碱处理对污泥产甲烷与中间产物氨基酸的影响及两者相关性研究

以剩余污泥为底物，研究了碱处理pH对污泥有机物溶出，水解产生的氨基酸种类和构型以及厌氧消化产甲烷的影响。分别采用2种动力学模型对产甲烷过程进行拟合，并利用Spearman分析考察了氨基酸与产甲烷之间相关性。结果显示：碱处理pH为11时COD溶出率最大，最终累积产甲烷量较空白组提高了1.4倍。改进Gompertz模型对产甲烷过程拟合效果较好，拟合系数均在0.989以上，误差范围在3.9%以内。碱处理可提高水解产物氨基酸含量和种类，溶出的氨基酸同时具有L型和D型，其中L、D-Cys含量最高。L型氨基酸含量高于其对映体(Thr除外),Thr的外消旋化程度(D/(D+L))最高(54.0%),其次为Cys (45.5%)和Ala (44.0%)。氨基酸中D-Leu、D-Asp、L-Thr和L-Cys含量与甲烷产量之间有较强的相关性，其Spearman系数分别为0.894、0.9、0.9和0.9(P<0.05)。这为后续研究氨基酸及其构型对厌氧消化产甲烷的影响提供理论参考，为调控厌氧消化提供新的思路。     

预处理方式对剩余污泥水解及厌氧产甲烷性能的影响

考察了不同的预处理方式对剩余污泥水解及厌氧消化产甲烷过程的影响。研究结果表明:低温热碱预处理对污泥的水解效果最好,剩余污泥中SCOD及可溶性总糖、蛋白质溶出效果大幅提升,SCOD溶出率达到16.6%;执行三种方式预处理后,后续厌氧消化的效率得到明显改善,剩余污泥经碱处理、低温热水解和低温热碱处理后,厌氧消化的产气量较未预处理污泥分别提高了75.6%、72.9%和83.7%。     

酸碱-微波耦合预处理对污泥胞外聚合物溶裂与产甲烷行为的影响

对酸碱-微波耦合预处理后不同EPS组分在污泥厌氧消化行为中扮演的角色进行研究，通过产甲烷潜能实验评价其甲烷转化性能。结果表明:酸碱-微波耦合预处理通过溶出胞内有机物和改变EPS的分布来影响污泥产甲烷行为。甲烷累积产量最优预处理条件为pH=10，微波500 W，预处理时间120 s。此时，预处理后溶解型胞外聚合物（S-EPS）中的溶解性化学需氧量（SCOD）浓度达到11460 mg/L，是对照组浓度的184.5%，累积甲烷产量为89.08 mL/g，较对照组增加59.9%。碱处理（pH=10和12）时，S-EPS对累积甲烷产量的贡献率分别达到了16.6%和30.4%，远高于松散结合型胞外聚合物（LB-EPS）与紧密结合型胞外聚合物（TB-EPS）。在48 d的厌氧消化过程中，S-EPS对产甲烷的贡献率在1~4 d内快速升高，随后缓慢持续下降。因此，酸碱-微波耦合预处理通过强化污泥S-EPS中的多糖、蛋白质等有机质的溶出，促进污泥甲烷化。     

中温碱解预处理促进剩余污泥厌氧产甲烷的研究

采用4 mol/L NaO H碱液在中温下处理城市生活污水处理厂剩余污泥6 h,对比原剩余污泥和中温碱解污泥厌氧消化产甲烷的能力,分析了中温碱解及厌氧消化过程中剩余污泥胞内物质的释放规律,结果表明:碱解预处理有效促进了有机物、氨氮的释放,对磷酸盐释放促进作用不明显。原剩余污泥的沼气转化效率为387.5 L/kg(以VS计,下同),中温碱解处理组的沼气转化效率为402.5 L/kg;中温碱解处理组沼气转化效率比原剩余污泥组高3.87%;中温碱解预处理提高了污泥减量化程度及甲烷产量。改进的Gompertz模型结果表明:碱解处理后剩余污泥最大甲烷产量为1 480.7 mL,最大产甲烷速率为77.8 mL/d,细菌产甲烷的延迟时间为3.38 d。     

