市政污泥热水解-深度脱水工艺工程化应用研究

从温度、压力、pH、滤布孔隙大小、反应时间、进泥含固率、搅拌转速和保压时间这几个因素出发研究了污泥热水解反应,得出最佳工艺条件为:进泥含固率20%、有机物质量分数60%的市政污泥30 L,不添加外界压力的情况下保持转速30 r/min、200℃反应30 min,再经深度脱水至无水产生为止(约2~3 h)。通过影响因素研究得出市政污泥通过热水解-深度脱水后含固率达65%,可取代热干化工艺,实现污泥资源化处理。     

市政污泥热水解-深度脱水工艺工程化应用研究

从温度、压力、pH、滤布孔隙大小、反应时间、进泥含固率、搅拌转速和保压时间这几个因素出发研究了污泥热水解反应,得出最佳工艺条件为:进泥含固率20%、有机物质量分数60%的市政污泥30 L,不添加外界压力的情况下保持转速30 r/min、200℃反应30 min,再经深度脱水至无水产生为止(约2~3 h)。通过影响因素研究得出市政污泥通过热水解-深度脱水后含固率达65%,可取代热干化工艺,实现污泥资源化处理。     

污泥厌氧消化搅拌条件的优化分析

借助实验和计算流体力学方法对污泥厌氧消化的混合效果及能耗进行实验和模拟分析,研究结果表明:对含水率为95%的污泥进行搅拌,随着搅拌转速的增加物料达到混和均匀所需的时间越短,在搅拌转速分别为140、180和220 r/min时,所需搅拌时间分别为40、25和15 min。但是通过功率和能耗比较分析发现转速为180 r/min时的能耗最低;同时利用Fluent软件对该反应器的速度场和浓度场的分布进行了模拟,模拟结果表明随着搅拌转速的增加,反应器内的速度呈逐渐增大的趋势,浓度场分布在转速为180、200和220 r/min时达到均匀,并且基于速度场和浓度场的模拟进行功率和能耗分析的结论和实验结果一致。因此,综合实验和模拟结果,从节能和高效的原则出发确定180 r/min的转速为该反应器混匀时的最佳转速。     

厌氧发酵处理庆大霉素菌渣的可行性及条件优化

采用厌氧发酵处理庆大霉素菌渣,考察了含固率、接种比、接种污泥、发酵底物等因素对庆大霉素菌渣厌氧发酵的影响,并用累积净甲烷产量衡量庆大霉素菌渣进行厌氧发酵的可行性及发酵程度。试验结果证实了庆大霉素菌渣进行厌氧发酵的可行性,其中含固率和接种比对发酵的影响较大,最佳条件为含固率5%,接种比1/3;对比试验所用3种接种污泥,发现接种某造纸厂污水处理IC反应器的厌氧颗粒污泥效果最优,在最优含固率和接种比的条件下,累积净产甲烷量为28.21 m3/t;此外,试验还证实,采用不同菌渣的联合发酵表现出了明显的协同作用,在最优条件下,庆大霉素菌渣与林可霉素菌渣按1∶2的比例联合发酵的产甲烷量可达到37.5 m3/t。     

高温热水解对不同含固率低有机质污泥溶出规律影响

高温热水解是促进低有机质污泥厌氧水解过程的有效方法,探讨不同含固率下低有机质污泥高温热水解后物质溶出规律,可为实现其高效厌氧发酵提供基础理论依据。通过序批式实验和相关性分析研究了含固率、温度和时间对高温热水解污泥中物质溶出的影响。结果表明：污泥中物质溶出特性与温度、含固率的相关性均较高(P=0.272～0.757,0.249～0.774)。除含固率6%的污泥外,8%、10%及12%含固率污泥中可溶糖、可溶蛋白质、总挥发性脂肪酸(TVFA)、溶解性有机碳(SOC)浓度随处理温度提高而增大,而pH则相反。除含固率的8%污泥外,氨氮(NH⁺₄-N)和游离氨(FAN)浓度亦随含固率、热水解温度的提高而增大。当处理温度相同时,可溶糖、可溶蛋白质、TVFA、SOC、NH⁺₄-N、FAN浓度总体上随含固率的升高而升高,而含固率变化对pH无显著影响。同时,含固率6%～10%的污泥中可溶蛋白质的溶出率高于可溶糖,随着含固率的增加,可溶蛋白质溶出率增幅有所降低;含固率为6%和12%时,TVFA增加不明显;SOC与SCO...     

