剩余污泥的热水解试验

研究了热水解预处理对剩余污泥性质的影响.结果表明,污泥热水解时经历溶解和水解2个过程.随着热水解温度的升高和热水解时间的延长,污泥固体的溶解率增大,在210℃、75min的热水解条件下,挥发性悬浮固体(VSS)和蛋白质的溶解率分别达到60.02%和47.21%.溶解后的有机物进一步水解生成低分子物质,其中挥发性有机酸(VFA)占溶解性COD(SCOD)的30%～40%,乙酸占VFA的50%以上.经过热水解预处理,污泥SCOD浓度大幅度升高,pH值下降,碱度增大.     

污水处理系统剩余污泥碱处理融胞效果研究

研究了碱处理对污水生物处理系统剩余污泥的融胞效果及其影响因素.结果表明,碱处理能够使污泥细胞中有机物溶出,成为溶解性物质,从而使污泥液相的溶解性化学需氧量增加.pH值高于11.0时,污泥的絮体和细胞2种结构被破坏,而pH值低于11时,仅能破坏其絮体结构.碱处理过程中,起作用的是OH^-离子,但同时加入的金属离子也会影响污泥融胞的效果.碱处理能减小污泥的重量,VS的最大去除率可达48.01%(TS约为40.40%,pH值13.0左右时).污泥粒径随着碱处理pH值的升高而减小.污泥浓度、pH值和处理时间均是影响碱处理效果的重要因素,正交试验表明,在高pH值下,污泥浓度越高,碱处理污泥融出的SCOD总量越多,但折算为相同pH值下,单位污泥融出的SCOD基本不变.     

碱水解法处理脱水污泥的有机物溶出特性

碱水解法是一种有效的脱水污泥减量化方法,但碱水解法处理脱水污泥过程中产生的高浓度有机物溶液性质尚不明确。试验研究了脱水污泥在不同碱浓度处理下所得碱提取液中化学需氧量(TCOD)和溶解性化学需氧量(SCOD)、蛋白质、多糖、核酸的含量,明确了碱提取液中有机物组成,为实现碱水解液的综合利用,消除碱水解法用于污泥减量化过程中的二次污染提供了理论依据。研究结果表明,在碱处理浓度介于0.1¹ mol/L的条件下,提取物中SCOD浓度可达4 196.45 mg/L、SCOD/TCOD为90%、蛋白质浓度可达448.43 mg/L、多糖浓度为92.96 mg/L、核酸浓度为35.91 mg/L,且各指标整体碱浓度增大而增大。碱处理过程中脱水污泥中有机物发生了显著的溶解,污泥中的细菌被水解破碎。碱提取液具有将其作为生物处理设施外加碳源、动物饲料等潜在的利用价值。     

生物表面活性剂强化污泥水解的研究

为了解生物表面活性剂对剩余污泥水解效果的影响,采用向污泥中投加鼠李糖脂的方式,研究了水解时间、生物表面活性剂投加量以及pH值对污泥水解过程的影响.结果表明,鼠李糖脂显著降低了污泥水解液的表面张力,促进了悬浮固体的溶解和胞外酶的溶出,从而强化了污泥水解.污泥水解过程中,SCOD、蛋白质和还原糖的浓度均呈现先增加后降低的趋势,前6 h内符合一级反应动力学.在鼠李糖脂最佳投加剂量0.3 g.g-1下反应6 h,SCOD、蛋白质和还原糖的浓度分别由371.9、93.3和9.0 mg.L-1上升到3 994.5、800.0和401.7 mg.L-1.生物表面活性剂对污泥水解的强化作用受pH值的影响,随着pH值的增大,水解效率不断增大.当pH=11时,水解效率达到最大值,SCOD、蛋白质和还原糖的浓度分别为5 249.9、1 658.3和597.1 mg.L-1.     

热碱处理破解污泥效果研究

利用碱热方法对污泥进行预处理,研究了污泥的破解效果及主要影响因素.研究表明:随着热水解处理温度的升高及时间延长,污泥上清波中的溶解性化学需氧量(SCOD)、氮(N)、磷(P)等浓度不断增加,而碱的使用提高了SCOD,N,P等的溶出率,且NaOH破解效果明显优于Ca(OH)2.污泥经90℃处理5h后,单独热水解、加NaOH和加Ca(OH)2预处理后的SCOD溶出率分别达到了23.1％,54.4％和32.5％;N的释放主要以有机氮为主,P的释放则是以正磷酸盐为主.碱热联合处理时污泥减量化效果突出,对污泥脱水性能影响显著,90℃时污泥中每克挥发性固体(VS)投加0.2 g Ca(OH)2处理5h,污泥离心含水率可达75.7％.     

