人工湿地技术在农村污泥处理中的应用

论述了近年来国内外关于人工湿地技术在污泥处理中的研究进展,包括其主要设计参数、运行情况以及污泥干化芦苇床的处理效果比较,其影响因素主要包括污泥负荷、植物、进泥周期、气候条件等。同时还归纳了蚯蚓堆肥在污泥处理中的应用研究,提出了将蚯蚓堆肥技术与人工湿地相结合的强化型人工湿地技术,为日后人工湿地技术的推广应用提供参考和依据。     

污泥干化床与芦苇床稳定化污泥中多环芳烃的含量比较

通过传统污泥干化床和芦苇床污泥稳定系统的比较,研究有无植物污泥稳定系统中污泥所含多环芳烃的去除效能差异.中试规模的污泥干化床和芦苇床规格相同,长宽高皆为3.0 m×1.0 m×1.3 m,其中高度由65 cm填料层和65 cm超高组成.二者填料底部均设通风管,直接与大气相连.试验共进行了3 a,前两年为污泥负荷期,第三年为自然稳定期.两年期间进泥总厚度为8.4 m,污泥负荷(以TSS计)平均41.3 kg·(m2.a)-1.经过3 a的稳定化处理,污泥干化床和芦苇床中污泥多环芳烃含量随着污泥稳定时间的延长,16种多环芳烃含量皆呈明显下降趋势.污泥干化床表层、中层和底层污泥的总PAHs含量分别为4.161、3.543和3.118 mg·kg-1(DW),对应的去除率为26.91%、37.77%和45.23%.芦苇床表层、中层和底层污泥的总PAHs含量分别为2.722、1.648和1.218 mg·kg-1(DW).对应的去除率为52.18%、71.05%和78.60%.芦苇床较传统干化床去除污泥中PAHs的效率平均高出29.86个百分点,去除的PAHs中以2～3环芳烃为主,芦苇在稳定污泥中PAHs方面发挥了积极的促进作用.     

通风策略对污泥生物干化过程中含氮气体和甲烷排放的影响

我国污泥生物干化过程中含氮气体(NH_3、N_2O、NO)排放的数据十分缺乏,尤其是NO,因其化学性质极其活泼,在以往的研究中甚少涉及.本研究以东北某大型污泥生物干化厂的连续流强制通风槽式污泥生物干化为研究对象,通过现场试验,考察不同通风策略下干化效率以及含氮气体、温室气体的排放特征.结果表明,当污泥初始含水率约50%时,采用前期供氧为主、中期温度控制为主、后期以除湿和散热为目的的通风策略,可以明显加快污泥干化速率(试验组在第11 d时的含水率为36.6%,对照组为42%),提升干化效果(最终含水率试验组为33.6%,对照组为37.6%),减少氨气累积排放量5%(试验组氨气累积排放为208 mg·m~(-3),对照组为219.8 mg·m~(-3));同时降低温室气体累积排放当量[试验组每吨干物料的温室气体排放当量(eCO_2)为3.61 kg·t~(-1),对照组为3.73 kg·t~(-1)].但NO累积排放量试验组比对照组高出15.9%(试验组为1.9g·m~(-2),对照组为1.6 g·m~(-2)).     

室温低氨氮基质单级自养脱氮颗粒污泥启动效能与污泥特性

室温低氨氮基质条件下单级自养脱氮工艺的启动和稳定运行是该工艺应用于市政污水处理的前提和基础.本研究在气升式反应器中接种久置的PN/A(partial nitritation and ANAMMOX)颗粒污泥,控制温度在(23±2)℃,pH在7. 7～8. 0,以氨氮浓度为70 mg·L~(-1)的人工无机配水为基质,考察单级部分亚硝化-厌氧氨氧化实现室温启动效能.通过逐级缩短HRT(1. 1 h→0. 9 h→0. 7 h→0. 5 h)提升氮负荷[1. 53 kg·(m~3·d)~(-1)→1. 87 kg·(m~3·d)~(-1)→2. 40 kg·(m~3·d)~(-1)→3. 36kg·(m~3·d)~(-1)],逐步恢复AOB、AMX菌活性以及微生物协同效能.经过95 d运行调控,反应器成功启动,NH_4~+-N和TN去除率达85%和69%.根据各阶段污泥性能,严格控制溶解氧,有效抑制NOB.污泥适应环境后,颗粒粒径随负荷提升逐渐增大,最终平均粒径达1. 30 mm.成熟的自养颗粒污泥轮廓光滑清晰,扫描电镜显示,颗粒污泥内部形成空腔,表面有孔隙,污泥形态以球菌为主,并有少量杆菌及短杆菌. EPS主要成分为蛋白质(81. 48%),泥水分离效果较好.     

