有指导性作用.因此,以城市生物沥浸污泥为研究对象,研究了低温条件下(5℃和15℃)污泥静置0～6d过程中,污泥pH值和脱水性能(用比阻γ表征)的变化情况.同时,对实验室污泥比阻与厢式压滤机中试结果进行了相关性分析.结果表明:温度增加将有利于污泥沉降,在实际运行中沥浸污泥可选择静置0.5d再进行压滤脱水.随着静置时间的延长,冬季(5℃)和春季(15℃)城市沥浸污泥pH值和比阻均呈逐渐上升的趋势.静置6d后,pH值分别从3.93和3.87上升到5.10和5.32,比阻γ分别从1.72×1012m·kg-1和1.76×1012m·kg-1上升到3.08×1012m·kg-1和5.82×1012m·kg-1.实验室污泥比阻测定和厢式压滤机中试结果表明,不同静置时间下污泥比阻γ与压滤机压滤脱水V-t/V曲线(V:滤液体积;t:过滤时间)斜率k呈极显著正相关关系,说明用污泥比阻γ能准确地反映出生物沥浸污泥的压滤脱水性能.这对生物沥浸技术在工程上的应用和推广具有重要意义.     

不同污泥停留时间对城市污泥生物沥浸推流式运行系统的影响

采用有效容积为700 L的推流式生物沥浸反应器对城市污泥进行连续14 d的生物沥浸处理,利用折流方式将反应器从进泥端到排泥端沿程方向依次划分为1～6区.对不同污泥停留时间(SRT)条件下反应器运行时各区的pH.溶解氧(DO)值及污泥的脱水性能(用污泥比阻SRF表征)进行了系统的比较研究.结果表明,当反应器曝气量为1.2 m3.h-1,微生物营养剂加入量为4 g.L-1,SRT为2.5 d时,反应系统在72 h时运行达到稳定,相应反应器各区的pH分别为5.00、3.00、2.90、2.70、2.60与2.40.污泥的比阻值由1区的0.64×1013m.kg-1逐渐降低至6区的0.33×1013m.kg-1.当SRT为2 d时,生物沥浸系统在120 h达到稳定,各区相应的pH分别为5.10、4.10、3.20、2.90、2.70与2.60.相应的DO值分别为0.43、1.47、3.29、4.76、5.75与5.88 mg.L-1.污泥的比阻值由1区的0.56×1013m.kg-1逐渐降低至6区的0.20×1013m.kg-1.当SRT为1.25 d时,运行第48 h,反应器6区pH升高至3.00.污泥沿程流动过程中,微生物菌群对营养剂利用率降低,导致系统失衡.生物沥浸反应器污泥停留时间越长,推流式生物沥浸系统越易达到稳定.停留时间2 d可以作为工程应用时的较优污泥停留时间.生物沥浸后将污泥收集经过增强聚丙烯厢式压滤机脱水至含水率60%以下,此研究将为城市污泥生物沥浸后期工程化运行提供必要的参数支持.     

城市污泥中Cu回收研究：生物沥浸-溶剂萃取-电积沉Cu技术

城市污泥通常含有大量有机质但也存在数量不等有害金属,在不影响污泥有益成分的基础上,去除和回收污泥中金属,既使污泥无害化又产生经济效益,意义重大.针对苏州某工业园区污泥重金属含量较高,研究利用生物沥浸-溶剂萃取-电积技术回收城市污泥中重金属Cu的工艺,并探讨了采用5-壬基水杨醛肟萃取剂M5640从城市污泥生物沥浸液中萃取分离Cu和Fe的最佳工艺参数.结果表明,经过生物沥浸处理72 h后,城市污泥中重金属Cu溶出率高达90%.当最佳工艺条件为:萃取剂体积分数为2%,相比(有机相与水相体积比,以O/A表示)为1/3,沥浸液pH为2.0时,沥浸液中Cu的一级萃取率达到95%以上,而Fe的共萃率低于10%;反萃取试验结果表明,在反萃取相比为2/1的条件下用1.5 mol/L硫酸溶液进行反萃取,Cu的一级反萃取率达到80.07%;反萃取后的富集Cu溶液作为电解液,在槽电压为2.1 V、电解温度为55℃条件下电积6 h,Cu回收率达到90%以上.在整个工艺中萃余液和反萃液均可循环利用无废液排放,对含Cu高的污泥,利用生物沥浸-溶剂萃取-电积技术回收有良好的应用前景.     