碱耦合机械法处理剩余污泥强化厌氧消化

厌氧水解反应是传统污泥厌氧消化的瓶颈,为提高厌氧消化效率和沼气产量。该实验通过对剩余污泥投加碱耦合机械破解的方式对污泥进行预处理,研究SCOD的溶出效果和污泥粒径的变化以及对后续厌氧消化的影响。结果表明:在投加碱调节污泥pH=11后机械破解20 min可以使污泥的SCOD从267 mg/L达到15 824 mg/L,粒径从初始的61.37μm减小到6.06μm。50%的投配比加入到厌氧反应器中进行消化反应后,与对照组相比,污泥稳定时间缩短了8 d,产气率提高70%以上,甲烷含量提高了22%,同时污泥VSS去除率提高了9.73%,厌氧消化效果明显改善,在一定程度上实现了污泥减量与资源化。     

去除城市生活污泥中有机络合态金属强化其厌氧生物制气

为提高城市生活污泥厌氧消化沼气产率,本文考察了通过金属络合剂EDTA预处理污泥,以去除城市生活污泥中有机络合态金属,强化其厌氧生物制气的效果.结果表明,经EDTA预处理去除金属后的污泥(实验组)较未预处理的污泥(对照组)的有机络合态金属含量减少[(5.09±0.57)%~(1.37±0.20)%,以TS计],溶解性有机质显著提高(SCOD提升627%),暗示该预处理方法能够极大地去除有机络合态金属并强化污泥有机质的溶出.通过测定污泥有机质溶出表观活化能发现,实验组污泥有机质溶出表观活化能比对照组降低36%,表明预处理能够有效降低有机质溶出反应的能量壁垒.污泥厌氧发酵研究发现,在16d的污泥厌氧产酸实验中,实验组VFAs浓度高于对照组,较对照组最大提升42%;在22 d的污泥厌氧产甲烷测试实验(BMP)中,实验组单位有机质累积甲烷产量比对照组增加48%,表明EDTA预处理对提高污泥厌氧消化产沼气具有重要的作用.通过进一步产沼气动力学研究发现,实验组的产沼气限速步骤在产甲烷阶段,而对照组限制于水解阶段,表明经EDTA预处理能有效地破除城市生活污泥厌氧消化过程的水解限速.     

酸-碱预处理促进剩余污泥厌氧消化的研究

为提高剩余污泥的厌氧消化效率,投加酸和碱对污泥进行预处理,对比分析了不同预处理方式（单独碱处理、酸-碱处理和碱-酸处理）对污泥水解酸化的影响,并研究了各种预处理方式对后续厌氧消化产甲烷效率的影响.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 d,达到5 406.1 mg.L-1.采用先酸（pH 4.0,4d）后碱（pH 10.0,4 d）预处理,在污泥水解酸化过程中,乙酸产量及其占总短链脂肪酸（SCFAs）的质量分数均高于其他预处理方式,其乙酸产量（以COD/VSS计）可达到74.4 mg.g-1,占总SCFAs的60.5%.酸-碱预处理后污泥混合液的C∶N比值为25左右,C∶P比值在35～40之间,这比单独碱处理和碱-酸处理后的C∶N和C∶P比值更有利于后续厌氧消化.通过对比研究发现,酸-碱预处理后,厌氧消化到第15 d,酸-碱预处理污泥的累积甲烷产量（CH4/VSS加入）达到136.1 mL.g-1,分别是空白对照、碱-酸预处理和单独碱预处理方式的2.5、1.7和1.6倍,厌氧消化效率最高.经过8 d酸-碱预处理和15 d的厌氧消化,挥发性悬浮固体（VSS）总去除率达到60.9%,污泥减量效果比其他预处理要好.很显然,酸-碱预处理方式更有利于污泥厌氧消化及污泥减量化.     