鼠李糖脂-热对污泥厌氧发酵中脱水性能的影响

为了探究鼠李糖脂以及低温热水解预处理污泥厌氧发酵过程对污泥脱水性能的改变,利用毛细吸水时间（CST）表征脱水性能指标,有机物溶出、粒径分布以及三维荧光光谱分析阐明脱水性能变化机制.研究发现在厌氧发酵之前,预处理后污泥脱水性能均会降低;厌氧发酵之后原污泥脱水性能降低,经过热水解的污泥脱水性能改善;粒径分布变化表明粒径减小是预处理污泥脱水性能变差的部分原因,发酵之后粒径增大对于污泥脱水性能改善不明显.溶解性有机物（SCOD）、溶解性碳水化合物（SC）以及溶解性蛋白质（SP）的溶出情况发现粒径的减小是由于预处理手段对污泥的有效破解.三维荧光平行因子分析（PARAFAC）表明,污泥预处理且厌氧发酵前后溶解性有机质（DOM）均包含类腐殖酸C1（386nm/462nm）和C3（342nm/438nm）、酪氨酸类蛋白C2（278nm/306nm）以及色氨酸类蛋白C4（290nm/358nm）.其中,类腐殖酸的增多是热水解污泥脱水性能变差的主要原因,厌氧发酵之后酪氨酸蛋白的积累是原污泥脱水性能变差的原因,类腐殖酸的分解是热水解污泥发酵后改善的原因.     

生物法降解含油污泥反应器流场及工作参数研究

为提高生物反应器法处理含油污泥的降解效率,对生物反应器内铜绿假单胞菌NY3降解含油污泥的工艺过程进行研究.建立了生物反应器内气-液-固三相流场动力学模型和群体平衡模型(PBM),结合FLUENT软件对反应器内气泡直径分布和搅拌转速进行仿真.研究发现,直径在6mm以下的气泡占比为85%,能有效增加反应体系溶解氧浓度,并模拟出反应器最佳离底悬浮转速为150r/min.利用氧守恒原理建立了曝气速率随时间的变化关系模型,并通过设计实验确定最佳接菌量为15.23%,温度为32.56℃,指导最终降解过程的工艺参数选择.通过设定最佳工作参数值,用多功能生物反应器对6kg含油污泥进行降解实验,反应9d后石油烃降解率高达86.20%,含油率为1.46%.研究结果表明,生物反应器法降解含油污泥周期短、效率高,为处理含油污泥提供了一种有效可靠的新途径.     

餐厨垃圾中温干式厌氧消化污泥的流变特性研究

以半连续式和序批式餐厨垃圾厌氧消化产生的污泥为研究对象,考察温度(T)、含固率(TS)和剪切速率(γ)对消化污泥流变性的影响.使用旋转粘度计测定污泥动力粘度,测定时温度范围20~70℃,消化污泥TS分别为21.41%~29.54%(半连续式)、12.09%~22.48%(序批式).试验结果表明:污泥流动性随温度升高而增强,随温度降低而减弱,且温度变化会对污泥流变性造成不可逆的影响;同一剪切速率下,污泥的动力粘度随TS含量增高而变大;粘度曲线说明厌氧消化污泥为非牛顿流体,具有剪切变稀的特点;通过剪切应力的上升曲线和下降曲线可判断厌氧消化污泥为时间相关性流体,动力粘度-时间曲线进一步说明污泥为触变性流体;TS12%时,有必要设置搅拌系统,剪切速率控制在10.4~20.9 s-1较为合适;污泥的TS含量越高,温度、TS和剪切对流变性的影响越明显.试验可为厌氧消化反应器的搅拌系统和热交换系统设计提供一定的基础数据.     