生物沥浸对精对苯二甲酸化工污泥脱水性能的提高及其重金属脱除效果

通过摇瓶培养试验研究了生物沥浸处理对精对苯二甲酸(PTA)化工污泥脱水性能和重金属去除效果的影响.研究表明,PTA污泥经生物沥浸后脱水效果得到了较好的改善,且营养剂最佳投加量为5g·L-1.经生物沥浸2d后污泥的pH从7.37下降到2.29,比阻从62.64×1012m·kg-1下降到2.36×1012m·kg-1,降低了96.23%.在最佳处理条件下对该化工污泥进行多批次生物沥浸中试试验,并对沥浸后污泥采用厢式压滤机脱水.结果表明,经生物沥浸处理后污泥静置24h,污泥沉降率可从2%提高到33%,厢式压滤脱水后泥饼含水率下降到45.9%,与对照相比,污泥体积减少了91.1%.泥饼中Cu、Cd、Pb、Zn、Co的去除率分别为95.15%、85.20%、42.11%、82.59%和64.42%;滤液中COD和氨态氮去除率分别为42.82%和74.98%.可见,生物沥浸法不仅能够较好地改善化工污泥的脱水性能,还能脱除污泥中的重金属.这对生物沥浸技术在PTA化工污泥上的应用和推广具有重要意义.     

生物沥浸处理提高城市污泥脱水性能的中试研究：连续运行模式

采用有效容积为700 L的推流式生物沥浸反应器对城市污泥进行连续10 d的生物沥浸处理,采用折流方式将反应器从进泥端到处理结束后的排泥端,沿程方向依次划分为1～6区.对试验过程中各区的pH变化趋势,各区污泥的脱水性能（用污泥比阻SRF表征）及生物沥浸污泥经厢式压滤脱水泥饼含水率及其水分蒸发速度进行了系统的研究.结果表明...     

微生物营养剂浓度对生物沥浸法促进城市污泥脱水性能的影响

通过实验室摇瓶试验和实际工程应用试验研究了不同污泥浓度(2%～5%)下,营养剂加入量对生物沥浸促进城市污泥脱水性能的影响,同时分析了pH值和营养剂利用率的变化.结果表明,生物沥浸过程中,不同浓度污泥各处理下pH值均呈直线下降后趋于稳定的趋势;生物沥浸2 d后,各处理中营养剂几乎都被微生物完全利用;2%、3%、4%、5%浓度污泥比阻随着沥浸时间的延长先迅速减小后逐渐回升,且浓度越高回升幅度越大,各浓度污泥选择最佳营养剂浓度分别为3.0、4.5、8.3和12.8 g.L-1,此时污泥最低比阻分别为0.61×1012、1.22×1012、3.09×1012和4.83×1012m.kg-1.通过工程应用试验表明,将5%浓度城市污泥稀释成3%浓度再生物沥浸的方法不仅能够改善生物沥浸污泥脱水性能,表现在比阻从3.29×1012m.kg-1下降到1.10×1012m.kg-1,同时还可以缩短污泥停留时间(从4 d缩短为2.35 d)及降低运行成本.这为生物沥浸工艺处理高浓度污泥运行参数的优化提供了科学依据.     