低强度超声波与酸、碱协同对污泥溶胞的影响

在能量密度为0.05W·mL-1和pH范围3.0～12.0条件下,研究了超声波辐射与酸、碱协同对污泥溶胞效果的影响.结果表明,溶解性化学需氧量(SCOD)、溶解性磷(SP)和溶解性糖(SA)含量随pH增大均呈先降后升趋势.当pH为3.0时,污泥溶胞效果不高,随污泥溶液碱性增强,SCOD、SP和SA含量随pH呈指数增长,说明强碱性环境有利于污泥溶胞.超声波辐射可显著提高污泥溶胞率,而且pH越大超声波辐射改善的溶胞效率越高.pH=11.0时超声波辐射60min以内,SCOD、SP和SA含量与时间均呈线性关系,超声波/碱协同污泥溶胞为一级反应.pH大于9.0的碱性条件下,超声波辐射和提高pH均可降低VSS/TSS.依据实验数据,应用非线性优化技术得到SCOD与pH和超声波辐射时间的数学模型,其平均相对误差小于2.6%.     

高固体污泥微波热水解特性变化

考察浓度7%、9%和13%的高固体污泥微波热水解特性,通过生化产甲烷潜能(BMP)实验,分析热处理污泥厌氧消化性能的变化.结果表明,微波加热升温速度快,污泥中悬浮性挥发固体(VSS)和悬浮固体(SS)溶解,液相COD、TOC、氨氮、TN和TP浓度增大, pH值降低.水解效率受污泥浓度影响显著,浓度13%的污泥VSS和SS溶解率低于7%和9%的污泥.170℃热水解5min,9%污泥的VSS和SS溶解率分别为23%和18%, SCOD浓度为41g/L, TOC和氨氮浓度达到30g/L和1g/L.热水解污泥厌氧消化性能提高,9%污泥的产气量在170℃、5min和10min比未处理污泥增加27%和30.8%.热水解时间对提高消化性能影响不大,热水解由5 min到10min,120℃、150℃和170℃的产气量分别增加4%、3.6%和5.7%.     

γ-射线对不同含水率剩余污泥的影响

采用溶解性化学需氧量(SCOD)、紫外可见光谱及污泥内源呼吸耗氧速率等指标,探讨了不同剂量γ-射线对不同含水率剩余污泥的辐照效果.结果表明,经γ-射线辐照处理后,污泥上清液的SCOD随着辐照剂量的升高而不断增加;相同辐照剂量下,污泥含水率越低,SCOD值增幅越大:原污泥SCOD均不足100mg/L,经20kGy辐照后,...     

加碱预处理对致病微生物去除效果及动力学研究

以不同总固体含量(TS)(8%、10%、12%)的粪便污泥为研究对象,采用加碱技术对粪便污泥进行处理,探讨不同pH值(10、12)的碱预处理对4种指示性致病微生物(粪大肠杆菌、沙门氏菌、粪链球菌、蛔虫卵)的灭活效果并对致病微生物的去除过程进行动力学分析,同时通过分析预处理过程中粪便污泥pH值、SCOD和溶解性蛋白质的含量来表征碱预处理对粪便污泥水解的影响.结果表明,加碱预处理初始pH值分别为10、12时,预处理3d后各TS粪便污泥中4种致病微生物均被完全去除,且Weibull动力学模型对微生物去除过程的描述优于一级动力学模型;pH值为10时,粪便污泥SCOD增加了1.84~1.89倍,溶解性蛋白质增加了8.25~9.39倍;pH12时,粪便污泥SCOD值增加了1.90~1.97倍,溶解性蛋白质增加了8.62~9.89倍.     

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.     

碱辅助条件下的污泥微波热水解特性研究

向污泥中加入NaOH进行微波热水解实验.结果表明,每1 g污泥悬浮固体(SS)添加NaOH 0.1 g时,污泥中的挥发性悬浮固体(VSS)快速水解,170℃的VSS溶解率达到60%以上,热水解后污泥的有机物含量(VSS/SS)降低至25%.80、120、150和170℃热水解5 min的污泥液相COD浓度分别为9.8、12.8、15.1和14.5 g/L,相应SCOD/TCOD为24.0%、31.3%、36.9%和35.6%.随温度的升高和时间的延长热水解污泥pH越低,最低值10.5.在每1 g SS添加0~0.2g NaOH的范围内,当添加量0.05 g时,VSS和SS的溶解率增加幅度降低.分别对NaOH添加量0.05 g热水解5 min和添加量0.1 g热水解1 min的污泥进行BMP厌氧消化实验.结果表明,添加量为0.05 g时热水解污泥的厌氧消化性能提高,经150℃处理污泥的产气量最大,比未处理污泥高28.5%,而在添加量为0.1 g时,污泥的厌氧消化性能受到抑制,产气量低于未处理污泥.     

城市污水污泥微波热水解特性研究

在80～170 ℃进行1～30 min的城市污水污泥微波热水解,微波频率2 450 MHz,最大输出功率1 kW,考察挥发性悬浮固体(VSS)和悬浮固体(SS)溶解率,污泥上清液COD和TOC浓度、污泥粒径、形态变化和碳氢氮含量等污泥热水解特征,分析污泥离心脱水性能的改善和减量化效果.结果表明,微波加热使污泥有机物水解反应快速发生,水解过程受温度影响显著.热水解5 min时,150℃和170℃的VSS溶解率为15.8%和29.4%;10 min时COD溶解率达到19.07%和25.75%,COD和TOC浓度在170℃分别为9 860.0 mg/L和2 949.70 mg/L.超过5～10 min,VSS和COD水解率增加缓慢.通过扫描电镜(SEM)观察到污泥热水解后菌体细胞破裂.与碳和氢相比,污泥中氮的水解率更高,170℃微波热水解5 min氮的水解率达到67%.150℃和170℃热水解10 min离心脱水污泥含水率降低到73.1%和65.5%,脱水性能改善,相应减量化率为33.9%和51.7%.     