生物质秸秆静态与动态厌氧消化产甲烷潜能对比研究

中温(32~35℃)环境下,通过对固含率为15%三种不同粒径的发酵物料(0.5 cm以下、1~2 cm、3~5 cm)的厌氧消化过程分析,并且对固含率20%、25%、30%与带消化液回流的厌氧发酵实验研究,结果表明:三种不同粒径发酵物料产气量最大的是<0.5 cm,其次依次为1~2 cm,3~5 cm,考虑到粒径小容易酸化的原因,选择秸秆厌氧消化的粒径范围0.5~2.0 cm;小麦秸秆无回流间歇发酵的产气率可达到每立方米发酵物料2~3 m3/d,带消化液回流的厌氧发酵产气率达到2.2 m3/(m3.d);初始固含率8%的发酵物料经过消化液回流、排剩,最终发酵物的固含率为16.4%;小麦秸秆无回流间歇发酵产甲烷潜能最大达249.0 m3/t,对应的固含率为25%,带消化液回流的厌氧发酵产甲烷潜能达223.06 m3/t。     

厌氧折流板反应器固-液两相流水力特性数值模拟研究

为分析升流速度对厌氧折流板反应器(ABR)处理效率的影响,采用欧拉多相流模型和标准k-ε模型进行二维数值模拟。在固-液两相流条件下,针对流场和固含率分布变化,考察了1.0、1.5、2.0和2.5 m·h-1等升流速度对反应器水力特性的影响,并在此基础上对反应器进行了优化设计。结果表明,在升流速度为1.5～2.0 m·h-1的条件下,升流室的流场、水流速度变化和固含率分布状态相对较好,有利于水力循环和泥水混合,污泥的截留率高,无污泥流失,但底部仍存在污泥堆积现象。通过对反应器底部挡板和折流板的优化设计,可消除底部死区并防止污泥流失。     

不同方式预处理污泥对微生物燃料电池的影响

为了探究不同预处理方式污泥对MFC（microbial fuel cell,微生物燃料电池）的影响,采用双室MFC反应器构型,以不同预处理方式的污泥作为MFC的底物基质,包括热处理污泥、废碱渣预处理污泥、未处理污泥,并设置静态试验组污泥（开路试验）,考察MFC的产电性能（电压、电功率密度）、pH、COD_Cr、总悬浮物（TSS）、挥发性悬浮物（VSS）、EPS（胞外聚合物）以及三维荧光等参数的变化规律.结果表明:①在所设外电阻条件下（1 000 Ω）,MFC的最大启动电压可达0.3 V;②废碱渣预处理污泥的最大功率密度可达70.1 mW/m2,热处理污泥的最大功率密度可达60.1 mW/m2,预处理后污泥的性能优于未处理污泥;③热处理污泥、废碱渣预处理污泥、未处理污泥以及静态试验组污泥的pH总体呈下降的趋势,废碱渣预处理污泥及热处理污泥总悬浮物和挥发性悬浮物的去除率均高于未处理污泥,且COD_Cr有类似的变化规律.在此基础上,进一步分析污泥EPS的组成成分以及三维荧光光谱图的特性发现,污泥EPS中蛋白质质量浓度最高,并且腐殖酸能够在一定程度上辅助胞外电子基团的转移,三维荧光光谱图也证实了不同预处理方式污泥随厌氧消化过程的变化规律.研究显示,将废碱渣预处理的污泥作为MFC的底物,不仅降低了资源能耗而且提高了MFC的产电性能,实现了综合绿色发展.      

高温好氧消化污泥对生物除磷的强化作用初探

由于高温好氧消化(TAD)后的污泥中常含有一定浓度的挥发性脂肪酸(VFA),为考察其对生物除磷系统的影响,通过将TAD污泥上清液与乙酸钠进行磷去除作用的对比试验。表明在厌氧条件下,加入TAD污泥的上清液,会使大量的P释放,磷释放规律及其释放速度均与乙酸钠造成的磷释放相当,因此,可以考虑将高温好氧消化污泥或上清液回流作为一种补充碳源,以强化生物除磷系统的除磷效果。但实际应用中,还要考虑到VFA降解以及回流污泥中的氮磷负荷,而且长期回流还需要进一步的试验验证。     

Increasing the performance of anaerobic digestion: Pilot scale experimental study for thermal hydrolysis of mixed sludge

The performance of a pilot plant operation combining thermal hydrolysis (170°C, 30 min) and anaerobic digestion (AD) was studied, determining the main properties for samples of fresh mixed sludge, hydrolyzed sludge, and digested sludge, in order to quantify the thermal pretreatment performance (disintegration, solubilisation, and dewaterability) and its impact on the anaerobic digestion performance (biodegradability, volatile solids reduction, and digester rheology) and end product characteristics (dewaterability, sanitation, organic and nitrogen content). The disintegration achieved during the thermal treatment enhances the sludge centrifugation, allowing a 70% higher total solids concentration in the feed to anaerobic digestion. The digestion of this sludge generates 40% more biogas in half the time, due to the higher solids removal compared to a conventional digester. The waste generated can be dewatered by centrifugation to 7% dry solids without polymer addition, and is pathogen free.     