石英砂提高城市污泥生物沥浸效率主导因素分析

通过摇瓶实验探究石英砂提高城市污泥生物沥浸效率的主导因素.结果表明,在0~72h内,生物菌液酸化效应在提高污泥脱水性能中占据主导作用;在72h之后,次生矿物的形成对提高污泥脱水性能的贡献率超过生物菌液.随着生物沥浸持续进行,石英砂诱导次生矿物产量逐渐增加,次生矿物在生物菌液酸化效应基础上进一步强化污泥脱水性能.在二者耦合作用下,城市污泥比阻（SRF）从初始的17.13×10¹²m/kg下降至48h时的最低值3.56×10¹²m/kg.然而,生物菌液和次生矿物单独作用时,SRF降到最低值均需72h,且最低SRF分别为3.89×10¹²和4.77×10¹²m/kg.可见,二者耦合作用在进一步改善污泥脱水性能以及缩短生物沥浸时间方面都有明显的优势.     

生物沥浸去除污泥重金属及改善脱水性能研究

从天然矿山酸性废水中富集制备了3种嗜酸性细菌混培物,开展了污泥生物沥浸实验,研究了沥浸去除污泥重金属(Cu、Zn、Cd)同时改善脱水性能的效果.结果表明,3种嗜酸性细菌混培物均可有效去除污泥中的重金属(P<0.01).沥浸12d后,改进型Starkey培养基富集的嗜酸性细菌混培物对Cu和Cd的去除率分别达到82.0%和82.9%,9K培养基富集的嗜酸性细菌混培物进行生物沥浸处理对Zn的去除率可达到87.5%.同时,生物沥浸还可以显著改善污泥的脱水性能(P<0.01).经过12d沥浸,污泥的离心脱水率可由73.1%上升到90.0%.显微观察和能谱分析结果显示,污泥脱水性能的改善是因为生物沥浸能使污泥结构由絮体状变成明显的颗粒状,并可形成以铁、氧和硫为主要元素组成的次生矿物规则晶体.     

生物沥浸处理中微生物菌群和胞外聚合物对城市污泥脱水性能的影响

探讨城市污泥生物沥浸过程中微生物菌群和胞外聚合物(EPS)变化对污泥脱水性能的影响,对进一步揭示生物沥浸法提高污泥脱水性能机理具有重要意义.本研究通过摇瓶试验探讨了硫杆菌和异养微生物菌群数量的变化及EPS在生物沥浸法提高城市污泥脱水性能中的作用.试验结果表明,在生物沥浸处理的前2 d内,由于硫杆菌A.ferrooxidans LX5和A.thiooxidans TS6的大量生长,导致生物沥浸污泥的pH从初始的4.62显著下降至2.47,进而导致污泥中异养菌数量从初始的2.65×108CFU·mL-1下降至8.20×106CFU·mL-1,污泥中EPS含量从初始的28.18 mg·g-1(以VSS计,下同)显著下降为13.53 mg·g-1.A.ferrooxidans LX5和A.thiooxidans TS6的大量生长、异养微生物细胞的死亡破裂及EPS含量的下降共同促使污泥的结合水含量从初始的37.28%下降至21.10%,最终导致污泥比阻从初始的5.14×1012m·kg-1显著下降至6.92×1011m·kg-1.通过验证试验发现,原始污泥在剥离EPS后其比阻仅为原来的11.23%,其脱水性能与生物沥浸2 d后的污泥在0.05水平上没有显著性差异.因此,污泥中A.ferrooxidans LX5、A.thiooxidans TS6和异养微生物菌群数量的改变及EPS含量的减少是生物沥浸法提高污泥脱水性能的两个重要因素.     