CANON颗粒污泥工艺的启动与负荷提高策略

为缩短工程应用中CANON颗粒污泥工艺的启动时间及提高总氮去除负荷,利用SBR反应器,研究了CANON颗粒污泥工艺启动规律与负荷提高策略.试验过程中,温度控制在30℃±1℃,pH 7~8,根据反应器内污泥形态及脱氮效果,调整沉淀时间及曝气量.结果表明,反应器运行55 d后,实现了絮体和颗粒污泥共生系统向颗粒污泥系统的转变;117 d时,总氮去除负荷达到0.32 kg·(m~3·d)~(-1),并能稳定维持,CANON颗粒污泥工艺启动成功.通过采取不断提高曝气量的方式,运行77 d后,总氮去除负荷能平均维持在1.35 kg·(m~3·d)~(-1),实现了工艺负荷的提高.试验中发现总氮去除负荷和DO之间具有较好的相关性,可以简单地通过观察DO浓度掌握脱氮效能,维持工艺的稳定运行.     

好氧/除磷颗粒对亚硝化颗粒污泥启动的影响

在室温下,采用R1、R2、R3三组相同的SBR反应器接种污水厂回流污泥,比较了添加好氧颗粒、除磷颗粒对亚硝化颗粒污泥启动及稳定运行的影响.结果表明,在S1(0~22 d)阶段,R1、R2、R3均用了19 d启动亚硝化.在S2阶段(23~56d),R1不添加颗粒污泥,R2、R3分别添加20%好氧颗粒和20%除磷颗粒诱导亚硝化絮状污泥颗粒化,R1、R2和R3分别在76、42 d和56 d平均粒径达到412、468、400μm,均成功实现颗粒化.在S3阶段(57~108 d),进水氨氮负荷和COD负荷分别由0.4 kg·(m~3·d)~(-1)提高到0.5 kg·(m~3·d)~(-1)和0.2 kg·(m~3·d)~(-1)提高到0.5 kg·(m~3·d)~(-1),R1、R2反应器中颗粒粒径增加明显,但R3发生了污泥膨胀.在运行末期(108 d),R1和R2的平均粒径分别达到689μm和893μm.接种好氧颗粒和除磷颗粒均能快速实现亚硝化污泥的颗粒化,并且接种好氧颗粒的亚硝化颗粒污泥系统能适应较高C/N比进水,耐冲击负荷,能长期稳定运行.     

利用好氧颗粒污泥持续增殖启动高性能亚硝化反应器

为了考察亚硝化颗粒污泥(NGS)的持续增殖能力,向柱状序批式反应器(SBR)内接种极少量种污泥,在130 d内,将氨氮容积负荷(NLR)从0.74 kg·(m~3·d)~(-1)提高到6.66 kg·(m~3·d)~(-1),成功使反应器内污泥浓度(MLSS)从0.1 g·L~(-1)增长至11.8 g·L~(-1),对应的亚硝态氮累积负荷从0.4 kg·(m~3·d)~(-1)升至4.9 kg·(m~3·d)~(-1).当NLR低于4.44 kg·(m~3·d)~(-1)时,反应器内粒径200μm的污泥数量明显增多,颗粒平均粒径大幅减小.当NLR继续提高时,颗粒平均粒径的增长过程遵循修正的Logistic模型,其比增长速率k值约为0.022 9 d-1.在运行期间,较高的游离氨(FA)和游离亚硝酸(FNA)浓度能够对亚硝酸盐氧化菌(NOB)起到联合抑制作用,这使得出水中亚硝态氮累积率(NAR)始终高于80%.上述实验结果将为工业化高效NGS反应器的启动操作提供重要参考.     