高浓度中温厌氧膜生物反应器处理城市污水厂污泥的厌氧消化效果

利用厌氧消化技术处理城市污泥等有机废弃物,可以生成以甲烷为主要成分的沼气,同时实现废弃物减量化。传统的污泥厌氧消化技术存在水力停留时间长,处理水质差,反应器对环境变动敏感,运行不稳定等缺陷。使用有效体积15 L的实验室规模厌氧膜生物反应器（AnMBR）对初沉污泥与剩余污泥混合的城市污水厂污泥进行高浓度厌氧消化处理。AnMBR通过膜过滤方式将悬浮固体（SS）截留在反应器内,增强了反应器运行的稳定性并促进有机物的分解。AnMBR反应器在中温35℃,HRT为15 d,有机负荷为4.66 g-COD/（L·d）的条件下进行了为期155 d的长期运行实验。实验过程中,反应器运行稳定,没有出现氨氮抑制和挥发性脂肪酸的积累。沼气收率为0.48 L/g-VS,甲烷平均含量为63.32%。膜过滤水中COD浓度为0.77 g/L,COD去除率高达98%以上。通过物质衡算,基质总COD的54.38%转化为甲烷,仅有0.6%残留在膜过滤水中。在保持反应器污泥浓度25 g/L的高浓度条件下,实现了工作模式为4 min抽吸,1 min休息,平均膜通量9.6 L/（m2·h）的连续稳定运行。通过膜阻力抵抗值的计算,污染膜总阻力为11.87×1012/m,其中附着在膜表面的泥饼层和导致膜孔闭塞的有机层为膜污染形成的主要因素。通过长期连续实验的产甲烷情况及膜过滤效果,验证了AnMBR在有机废弃物减量化和能源回收应用上的可行性。     

Autoheated thermophilic aerobic sludge digestion and metal bioleaching in a two-stage reactor system

A two-stage process has been developed for stabilization of sludge and removal of heavy metals from the secondary activated sludge with high rate of energy and time conservation.The first stage of the process involves autoheated thermophilic aerobic digestion at 55-60°C inoculated with less-acidophilic thermophilic sulfur-oxidizing microorganisms(ATAD).The results show that it is possible to maintain the autoheated conditions(55-60°C) in the ATAD reactor up to 24 hr,leading to reduction of 21% total solids(TS),27% volatile solids(VS),27% suspended solids(SS) and 33% volatile suspended solids(VSS) from the sludge.The sludge pH also decreased from 7 to 4.6 due to the activity of less-acidophilic thermophilic microorganisms.In the second stage operation,the digested sludge(pH 4.6,TS 31.6 g/L) from stage one was subjected to bioleaching in a continuous stirred tank reactor,operated at mean hydraulic retention times(HRTs) of 12,24 and 36 hr at 30°C.An HRT of 24 hr was found to be sufficient for removal of 70% Cu,70% Mn,75% Ni,and 80% Zn from the sludge.In all,39% VSS,76% Cu,78.2% Mn,79.5% Ni and 84.2% Zn were removed from the sludge in both the stages.     

蒸汽爆破对污泥和餐厨垃圾联合厌氧消化的促进效果

鉴于蒸汽爆破（简称"汽爆"）预处理对污泥和餐厨垃圾联合厌氧消化的影响还鲜有报道,为探讨汽爆预处理对污泥和餐厨垃圾联合中温厌氧消化的促进效果及经济可行性,利用小型发酵罐在35℃下开展了未预处理污泥和餐厨垃圾联合消化、汽爆污泥单独消化、汽爆污泥和餐厨垃圾联合消化的试验,并进行能耗分析.结果表明,未预处理污泥与餐厨垃圾联合消化阶段,VS（挥发性固体）去除率为33.9%,沼气产率为311.0 mL/g（以投料VS计）;汽爆污泥单独消化阶段,VS去除率和沼气产率均略高于未预处理污泥与餐厨垃圾联合消化阶段,但反应器ρ（NH₄+-N）过高,影响产气稳定性,沼气φ（CH₄）较低.汽爆污泥与餐厨垃圾联合消化阶段,VS去除率和沼气产率分别达到49.5%和420.5 mL/g,显著优于未预处理联合消化阶段.能耗分析表明,预处理的升温过程使汽爆预处理整体能耗偏高,但若能有效回收70%的热量,则汽爆预处理可提高污泥-餐厨垃圾联合中温厌氧消化工艺3.34 kW·h/t（以污泥量计）的能量产率.研究显示,汽爆预处理可提高污泥和餐厨垃圾联合中温厌氧消化工艺35.2%的沼气产率,但由于预处理能耗较高,预处理过程中热能的有效回收是汽爆预处理应用于污泥和餐厨垃圾联合中温厌氧消化经济可行的关键.      