生物沥浸耦合类Fenton氧化调理城市污泥

采用生物沥浸耦合类Fenton氧化工艺对城市污泥进行了调理研究.结果表明,在升华硫和Fe SO4·7H2O投量分别为3g·L-1和8 g·L-1时,污泥p H从6.9降至2.5约需1 d,满足类Fenton氧化的适宜酸性条件.生物沥浸处理后,污泥挥发性固体(VS)减少率为13.4%,污泥比阻从3.1×109s2·g-1降至1.5×109s2·g-1,降低51.6%,但仍属于难脱水污泥.沥浸污泥继续经类Fenton氧化调理,调理的最佳H2O2投量和反应时间分别为3.3 g·L-1和60 min.处理后污泥VS减少率为30.8%,污泥比阻和滤饼含水率分别为1.9×108s2·g-1和76.9%,污泥比阻降低93.9%,污泥脱水性能和稳定性能得到显著提高.此外,该联合工艺对污泥的调理效果优于类Fenton氧化单独调理.     

Enhancing sewage sludge dewaterability by bioleaching approach with comparison to other physical and chemical conditioning methods

The sewage sludge conditioning process is critical to improve the sludge dewaterability prior to mechanical dewatering. Traditionally, sludge is conditioned by physical or chemical approaches, mostly with the addition of inorganic or organic chemicals. Here we report that bioleaching, an efficient and economical microbial method for the removal of sludge-borne heavy metals, also plays a significant role in enhancing sludge dewaterability. The effects of bioleaching and physical or chemical approaches on sludge dewaterability were compared. The conditioning result of bioleaching by Acidithiobacillus thiooxidans and Acidithiobacillus ferrooxidans on sludge dewatering was investigated and compared with the effects of hydrothermal (121℃ for 2 hr), microwave (1050 W for 50 sec), ultrasonic (250 W for 2 min), and chemical conditioning (24% ferric chloride and 68% calcium oxide; dry basis). The results show that the specific resistance to filtration (SRF) or capillary suction time (CST) of sludge is decreased by 93.1% or 74.1%, respectively, after fresh sludge is conditioned by bioleaching, which is similar to chemical conditioning treatment with ferric chloride and calcium oxide but much more effective than other conditioning approaches including hydrothermal, microwave, and ultrasonic conditioning. Furthermore, after sludge dewatering, bioleached sludge filtrate contains the lowest concentrations of chroma (18 times), COD (542 mg/L), total N (TN, 300 mg/L), NH₄⁺-N (208 mg/L), and total P (TP, 2 mg/L) while the hydrothermal process resulted in the highest concentration of chroma (660 times), COD (18,155 mg/L), TN (472 mg/L), NH₄⁺-N (381 mg/L), and TP (191 mg/L) among these selected conditioning methods. Moreover, unlike chemical conditioning, sludge bioleaching does not result in a significant reduction of organic matter, TN, and TP in the resulting dewatered sludge cake. Therefore, considering sludge dewaterability and the chemical properties of sludge filtrate and resulting dewatered sludge cakes, bioleaching has potential as an approach for improving sludge dewaterability and reducing the cost of subsequent reutilization or disposal of dewatered sludge.     

非离子表面活性剂对污泥调理脱水效果的影响

现有污泥脱水技术仅使污泥含水率降到80%左右,难以满足日益严格的污泥处置要求.以污泥比阻（SRF）、脱水率为考察指标,比较了两大类非离子型表面活性剂（辛基酚聚氧乙烯醚OPEO型和烷基糖苷APG）对剩余污泥的脱水效果,并对原泥及调理后污泥进行了显微观察.结果表明,非离子表面活性剂可使污泥絮体粒径变小,不规则程度降低,改善了污泥的脱水性能,而且烷基糖苷APG脱水效果优于OPEO型.APG投加量为0.05%干固体时,污泥比阻即可降低到原泥的42%,脱水率可达到93%.以烷基糖苷APG为调理剂进行板框脱水实验,结果表明,当APG投加量为0.05%干固体时,脱水泥饼含水率比原泥脱水泥饼含水率低约10%,脱水率可达到97%.本研究为APG应用于污泥脱水,改善污泥脱水性能提供一些参考.     