温度对蚯蚓处理城镇污泥稳定化过程的影响

在蚯蚓堆肥过程中,温度会对微生物和蚯蚓活性产生影响,进而影响堆肥效率.将城镇脱水污泥制成5 mm的颗粒,通过比较3个温度条件下(15、20、25℃)赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)处理城镇污泥过程中理化、生化指标的变化,研究温度对蚯蚓堆肥稳定化过程的影响.结果显示,在整个稳定化过程中,随温度升高,有机质(OM)、微生物量碳(MBC)降低,电导率(EC)、NH_4~+-N、NO_3~--N升高,而脱氢酶活性(DHA)随温度变化不具有明显规律性.主成分分析(PCA)结果表明,蚯蚓堆肥稳定化过程依次经历以有机质生物降解、氨化和硝化为特征的3个阶段.以蚯蚓适宜生长温度控制蚯蚓堆肥,将更有利于蚯蚓与微生物协同作用的高效发挥.温度能改变蚯蚓堆肥的稳定化效率,但并不改变稳定化路径.     

污泥干化芦苇床技术述评

污泥干化芦苇床是人工湿地和传统污泥干化床的结合,是一种新型的污泥处理技术。将湿地植物芦苇种植于人工湿地的填料层中,周期性地将污泥布向芦苇床表面,污泥中的水分经填料层以及后形成的污泥层渗透后,通过集水管排出;污泥中的固体物质被截留在床体表面,通过植物的蒸发蒸腾作用和水面蒸发作用进一步脱水和稳定。通过合理的设计和运行,其使用周期可达8¹0年,其后可清空稳定化污泥并进入下一个使用周期。经芦苇床稳定之后,污泥的脱水效果明显,含固率可达到20%10年,其后可清空稳定化污泥并进入下一个使用周期。经芦苇床稳定之后,污泥的脱水效果明显,含固率可达到20%⁶5.7%,综合性能优于离心脱水和压滤脱水;污泥中有机质和营养成分氮磷等指标受污泥来源、运行方式和运行时间的影响,去除效率差异较大。污泥经稳定后,有机质去除率最高可达66.8%,氮去除从负去除到最高去除65.5%,磷去除从负去除到最高去除81%。经芦苇床稳定后,污泥中的有机有害物质多环芳烃可被有效去除,其去除率高出传统污泥干化床29.86%。在对相关文献的主要结果进行总结的基础上,提出了下一步研究和发展的方向。     

冬季污泥堆肥过程温室气体排放特征

污泥堆肥处理是一种简便高效的污泥稳定化技术,但堆肥过程产生的温室气体也引起了国内外的广泛关注,我国关于污泥堆肥,特别是低温环境下的堆肥温室气体排放特征研究和基础数据还很缺乏.本实验采用城市脱水污泥,考察低温环境条件下不同调理剂混合污泥堆肥过程中温室气体的排放特征.结果表明,低温环境条件下污泥堆肥能够顺利进行,但高温期持续时间相对较短而腐熟期温度降低过快.木屑处理的总氮损失低于秸秆处理,然而温室气体总排放当量却高于秸秆处理,木屑和秸秆处理总的CO2排放当量(以干污泥计)分别为169.45 kg·t~(-1)、133.13 kg·t~(-1).木屑与秸秆CH_4累积排放量(以干污泥计)分别为0.648 kg·t~(-1)、0.689 kg·t~(-1),N_2O累积排放量(以干污泥计)分别为0.486 kg·t~(-1)、0.365 kg·t~(-1).CH_4的排放75%以上集中在堆肥前2周,而N_2O则90%以上出现在后腐熟期.整体而言,冬季堆肥高温期持续时间相对较短而腐熟期温度低,出现CH_4排放量相对较低而N_2O较高的现象,CH_4排放量均低于IPCC推荐值,N_2O则均高于IPCC推荐值.因此针对低温环境堆肥工艺,温室气体的减排应重点关注堆肥后期N_2O排放的降低策略.     

