城市污泥生物沥浸法和化学法调理的效果比较——对污泥理化性质及其深度脱水性能的影响研究

分别用生物沥浸法（BC）、Fenton法和石灰/三氯化铁/PAM法（石灰法）对同一批城市污泥进行调理,并以常规PAM法（CC）为对照,探究不同调理后污泥的理化性质及其脱水性能的变化差异,并用流式细胞仪测定污泥中细胞裂解情况,以分析其机理.结果表明,BC法、Fenton法和石灰法均能大幅提高城市污泥脱水性能,表现在污泥过滤比阻（SRF）值仅为常规处理的0.43%~6.12%,尤其以石灰法处理脱水性能最佳.但BC法脱水泥饼中的有机质和养分能得到最大程度的保留,有机质（56.9%）、总氮（4.66%）、速效氮（0.47%）、矿化氮（1.80%）和总磷（1.60%）含量均远高于石灰法处理,而且污泥中重金属能被部分去除（Cr、Mn、Ni、Zn溶出率分别为18.7%、50.0%、48.7%和72.9%）,该处理的污泥最具资源化潜力.而石灰法脱水泥饼由于大量脱水剂添加导致有机质（49.5%）、总氮（3.55%）和总磷（1.20%）含量明显下降,且泥饼呈强碱性（pH值接近11）.脱水滤液中的sCOD（645mg/L）和TP（4.62mg/L）也显著高于其他处理.流式细胞仪测定结果显示,BC法、Fenton法和石灰法均能导致污泥微生物凋亡,活细胞数量由原始的86%降至75%左右,特别是石灰法对污泥中细胞的破解效果最为彻底,从而释放出更多内部水和胞内物质,这可能是引起其有机质和养分大量损失至脱水滤液中的原因之一.与Fenton法和石灰法调理相比,生物沥浸法既具有能大幅提高污泥脱水性能,脱水滤液水质相对较好的优点,又具有泥饼有机质和氮磷养分高,重金属含量低的优点.     

污泥调理对氨基糖苷类耐药菌的削减作用研究

采用异养菌培养法比较了4种污泥调理方法（聚丙烯酰胺调理、Fe[III]/CaO调理、化学酸化调理以及生物沥浸调理）对脱水泥饼和脱水滤液中链霉素、庆大霉素、卡那霉素3种典型氨基糖苷类ARB的削减效果.结果表明,PAM调理未能有效削减脱水泥饼及滤液中的ARB;Fe[III]/CaO调理和生物沥浸调理大幅削减脱水泥饼中3种ARB,并且可完全去除脱水滤液中的ARB;化学酸化调理虽然可将脱水泥饼中的ARB削减0.83~1.65个数量级,但却使滤液中的ARB增加0.26~0.39个数量级.脱水泥饼中氨基糖苷类ARB的含量与调理污泥中微生物细胞裂解程度显著相关,说明调理过程导致的污泥微生物细胞裂解是脱水泥饼中ARB削减的主要原因.进一步研究表明,采用Fe[III]/CaO法、化学酸化法及生物沥浸法处理后的脱水泥饼自然放置过程中ARB的数量有反弹的趋势,存在一定的环境风险.     

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.     

丝状真菌调理对柠檬酸污泥脱水性能的影响

利用实验室分离的丝状真菌Aspergillus niger SS5对柠檬酸污泥进行了污泥脱水前的生物调理.结果表明,菌液浓度和调理时间是影响污泥脱水性能的主要因素,调理后污泥的脱水性能、沉降性能均有明显改善,调理后的污泥负电荷减少,粒径显著增大,结合水含量比未投加菌液的空白对照降低了近40%.同时,真菌调理显著降低了上清液COD及污泥各EPS层的蛋白质和多糖含量,EPS中蛋白质的降解与污泥结合水含量、D₅₀和Zeta电位显著相关,是影响柠檬酸污泥脱水性能改善的重要因素,且有机物的降解并未导致污泥pH值的显著变化,这和柠檬酸污泥拥有较大的酸碱缓冲容量有关.采用20mL/g DS的Aspergillus niger SS5调理柠檬酸污泥,调理3d可使泥饼含水率降至71.98%,且调理过程无化学药剂加入,更有利于柠檬酸等食品发酵类工业污泥的后续资源化综合利用.     

生物沥浸处理提高城市污泥脱水性能的中试研究：批式运行模式

为了考察生物沥浸法对城市污泥脱水性能的影响.利用一个兼有序批式与连续式运行模式、工作体积为700 L的生物沥浸反应器对城市污泥进行了连续3批生物沥浸中试研究,并采用厢式压滤机对处理后污泥进行脱水处理.结果表明,曝气量为1.2 m^3/h,含嗜酸性硫杆菌的酸化污泥与待处理的原始污泥体积比为1∶15时,在90 h内完成首批...     