淀粉酶促进剩余污泥热水解的研究

考察了微好氧条件下,外加淀粉酶对污水处理剩余污泥热水解的影响,以及水解过程中污泥上清液各成分的变化情况,并对酶水解过程的动力学进行了分析.结果表明,淀粉酶的加入对剩余污泥的热水解有促进作用.在最适温度50℃,酶投加量0.5g/L条件下,水解4h后,污泥中SCOD/TCOD达到30.98%,比未加酶时高7.68%.在淀粉酶催化作用和热水解的共同作用下,污泥固体溶解,大分子碳水化合物被水解成小分子糖类,固相蛋白质溶出,并进一步水解.污泥水解过程中,上清液糖、蛋白质浓度均呈现先增加后降低趋势.加酶后污泥上清液中糖、蛋白质浓度分别于4h、6h达到最大值271.43mg/L和1437.37mg/L.污泥水解反应前4h内,VSS溶解率和SCOD/TCOD增加迅速,符合一级反应动力学,4h后反应趋于平衡.4h时VSS溶解率达到22.01%.     

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.     

富磷剩余污泥厌氧消化过程中氮磷释放形态研究

通过静态厌氧消化试验,研究剩余污泥消化过程中pH与温度对氮磷释放形态的影响。结果表明,当pH=10.0时,消化过程中氮磷的释放程度均高于pH=5.0,在同等的pH情况下温度是氮磷释放的有利影响因素。温度对消化液中氮磷的存在形态影响较小,而pH则是影响氮磷形态的关键因素。pH=5.0时,NH4+-N是消化液中最主要的氮存在形态。当pH=10.0时,由于NH3的挥发作用,相当一部分氮从消化系统中损失,造成其NH4+-N低于pH=5.0。尽管在pH=10.0时比pH=5.0时有更多的磷释放,但pH=5.0时,消化系统中PO43--P的浓度却高于pH=10.0,其主要原因在于碱性条件下释放出的磷主要以聚合磷或其它结合磷为主。     

典型酸碱条件下NO2-对剩余污泥水解产酸的影响

控制温度35℃,在典型pH值条件下(酸性5.0,碱性9.0)对比研究了NO2-对剩余污泥水解酸化性能的影响.结果表明:投加亚硝酸盐促进了剩余污泥的水解,提高了总可溶性COD(SCOD)产量,且随着时间的进行,酸性时比碱性时水解程度更高,到第28d时,总SCOD浓度由高到低依次为B1(pH=5且加NO2-),B2(pH=9且加NO2-),B4(pH=9且未加NO2-),B3(pH=5且未加NO2-);B1,B2,B3和B4中总挥发性脂肪酸(TVFAs)最高浓度分别为4476,4303,1350和2921mg/L,表明亚硝酸盐同样增强了污泥的酸化程度,并且酸性条件时促进作用更大.除此之外,酸性且投加NO2-的条件可以有效减少氨氮的释放.     

Enhancement of thermophilic anaerobic digestion of thickened waste activated sludge by combined microwave and alkaline pretreatment

Pretreatment of thickened waste activated sludge (TWAS) by combined microwave and alkaline pretreatment (MAP) was studied to improve thermophilic anaerobic digestion efficiency. Uniform design was applied to determine the combination of target temperature (110–210°C), microwave holding time (1–51 min), and NaOH dose (0–2.5 g NaOH/g suspended solids (SS)) in terms of their effect on volatile suspended solids (VSS) solubilization. Maximum solubilization ratio (85.1%) of VSS was observed at 210°C with 0.2 g-NaOH/g-SS and 35 min holding time. The effects of 12 different pretreatment methods were investigated in 28 thermophilic batch reactors by monitoring cumulative methane production (CMP). Improvements in methane production in the TWAS were directly related to the microwave and alkaline pretreatment of the sludge. The highest CMP was a 27% improvement over the control. In spite of the increase in soluble chemical oxygen demand concentration and the decrease in dewaterability of digested sludge, a semi-continuous thermophilic reactor fed with pretreated TWAS without neutralization (at 170°C with 1 min holding time and 0.05 g NaOH/g SS) was stable and functioned well, with volatile solid (VS) and total chemical oxygen demand (TCOD) reductions of 28% and 18%, respectively, which were higher than those of the control system. Additionally, methane yields (L@STP/g-CODadded, at standard temperature and pressure (STP) conditions of 0°C and 101.325 kPa) and (L@STP/g VSadded) increased by 17% and 13%, respectively, compared to the control reactor.