ABR耦合CSTR一体化工艺好氧颗粒污泥形成机制及其除污效能研究

本研究通过对厌氧折流板反应器(ABR)改进,使其成为厌氧与好氧组合一体化工艺,实现耦合运行.对连续流条件下其好氧颗粒污泥形成机制进行了研究.将ABR末端隔室分别改为曝气池与沉淀池,并分别在厌氧区和好氧区接种厌氧颗粒污泥和普通活性污泥,保持好氧区C/N为2,COD容积负荷逐渐由1.5 kg·(m3·d)-1提高至2.0 kg·(m3·d)-1,沉淀池HRT逐步由2.0 h缩短至0.75 h.研究表明,经110 d的运行,在好氧区中成功培养结构致密、沉降性能良好(平均沉降速率为20.8m·h-1)的淡黄色颗粒污泥.在好氧区沉淀时间为0.75 h、COD容积负荷为2.0 kg·(m3·d)-1的条件下,系统稳定运行时具有较好的脱氮除磷效果,COD、NH+4-N、TP和TN的去除率分别为90%、80%、65%和45%.研究表明,因沉淀时间缩短而不断提高的选择压、维持较高的有机负荷是好氧颗粒污泥形成的主要驱动力.     

污水处理厂不同工艺的污泥脱水效能分析及其影响因素研究

污泥脱水是污泥减量的主要手段,直接影响到后续污泥处理处置.本研究以北京某大型污水处理厂A2/O工艺和A2/O-MBR工艺污泥脱水为对象,基于2013年全年的运行数据,分析不同工艺的污泥脱水效果、絮凝剂投配率、污泥脱水电耗和污泥脱水成本,并通过冗余分析(RDA)研究了不同污水处理工艺污泥脱水性能的影响因素.结果表明,污泥脱水性能和絮凝剂投配率均呈现季节性变化特征,冬季污泥较难脱水,絮凝剂消耗大.A2/O-MBR工艺的脱水污泥含水率年均值为(81.92±1.64)%,A2/O工艺为(82.56±1.35)%,污泥脱水絮凝剂消耗(以DS计,下同)分别为(8.70±7.25)kg·t-1和(7.42±2.96)kg·t-1,电耗(以DS计,下同)分别为331.82 k W·h·t-1和121.57 k W·h·t-1.A2/O-MBR工艺的污泥脱水絮凝剂成本(以DS计,下同)为204.76元·t-1,用电成本为231.61元·t-1;A2/O工艺的污泥脱水絮凝剂成本为175.00元·t-1,用电成本为84.86元·t-1.RDA分析表明,水温等季节性因素引起污泥有机质变化是影响污泥脱水性能的关键因素之一,此外,污泥龄也与污泥脱水性能有一定相关性.     

城市污泥不同处理处置工艺路线碳排放比较

随着碳中和目标的提出，城市污泥高效资源化利用成为研究热点，为从碳排放角度对污泥处理处置技术路线进行科学比较，对4种典型污泥处理处置路线进行碳核算.基于联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)提供的方法，结合我国污泥特性，以每t干污泥(DS)为核算对象，核算边界从污泥浓缩开始，到最终作为产品输出或能量回收为止，分为直接排放、间接排放和碳补偿这3种类型计算总碳排放量.结果表明R4路线(重力浓缩+热水解+厌氧消化+板框压滤脱水+运输+土地利用)总碳排放量(以CO₂/DS计，下同)为99.41 kg·t^-1,是最为低碳的污泥处理处置工艺路线，若避免其厌氧消化CH₄逸散排放，该路线现阶段已能够实现碳中和.对碳排放量较大单元，如热干化1 049.24 kg·t^-1,深度脱水960.99 kg·t^-1,卫生填埋786.24 kg·t^-1,焚烧635.52 kg·t^-1,好氧堆肥614.17 kg·t^-1,热水解544.67 ...     