微波及其组合工艺强化污泥厌氧消化研究

为提高剩余污泥的厌氧消化效能和脱水性能,考察了微波及其组合污泥预处理工艺的强化污泥厌氧消化效果,同时考察了预处理-厌氧消化过程的污泥理化特征及其脱水性能.结果表明,微波及其组合工艺可以强化污泥厌氧消化产甲烷,其中微波-过氧化氢-碱(0.2)的强化效果最为显著,不仅30 d累计产甲烷量比对照组增加了13.34%,而且产甲烷速率也得到了提升.与单独微波处理相比,过氧化氢、碱的投加显著提高了溶解性COD的释放量,这表明微波、过氧化氢、碱之间的协同作用能有效破碎污泥,进而强化厌氧消化效果;微波-酸预处理后的污泥具有良好的脱水性能,毛细吸水时间(CST)只有9.85 s,污泥脱水性能的改善与其表面电性、粒径分布的变化密切相关;不同预处理条件下的污泥经过厌氧消化后,污泥脱水性能较为接近.     

热碱处理污泥协同餐厨垃圾两相厌氧消化的特性

以热碱处理后的污泥和餐厨垃圾为原料,采用中温两相厌氧消化工艺,研究不同配比的污泥与餐厨垃圾的基质转化规律、产甲烷性能及系统稳定性等特性。结果表明:溶解性多糖及蛋白质在产酸阶段被大量消耗,二者去除率最高分别可达97.2%和70.4%,而餐厨垃圾比例占优的实验组,固态蛋白质溶出速率大于溶解性蛋白质水解速率。热碱污泥与餐厨垃圾混合厌氧消化的产气性能及稳定性明显得到提升,其中混合比例为2∶3的混合组产甲烷性能最佳,甲烷产率达261.6 mL/gVS,比单独餐厨垃圾消化组提升了29.6%,产甲烷过程中8 d实现了80%的甲烷产量,VS去除率最高达45.7%,产甲烷阶段VFAs/碱度小于0.2,系统稳定未出现酸化现象。     

热碱法处理污泥沼渣及其厌氧发酵性能研究

针对污泥沼渣中有机质难以回收利用的问题,利用热碱法破解污泥沼渣,探究了不同条件对沼渣破解率和有机物溶出率的影响,确定了热碱法处理污泥沼渣的最佳条件为：pH=13、T=80℃、t=8 h。此条件下,污泥沼渣的破解率为40.9%,COD、蛋白质、多糖的溶出率分别为722.2,79.7,73.7 mg/g VSS。利用热碱处理后的污泥沼渣破解液进行厌氧发酵产甲烷,比较了不同初始pH值对厌氧发酵的影响,发现初始pH值的改变对有机物降解率的影响较小,但初始pH值的增加会提高发酵过程中CH₄的产率,降低CO₂的产率,提高产气中CH₄含量。因此确定初始pH值=13时污泥沼渣破解液产甲烷效果最好,此时COD去除率为61.1%,CH₄产率达到65.0 mL/g VSS,产气中CH₄含量能够达到81.0%。该研究证明热碱处理可提高污泥沼渣的可生化性,具有应用于厌氧发酵产甲烷的潜力。     

污泥厌氧消化预处理的研究进展

城市污水在污泥厌氧消化时,时间长,且产气量较低。污泥的厌氧消化包括水解、酸化、产乙酸、产甲烷等过程。研究发现,在污泥的厌氧消化中固态物的水解、液化是主要的控制过程。本文介绍了几种预处理方法：机械预处理、超声波预处理、臭氧氧化预处理和加碱预处理。改变污泥的特性,利于后续厌氧消化的处理。     

零价铁对厌氧消化过程中氨氮抑制解除的影响

氨氮抑制是影响高含固有机固体废弃物厌氧消化产甲烷效率的重要因素.本研究通过实验室批量实验,考察了微米级零价铁对剩余污泥、热水解污泥厌氧消化的影响以及对高氨氮抑制解除的影响.结果表明,投加4 g·L~(-1)和10 g·L~(-1)零价铁对剩余污泥、热水解污泥厌氧消化过程中的产甲烷速率、迟滞时间和产甲烷潜势等动力学特征均未有影响.但是,在高氨氮抑制的厌氧消化过程中, 4 g·L~(-1)和10 g·L~(-1)的零价铁投加可使厌氧消化受氨氮抑制的产甲烷迟滞时间由对照组的18.61 d分别缩短为17.22 d和16.18 d,最大产甲烷速率(以VS计)由对照组的6.34 mL·(d·g)~(-1)提升为7.84 mL·(d·g)~(-1)和7.39 mL·(d·g)~(-1).零价铁并未通过化学反应对厌氧消化的pH缓冲体系产生直接影响,而是使氨氮抑制后的产甲烷优势古菌Methanosarcina的相对丰度(27 d)由对照组的30.71%提升到53.50%和60.30%.本研究证明了零价铁并不能提升污泥产甲烷潜势,而只是在受抑制影响的厌氧消化过程中,刺激产甲烷微生物的代谢活性,强化如氨氮抑制影响的快速解除.     