载体好氧预挂膜处理对厌氧消化反应器启动的影响

研究了生物膜载体经好氧预挂膜处理对厌氧附着膜膨胀床反应器 (AAFEB)启动的影响。载体经10天好氧预挂膜处理后的反应器比对照提前 15天完成启动。载体经好氧预挂膜处理的反应器中生物膜比对照反应器较早出现厌氧丝状菌 ,而且占据优势 ,而对照反应器则以球状细菌较多。前者厌氧颗粒污泥致密、结实 ,生物膜结构良好 ,滞留于反应器中的性能较佳 ,比后者较不易随水流失     

剩余污泥中温厌氧消化处理试验研究

针对抚顺三宝屯污水厂的剩余污泥采取动态半连续流中温厌氧消化试验，进行污泥减量化及资源化的研究,为中试生产提供技术依据。结果表明，在连续进泥14 d后，出泥的COD与VSS的去除率开始稳定，产气量也逐渐达到稳定,气体中的甲烷含量达70%以上。检验结果表明厌氧消化处理后的污泥中重金属及其它有害物质含量均不超过《农用污泥中污染物控制标准》（GB4284-84）,可作为农业肥料。     

黄花和脱水污泥厌氧消化的温室气体减排研究

采用联合国政府间气候委员会(IPCC)推荐的方法,对植物加拿大一枝黄花和污泥生物质厌氧消化产沼气的环境和能量影响进行了评估.环境影响评估重点关注温室气体(GHG)减排,将加拿大一枝黄花和脱水污泥的中温小试厌氧消化的甲烷产率数据运用于GHG减排潜质的计算;能量评估包括污泥贮存及传播、消化液的沼气逃逸,及化学肥料和化学药剂的投加几个过程中的直接和间接的能量输入.结果表明,一枝黄花和脱水污泥联合厌氧消化净GHG排放量随着SRT的缩短和黄花添加比例的增加而逐渐下降,在二者以挥发性固体(VS)比例1:1混合,停留时间为20d时的能量效率较高,GHG减排量较大,与基础方案相比,添加黄花可以实现78%的净GHG减排.     

Experimental continuous sludge microwave system to enhance dehydration ability and hydrogen production from anaerobic digestion of sludge

Dehydrating large amounts of sludge produced by sewage treatment plants is difficult.Microwave pretreatment can effectively and significantly improve the dewaterability and hydrogen production of sludge subjected to anaerobic digestion. The aim of this study was to investigate the effects of different microwave conditions on hydrogen production from anaerobic digestion and dewaterability of sludge. Based on an analysis of the electric field distribution, a spiral reactor was designed and a continuous microwave system was built to conduct intermittent and continuous experiments under different conditions. Settling Volume, Capillary Suction Time, particle size, and moisture content of the sludge were measured. The results show that sludge pretreatment in continuous experiments has equally remarkable dehydration performance as in intermittent experiments; the minimum moisture content was 77.29% in the intermittent experiment under a microwave power of 300 W and an exposure time of 60 sec, and that in the continuous experiment was 77.56% under a microwave power of 400 W and an exposure time of 60 sec.The peak measured by Differential Scanning Calorimeter appeared earliest under a microwave power of 600 W and an exposure time of 180 sec. The heat flux at the peak was 4.343 W/g, which is relatively small. This indicates that microwave pretreatment induced desirable effects. The maximum yield of hydrogen production was 7.967% under the conditions of microwave power of 500 W, exposure time of 120 sec, and water bath at 55°C. This research provides a theoretical and experimental basis for the development of a continuous microwave sludge-conditioning system.