恒电流模式下污泥电渗透的脱水性能及能耗分析

对传统机械脱水后的污泥采用电渗透技术进行二次脱水,在恒电流模式下研究了电流密度、机械压力、污泥厚度、初始含水率对脱水效率及能耗的影响.结果表明:在恒电流模式下,增加电流密度和初始含水率及降低污泥厚度对污泥电渗透脱水速率有促进作用.脱水后的最终含水率随着机械压力和初始含水率的增加及污泥厚度的降低而降低.电渗透脱水的最佳工艺参数为:电流密度为178.3 A·m~(-2),机械压力为31.4k Pa,污泥厚度为0.8 cm,初始含水率为81.5%,脱水后污泥的含水率可降至51. 3%.恒电流模式下污泥电渗透脱水单位能耗为0. 135～0. 269kW·h·kg~(-1),初始含水率对能耗影响最大,初始含水率每增加2%,单位能耗平均降低0.05 kW·h·kg~(-1).     

厌氧氨氧化颗粒污泥快速培养及其抑制动力学

为实现厌氧氨氧化颗粒污泥(ANAMMOX granular sludge,AGS)的快速培养,采用上流式厌氧污泥床(up-flow anaerobic sludge bed,UASB)工艺,在添加少量絮状厌氧氨氧化污泥(flocculent ANAMMOX sludge,FAS)的反应器内填充生物流离球作为填料,对ANAMMOX的启动及FAS的颗粒化进行研究.同时利用Haldane模型研究AGS的基质抑制动力学特性.结果表明,利用生物流离球作为填料,实现了ANAMMOX的启动,总氮去除率达85%以上,总氮容积负荷为0. 72 kg·(m3·d)-1,并在127 d内成功培养出直径1. 0～3. 0 mm的AGS.动力学研究表明,反应器内AGS对氨和亚硝酸盐的最大反应速率分别为1. 46 kg·(kg·d)-1和1. 76 kg·(kg·d)-1,半抑制速率分别是852. 2 mmol·L-1和108. 2 mmol·L-1.与絮状污泥相比,AGS能承受更高的氨和亚硝酸盐抑制浓度,并保持较高的反应速率.采用含有海绵的生物流离球作为填料,能有效加速反应器的启动,加快AGS的形成,对厌氧氨氧化工艺的实际运行具有积极的意义.     

污泥龄及pH值对反硝化除磷工艺效能的影响

以SBR成功富集后的反硝化聚磷菌（DPBs）为研究对象,分别考察了污泥龄（SRT,35、25、15 d）及pH值（7.5、8.0、8.5）对反硝化除磷过程的影响.结果表明,SRT从35d缩短至25d,使活性污泥浓度（MLVSS）从2821 mg·L^-1降低为2301 mg·L^-1,而污泥负荷（F/M,以COD/MLVSS计）从0.256kg·（kg·d）^-1增加至0.312 kg·（kg·d）^-1,虽然净释磷量及净吸磷量有所下降,但是由于污泥活性的增加,此阶段厌氧释磷、缺氧吸磷及比反硝化速率均达到最高,分别为25.07、15.92及9.45 mg·（g·h）^-1,污泥含磷率从4.78%升为5.33%,出水PO₄^3--P浓度保持在0.5 mg·L^-1以下,即PO₄^3--P去除率稳定在95%以上;当SRT进一步缩短为15d时,MLVSS低至1448 mg·L^-1,污泥中DPBs占聚磷菌（PAOs）的比例从82.4%骤降为65.7%,表明过短的SRT使得DPBs逐渐从系统中流失,此阶段污泥含磷率降至3.43%,释磷、吸磷及比反硝化速率亦出现不同程度的降低.随着pH值的升高（7.5~8.0）,厌氧释磷及缺氧吸磷速率也升高,pH值为8.0时分别达到25.86mg·（g·h）^-1和16.62 mg·（g·h）^-1;当pH超过8.0后,除磷效率快速下降,推测为磷化学沉淀导致.     