氧化铁投加方式对餐厨垃圾厌氧消化产气的影响

氧化铁可以促进产甲烷菌的代谢活动,从而加快厌氧消化体系的产甲烷速率。通过设计3组反应器,探究了不同的氧化铁添加方式对餐厨垃圾厌氧消化产甲烷的影响:包括空白组A(餐厨垃圾+厌氧污泥),以及2个实验组B(餐厨垃圾+厌氧污泥,48 h后投加氧化铁)和C(餐厨垃圾+厌氧污泥+氧化铁)。结果表明:反应器A酸化严重,进入长期产甲烷抑制状态;反应器B可以解除酸抑制,恢复体系产甲烷能力,但需要较长的启动期;反应器C则能较快达到产甲烷阶段。此外,截止到第54天实验结束,反应器C的累积产甲烷量(48 349 m L)高于B(35 665 m L)。对于餐厨垃圾厌氧消化,投加氧化铁可解除体系酸抑制,恢复其产甲烷能力。而在厌氧消化初期加入氧化铁可以更快地解除酸抑制,并促成更高的产甲烷速率。     

热水解预处理剩余污泥的有机物分布及厌氧消化特性

研究了热水解后剩余污泥中有机物分布以及热水解对污泥厌氧消化效果的影响。剩余污泥经过热水解处理后,VSS含量从51. 0%降低至42. 7%,溶解性COD占总COD的比例从0. 5%提高至33. 5%;进一步厌氧消化时,总COD和VS降解率分别提高至35%和41%,甲烷产率提高至0. 25 L/g,累积甲烷产量比未热水解的污泥提高了101. 2%。脱水污泥液累积甲烷产量占热水解污泥甲烷产量的59%,是厌氧消化所产甲烷的主要来源,而脱水泥饼COD转化成甲烷的比例相对较低。根据剩余污泥热水解后液相和固相有机物的厌氧消化特性差异,提出了基于热水解的污泥厌氧消化工艺优化方案。     

混合污泥中温两相厌氧消化中试的启动试验

在小试基础上,以北方城市污水处理厂混合污泥为处理对象,研究了中试规模中温(35℃)两相厌氧消化工艺的启动性能及运行效果.结果表明,在启动过程中,初沉污泥与剩余污泥按1:1 比例混合有助于提高处理效率;当水力停留时间(HRT)为10d,VS 容积负荷为2.15kg/(m3&#8901;d)时,系统VS 去除率达36%左右,相应产甲烷相的比产甲烷活性(SMA)约为0.31L/(g&#8901;d);系统运行约60d,产酸相VFA 浓度稳定在1600~2000mg/L.经产甲烷相消化后,VFA 浓度稳定在300~500mg/L;产甲烷相pH 值保持在6.8~7.2,有利于产甲烷菌生长.     

造纸污泥与味精废液联合厌氧消化产甲烷性能研究

采用造纸污泥与味精废液间歇式联合厌氧消化产沼气,通过设计总固体(TS)含量、碳氮比(C/N)和接种量等不同的工艺参数,研究了不同工艺条件下各反应器的产甲烷性能.试验结果表明:在中温(37±2)℃条件下,TS含量对系统累积产气量的影响较大,各反应器的累积产气量随TS含量的增加而增加;各反应器的单位质量挥发性固体(VS)累积产气率和TS、VS的去除率随TS含量增加而降低;在TS含量为10%的3组反应器中,造纸污泥:味精废液(w/w)=10∶1的反应器产气效果优于造纸污泥∶味精废液(w/w)=25∶1和70∶1两组处理,这与前者在消化过程中pH值下降最多、酸化能力最强有关;联合厌氧消化累积甲烷产量最大值为5482mL(TS含量为10%,造纸污泥∶味精废液(w/w)=10∶1),单位质量VS甲烷产率最大值为362mL.g-1(TS含量为3%,造纸污泥∶味精废液(w/w)=11∶1),可见这两种工业废物联合厌氧消化具有巨大的产甲烷潜力.     