Feasibility of bioleaching combined with Fenton oxidation to improve sewage sludge dewaterability

A novel joint method of bioleaching with Fenton oxidation was applied to condition sewage sludge. The specific resistance to filtration (SRF) and moisture of sludge cake (MSC) were adopted to evaluate the improvement of sludge dewaterability. After 2-day bioleaching, the sludge pH dropped to about 2.5 which satisfied the acidic condition for Fenton oxidation. Meanwhile, the SRF declined from 6.45 × 10¹⁰ to 2.07 × 10¹⁰ s²/g, and MSC decreased from 91.42% to 87.66%. The bioleached sludge was further conditionedwith Fenton oxidation. From an economical point of view, the optimal dosages of H₂O₂ and Fe2+ were 0.12 and 0.036 mol/L, respectively, and the optimal reaction time was 60 min. Under optimal conditions, SRF, volatile solids reduction, and MSC were 3.43 × 10⁸ s²/g, 36.93%, and 79.58%, respectively. The stability and settleability of sewage sludge were both improved significantly. Besides, the results indicated that bioleaching-Fenton oxidation was more efficient in dewatering the sewage sludge than traditional Fenton oxidation. The sludge conditioningmechanisms by bioleaching-Fenton oxidationmight mainly include the flocculation effects and the releases of extracellular polymeric substances-bound water and intercellular water.     

生物淋滤-PAC与PAM联合调理城市污泥

采用生物淋滤-聚合氯化铝(PAC)与聚丙烯酰胺(PAM)联合使用工艺对城市污泥进行了调理研究.结果表明,在固定单质硫投量为3 g.L-1的条件下,投加亚铁离子能明显加快污泥生物淋滤速率;FeSO4.7H2O投量为8 g.L-1时,污泥pH降至2约需1.5 d.生物淋滤显著改善了污泥的脱水性能,生物淋滤后使污泥比阻从6.45×1010 s2.g-1降到1.45×1010 s2.g-1,降低了77.52%,但污泥仍属于难脱水污泥.回调淋滤污泥pH至6,投加PAC及PAM对淋滤污泥进行强化调理.结果表明,单独使用PAC与PAM的最佳投量分别为200 mg.L-1和50 mg.L-1;联合使用PAC与PAM时,PAC与PAM的最佳投量分别为100mg.L-1和25 mg.L-1,污泥比阻和滤饼含水率分别为2.02×108 s2.g-1和74.81%,污泥属于易脱水污泥.与单独使用PAC与PAM相比,PAC与PAM联合使用调理污泥费用低、处理效果好.     

Feasibility of bioleaching combined with Fenton oxidation to improve sewage sludge dewaterability

A novel joint method of bioleaching with Fenton oxidation was applied to condition sewage sludge. The specific resistance to filtration (SRF) and moisture of sludge cake (MSC) were adopted to evaluate the improvement of sludge dewaterability. After 2-day bioleaching, the sludge pH dropped to about 2.5 which satisfied the acidic condition for Fenton oxidation. Meanwhile, the SRF declined from 6.45 × 10¹⁰ to 2.07 × 10¹⁰ s²/g, and MSC decreased from 91.42% to 87.66%. The bioleached sludge was further conditioned with Fenton oxidation. From an economical point of view, the optimal dosages of H₂O₂ and Fe^2 + were 0.12 and 0.036 mol/L, respectively, and the optimal reaction time was 60 min. Under optimal conditions, SRF, volatile solids reduction, and MSC were 3.43 × 10⁸ s²/g, 36.93%, and 79.58%, respectively. The stability and settleability of sewage sludge were both improved significantly. Besides, the results indicated that bioleaching-Fenton oxidation was more efficient in dewatering the sewage sludge than traditional Fenton oxidation. The sludge conditioning mechanisms by bioleaching-Fenton oxidation might mainly include the flocculation effects and the releases of extracellular polymeric substances–bound water and intercellular water.