污泥预处理对微生物絮凝剂制备及性能的影响

试验研究了不同污泥预处理方法对微生物絮凝剂的制备及其絮凝性能的影响.结果表明,污泥经碱热预处理后释放的有机物质量最大,SCOD/TCOD可达到0.56.以碱热预处理污泥作为基质制备的微生物絮凝剂,其产量为2.3 g·L-1,高于热预处理的1.6 g·L-1,酸热预处理的0.6 g·L-1,以及未接种污泥絮凝剂的18 mg·L-1.采用响应面分析法对碱热预处理污泥制备的微生物絮凝剂与PAM复配改善污泥脱水的过程进行了优化,实验分别拟合了关于污泥比阻(SRF)和干污泥量(DS)的二次模型,决定系数(R2)分别为0.9057和0.9171,表明拟合情况良好.实验中最佳的污泥脱水条件为微生物絮凝剂投加量12.6 g·kg-1,PAM投加量1.0 g·kg-1,Ca Cl2投加量59.7 mg·L-1,p H值6.7,搅拌速度185r·min-1.在此条件下,DS和SRF分别为29.1%和2.2×1012m·kg-1,表明碱热预处理污泥制备的微生物絮凝剂与PAM的联合使用有助于改善污泥脱水性能.     

Fe2+和Fe3+对厌氧氨氧化污泥活性的影响

通过接种厌氧氨氧化污泥研究了Fe离子浓度及价态变化对厌氧氨氧化污泥活性的影响.短期浓度影响结果表明,当进水铁离子浓度由0升高到5 mg·L-1时,厌氧氨氧化污泥活性因受刺激而逐渐增强;当进水铁离子浓度大于5 mg·L-1时,因厌氧氨氧化反应产碱,铁离子形成氢氧化物沉淀,生物活性未受到影响.不同价态铁离子浓度变化对厌氧氨氧化污泥活性的影响无明显区别.长期价态影响结果表明,经过71个周期培养,含Fe2+进水的厌氧氨氧化反应器R1脱氮效能(以氮计)由0.28 kg·(m3·d)-1升高到0.65 kg·(m3·d)-1,是含Fe3+进水反应器R2的1.28倍.因此Fe2+更适合厌氧氨氧化菌生长的需求.实验结果进一步表明,Fe3+易导致厌氧氨氧化反应器R2内氨氮过量转化,亚硝氮与氨氮转化比(1.17)明显低于含Fe2+进水的反应器R1内亚硝氮与氨氮转化比(1.24).     

影响一体式好氧膜生物反应器膜清洗周期的几个因素

一体式好氧中空纤维膜生物反应器不同操作条件下处理生活污水的试验结果表明,在膜通量１０．４Ｌ／ｍ＾２．ｈ）污泥龄２０ｄ,污泥去除负荷（ＣＯＤ／ＶＳＳ）为０．２２ｋｇ（ｋｇ．ｄ）的正常稳定运行条件下,该系统可在整个膜寿命期限内（３－５ａ）不同洗燕得到优质出水;ＣＯＤ〈２０ｍｇ／Ｌ,ＮＨ３－Ｎ〈１．０ｍｇ／Ｌ,无色无味透明,未检出大肠杆菌,其中,污泥去除负荷,系统运行稳定状况和反应器流态是影响膜清洗周期     

盐度对EGSB反应器的运行及厌氧颗粒污泥的影响

高盐废水通常含有高COD浓度,难以处理,引用具有耐盐性能的生物反应器处理高盐废水成为必要.使用模拟高盐废水在3.267 kg·(m~3·d)~(-1)的COD容积负荷下,将Cl~-浓度逐步从0提升至10 000 mg·L~(-1),研究盐度对膨胀颗粒污泥床(expanded granular sludge bed,EGSB)反应器的影响.结果表明,Cl~-浓度小于7 500 mg·L~(-1)时,对微生物的抑制作用较低;Cl~-浓度为7 500 mg·L~(-1)时,反应器的COD去除率能保持在98.1%左右,容积产气率能够基本保持在1.3 m~3·(m~3·d)~(-1)以上,大粒径的厌氧颗粒污泥仍然占据体系的主体;当Cl~-浓度为10 000 mg·L~(-1)时,反应器中的厌氧颗粒污泥受到严重影响.采用高通量测序技术对0和5 000 mg·L~(-1)两个Cl~-浓度下的厌氧颗粒污泥的微生物菌群结构进行分析,结果表明,盐度影响了微生物的种群分布,在5 000 mg·L~(-1)的Cl~-浓度下,主要的优势菌属由Cl~-浓度为0时的Methanoregula与Longilinea变为Methanobacterium、Methanospirillum、Methanothrix和Paludibacter.