不同污泥含固率的高温微好氧-中温厌氧消化工艺研究

为探讨城市污泥高温微好氧-厌氧两级消化耦合工艺(TAD-MAD)中CH_4产气情况,考察了不同污泥含固率条件下TADMAD工艺中的p H、总碱度、VSS去除率、挥发性脂肪酸(VFA)和沼气产量以及沼气中CH_4含量,并与中温厌氧消化工艺(MAD)进行对比。试验结果表明,在未调节污泥初始p H的条件下,在消化过程中污泥p H能维持在6.5~7.8之间,适宜甲烷菌生长。TAD-MAD工艺中高温微好氧消化2 d,VFA含量大幅度增加,最高为8 524.70 mg/L,有利于后续中温厌氧消化产甲烷。TAD-MAD工艺系统中累积单位VSS甲烷产气量和CH_4含量均高于MAD工艺。TAD-MAD工艺最佳进泥TSS为7.12%,污泥经过24 d的消化,VSS去除率能达到40%,而MAD的VSS去除率仅为35.12%。TAD-MAD工艺累积单位VSS甲烷产气量为116.56 m L/g VSS,超过MAD的85.72 m L/g VSS。且TAD-MAD工艺产甲烷持续时间较MAD工艺长,CH_4含量总体高于MAD工艺,表明TAD-MAD工艺在VSS去除、甲烷产气量和甲烷含量方面均优于MAD工艺。     

剩余污泥热碱处理及其对污泥厌氧消化的强化研究进展

剩余污泥的处理处置已成为污水处理厂面临的一个重大挑战。厌氧消化是一种常用的污泥处理方法。传统的污泥厌氧消化存在许多不足,而污泥热碱处理能使之改善。综述了近年来污泥热碱处理的研究,从热碱处理的机理出发,总结了热碱处理对污泥性质和厌氧消化的影响,分析了影响污泥热碱处理效果的因素,并通过能耗分析讨论了热碱处理强化污泥厌氧消化的可行性,最后指出污泥热碱处理及其强化污泥厌氧消化存在的问题,并提出了建议和展望。     

厌氧消化结合双氧水溶胞处理剩余污泥试验研究

通过实验室装置将城市污水厂剩余污泥厌氧消化后进行双氧水溶胞脱水处理,分析组合工艺对污泥脱水性能的改善效果,并探索双氧水调理厌氧消化污泥的最佳反应条件,考察脱水滤液回流与剩余污泥共同厌氧消化对滤液的处理效果,并对组合工艺的产、耗能进行了分析。试验结果表明:厌氧消化污泥在双氧水调理下脱水性能显著改善,厌氧消化过程能减少双氧水用量;双氧水调理厌氧消化污泥的最佳反应条件为:双氧水投加量0.106 m L/g(以干污泥计),p H=3,调理时间60 min,调理温度为常温;污泥溶胞脱水滤液回流处理效果良好,且对污泥厌氧消化过程无明显不良影响;厌氧消化产能不仅能够维持自身反应,还有富余能量供出。     

垃圾渗滤液与厨余垃圾混合厌氧消化研究

对垃圾渗滤液与厨余垃圾进行混合厌氧消化研究,采用中温批式厌氧消化工艺,考察3g/L和30g/L有机负荷(以VS计)条件下厌氧消化过程中pH值、产气量、VFA以及甲烷含量的变化,旨在探索有机负荷对厌氧消化产甲烷效果的影响.结果表明,在30g/L负荷下比3g/L负荷反应过程更为稳定,且累计生物气产量有大幅提高.2种负荷下系统均能进入产甲烷阶段,最高甲烷体积分数分别达到77.14%和74.47%,VFA质量浓度在反应结束时分别为300mg/L和336 mg/L.