生物沥浸的酸化效应对城市污泥脱水性能的影响

采用嗜酸性氧化亚铁硫杆菌Acidithiobacillus ferrooxidans LX5对供试污泥进行生物沥浸处理,并通过与化学酸化试验对比,从Zeta电位、溶胞作用及污泥絮体的形态结构等方面研究了污泥生物沥浸的酸化效应对其脱水性能的影响.结果表明,生物酸化过程中,随着pH的下降,污泥比阻由1.81×1012m.kg-1降到0.59×1012m.kg-1,污泥沉降率不断提高,在pH 2.90时达到48%,污泥Zeta电位逐渐升高,从-25.2 mV升至9.6 mV.化学酸化试验中,随着pH的下降,污泥比阻先降低再升高,并在pH 3.35时取得最小值2.6×1012m.kg-1,Zeta电位逐渐上升,于pH 2.90时趋于0.污泥中可溶性磷浓度随着pH下降不断升高,pH调至1.86时,污泥液相中总磷(TP)浓度超过600 mg.L-1,进一步通过显微镜对污泥絮体的观察发现,强酸会导致污泥中微生物细胞分解.在pH 3.35左右,化学酸化污泥和生物酸化污泥的颗粒结构都没有发生明显变化,但生物酸化污泥中存在一些可能是次生矿物的晶体.污泥Zeta电位趋近于0、次生矿物的形成是生物沥浸的酸化效应使城市污泥脱水性能提高的内因.     

超声-生物沥浸-氧化钙联合超高压压滤系统实现市政污泥深度脱水及其泥饼的毒性评估

本研究采用超声-生物沥浸-氧化钙调理联合超高压压滤系统对市政污泥进行深度脱水试验,探讨了其调理过程对污泥脱水效率的影响,并对调理后的脱水污泥的重金属含量及植物毒性进行评估.结果表明,经超声-生物沥浸-氧化钙调理后,比阻（SRF）去除率和结合水去除率分别达到90.12%和72.21%.经预调理联合超高压压滤系统处理后,泥饼含水率降低至49.94%,泥饼中Cr 、Cu、Cd、 Zn、As 和Pb的去除率分别为42.41%、36.50%、30.92%、27.97%、25.94%、22.11%,白菜发芽指数大于80%.通过分析污泥理化性质及滤液有机物含量,阐明该联合技术的作用机理.首先,超声预处理后,污泥结构被破坏,造成污泥粒径d_0.5减小、zeta电位上升,污泥中多糖和蛋白质被释放,从而改善脱水性能,促进污泥中重金属释放,植物毒性降低;经超声-生物沥浸调理后,污泥粒径d_0.5进一步减小、zeta电位趋近于中性,滤液中酪氨酸/色氨酸类氨基酸类有机物和酪氨酸/色氨酸类蛋白有机物被降解且疏水性的腐殖酸和富里酸类有机物含量升高,污泥脱水性能进一步提高,泥饼重金属含量进一步下降,但植物毒性反而加强;最后添加氧化钙后,污泥颗粒被重新絮凝,形成刚性骨架,增加了污泥的可压缩性能,在高压压滤过程释放出更多有机物,最终实现了污泥深度脱水,重金属总量减少,植物毒性显著降低.此外,经济分析表明该联合工艺具有一定潜在推广应用价值.     

芬顿试剂氧化对污泥脱水性能的影响

利用芬顿试剂调理污泥,以W_C(污泥滤饼含水率)和CST(毛细吸水时间)作为评价污泥脱水性能的指标,通过分析污泥中各层ρ(EPS)(EPS为胞外聚合物)和上清液中小分子有机物质量浓度来阐明污泥脱水性能的变化. 结果表明:芬顿试剂调理可促进EPS氧化分解,TB-EPS(紧密结合的胞外聚合物)破解转化为LB-EPS(松散结合的胞外聚合物)和S-EPS(上清液层胞外聚合物),大幅降低W_C和CST. 试验中当pH为4,w(H₂O₂)和 w(Fe2+)均为40 mg/g时,ρ(EPS)降低了33.04%,W_C和CST分别降至63.36%和28.7 s. Pearson相关性分析表明,ρ(TB-EPS)与W_C和CST均存在显著的正相关性(P＜0.01),是影响污泥脱水性能的重要因素,而ρ(LB-EPS)和ρ(S-EPS)与污泥脱水性能的相关性较低. 液相色谱分析表明,随着芬顿试剂投加量的增大,EPS等有机物分解程度增大,污泥上清液中小分子有机物种类明显增多,其质量浓度显著升高,ρ(甲酸)和ρ(乙酸)分别由原污泥的52.72、15.99 mg/L升至446.05、522.36 mg/L.      

生物淋滤中硫粉对污泥EPS组分和脱水性的影响

为探讨生物淋滤过程中污泥的脱水性能及其与胞外聚合物（EPS）中蛋白质（PN）、多糖（PS）的关系,以硫粉（S⁰）作为底物,设计了不同S⁰投量（0,2,4,6,8g/L）+10%接种物的实验组进行10d淋滤实验.结果表明：溶解态PN、PS含量和污泥比阻（SRF）在淋滤0~2d降低,之后呈上升趋势,结合态PN、PS含量在淋滤0~8d呈下降趋势,之后略微上升,且S⁰投加量越大,上述变化趋势越明显.统计结果发现,SRF与溶解态PN、PS有显著的正相关性（R=0.861、0.875,P<0.01）.说明不同S⁰投加量导致溶解态PN、PS含量变化从而影响了污泥脱水性能,其中溶解态PS的变化对污泥脱水性能作用更大.S⁰投量为8g/L、淋滤时间为2d时,污泥脱水效果最佳,S⁰投量为2g/L、淋滤时间6d效果次之,SRF分别比原污泥降低58%和54%,又由于后者重金属去除率高于前者,推荐S⁰ 2g/L,温度30℃,淋滤时间6d,pH值降至2.66为最适工艺条件.     

不同调理剂对厌氧石化污泥脱水性能的影响研究

以厌氧消化后的石化污泥为研究对象,研究聚合硫酸亚铁(PFS)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚合氯化铝(PAC)、Fenton试剂对厌氧石化污泥脱水性能的影响,再对调理后的厌氧污泥通过板框压滤机压滤脱水,考察其脱水难易程度。研究结果表明:相比无机絮凝剂PFS、PAC和有机絮凝剂PAM,Fenton试剂(七水合硫酸亚铁加到15,20,25 g/L时,H_2O_2溶液投加量为5 m L/L)的调理效果较好,调理后污泥的毛细吸水时间分别降低至36.82,18.3,27.28 s,污泥比阻分别降低至4.22×1011,1.23×1011,2.45×1011cm/g;采用FPS、PAC、PAM、Fenton(H_2O_2溶液投加量为5 m L/L,Fe SO4·7H2O加到15,20,25 g/L时)调理后的污泥,经过板框脱水后的泥饼含水率分别为68.65%、64.19%、67.21%、57.46%、55.83%、59.36%。由此可见,最优的厌氧石化污泥脱水调理剂为Fenton试剂(Fe SO4·7H2O、H_2O_2投加量分别为20 g/L、5 m L/L),该研究对厌氧石化污泥的高干脱水和减量化具有参考价值。     

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.     

双氧水与硫酸铝联用改善污泥脱水性能的试验研究

基于化学溶胞和絮凝剂单独调理污泥,均能在一定程度上改善污泥脱水性能。通过联用双氧水和硫酸铝对污水厂剩余污泥进行调理,分析两者联用对污泥脱水性能的改善效果,探求最佳的试验条件。将污泥脱水滤液回用至原泥(含水率80%),探求滤液回用在两种药剂联用下对脱水性能的改善效果。试验结果表明:在双氧水和硫酸铝联合调理下,污泥的脱水性能有明显改善;两者联用的最佳条件如下:初始污泥pH=3,投加2 mL/L(AR H_2O_2体积/湿污泥体积)的双氧水,调理60 min,再投加0.2 g/g的硫酸铝。     

活化过硫酸盐对市政污泥调理效果的影响

常规污泥脱水技术只能将市政污泥含水率降到80%左右,难以满足日益严格的污泥处理处置要求.活化过硫酸盐产生硫酸根自由基SO4·-具有强氧化性,可用于破坏污泥的絮体结构.本研究利用Fe2+活化过硫酸钠(SPS)的方法进行污泥调理,以到达改善污泥的脱水性能的目的.结果表明,当Fe2+与S2O2-8投加量(以绝干污泥计)分别为25.88 mg·g-1、80 mg·g-1(Fe2+与S2O2-8摩尔比为1.1∶1)时,污泥毛细吸水时间CST和污泥比阻SRF降低率最大,滤液中蛋白质和多糖浓度达到最大.进一步的研究表明,污泥Zeta电位值由负向正变化,颗粒比表面积增大,絮体由密集的团状变成结构松散的层状结构,污泥脱水性能提高.     

以FAS+S0为底物的生物沥浸对污泥EPS组分和脱水性能的影响

为研究以硫酸亚铁铵（FAS）+硫粉（S0）为底物的生物沥浸过程中,污泥的脱水性能及其与胞外聚合物（EPS）中蛋白质（PN）、多糖（PS）的关系,设计了新鲜污泥、新鲜污泥+10%接种物、新鲜污泥+10%接种物+（0,2,4,6 g/L）FAS+（0,2,4,6 g/L）S0的3个实验组进行10 d沥浸实验。结果表明:投加量为4g/L FAS+2 g/L S0,沥浸时间为6 d时污泥脱水性能最佳,污泥比阻（SRF）和黏度较原始污泥分别下降了83.11%和65.74%。EPS中溶解态PN、PS和结合态PN、PS的含量都随沥浸实验的进行而改变,其中溶解态PS与黏度、SRF呈显著负相关（R分别为-0.813、-0.813,P<0.05）,说明溶解态PS的含量是影响污泥脱水性能的主要因素。进一步分析得出,溶解态PS总量随沥浸时间延长而升高,其中疏水性PS的占比随之增加,污泥脱水性相应改善。     

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.     

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...     

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.     

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.     

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.