污泥高温好氧消化过程的生物多样性分析

模拟单级污泥高温好氧消化工艺进行批式试验,分析了不同消化时期污泥中挥发性固体物质(VSS)的去除率.同时,运用现代分子生物学手段对活性污泥中提取的细菌基因组DNA进行PCR扩增,扩增产物经变性梯度凝胶电泳(DGGE)分离,获得微生物群落的DNA特征指纹图谱,初步探讨了高温消化时微生物多样性对污泥稳定化的影响.结果表明:污泥高温好氧消化时,VSS降解速率较快,消化120h即可达到38%以上的去除率;温度对消化体系中微生物的种群结构影响较为明显,芽孢杆菌是高温(55℃)消化时的主要种群;消化过程中,体系内部优势微生物种群结构发生了较大改变,这种及时调整使整个消化体系能尽快适应外部环境变化,从而加快污泥稳定化进程.     

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。     

不同温度下高温好氧消化工艺的溶氧特性

为探索ATAD(自热式高温好氧消化)污泥系统中ρ(DO)及其对污泥稳定化的影响,分别考察了在不同消化温度下不同成分污泥(初沉泥、二沉泥和混合泥)的E_h(氧化还原电位)、污泥溶胞效果和污泥稳定化效果. 结果表明:在消化的24 d中,尽管曝气充足,但消化前期E_h仍处于0 mV以下,并且随着消化时间的延长,E_h逐渐升至0 mV以上,说明ATAD工艺系统并不是全程好氧状态,消化前期处于兼氧或厌氧状态,后期才呈好氧状态. 65 ℃下容易使细胞破裂发生分解,污泥上清液中ρ(SCOD)(SCOD为可溶性化学需氧量)和ρ(TP)维持较高值,至消化结束时,ρ(SCOD)仍高达13 708 mg/L,ρ(TP)为126.4 mg/L,ρ(PO₄3+-P)为106 mg/L. 尽管消化前期E_h较低,但在15 d时VSS去除率仍超过38%,满足US EPA(美国国家环境保护局)A级污泥VSS去除率的标准. 消化初期的兼氧和厌氧状态没有减缓污泥达到稳定化,因此在合适范围内减少曝气量有利于ATAD工艺的工程化应用.      

“热水解-高温厌氧消化”工艺处理高含固率剩余污泥的中试研究

采取热水解(70℃)-高温厌氧消化工艺处理高固含率(8%~9%)的剩余污泥(中试).该工艺利用SRT为3 d的热水解促进细胞溶解以及高温厌氧消化加快污泥消化速率,有机物去除能力较强,并获得了较好的污泥稳定化效果.当厌氧消化的SRT在20 d以上时,总VSS去除率达到42.22%以上,且VSS去除率与厌氧消化的SRT呈线性正相关,相关系数达到0.915 3.在实际应用中,推荐高温厌氧消化的SRT为25 d.当停留时间接近时,本工艺与运行良好的传统污泥厌氧消化工程(含固率3%~5%)以及采用德国技术的高固消化工程的有机物去除率和甲烷产率相当.     

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。     

UASB反应器处理高浓度食品发酵废水启动特性研究

使用UASB反应器处理高浓度食品发酵废水,研究了中温条件下反应器的启动、污泥颗粒化及废水处理效果。研究表明:采用接种颗粒污泥与消化污泥的混合泥,以增加进水浓度的方式提高负荷,运行92 d后,反应器启动成功。当进水COD约为8500 mg/L,COD容积负荷为2.8 kg/(m3·d)时,COD去除率接近80%;启动结束时,反应器内VSS达到26.33 g/L,VSS/TSS为0.78;粒径>0.5 mm的颗粒污泥的比例增加到83.3%,粒径>0.5 mm污泥的平均沉降速率为56.17~86.45m/h;污泥产气量达到157 mL。     

活性污泥法污水厂剩余污泥微氧消化的中试研究

为降低中小型污水处理厂剩余污泥好氧消化的动力消耗，对城市污水处理厂剩余污泥在低溶解氧状况下的消化进行了初步研究，并进行了连续流的中试实验。通过监测污泥体积的消减和挥发性有机物降解的实验结果表明，在低污泥浓度下，曝气量为好氧消化的1／2时，污泥中有机物降解率在50％以上，达到了较好的稳定化效果。污泥微氧消化工艺为中小型污水处理厂的污泥稳定化处理提供了新思路。     

氧化锌纳米颗粒对污泥厌氧消化过程的影响研究

建立了污泥厌氧消化反应器,以氧化锌纳米颗粒(ZnO-NPs)为研究对象,研究了不同浓度ZnO-NPs(0,2,30,60,90,120,150mg/g-VSS)对污泥厌氧消化过程的影响,分析了可能存在的剂量-效应关系.低浓度(2mg/g-VSS)ZnO-NPs对污泥厌氧消化过程影响较小;较高浓度下,ZnO-NPs对污泥厌氧消化产气效率、有机物降解效率和污泥减量效果等具有显著影响,而对挥发酸产量及其组成无显著影响.ZnO-NPs暴露浓度为30,60,90,120mg/g-VSS时,平均日产气量直线下降,在120mg/g-VSS浓度后平均日产气量为对照组的10%左右.ZnO-NPs对有机物降解效和污泥减量存在明显抑制作用,且随着ZnO-NPs浓度的升高,SCOD去除率、TCOD去除率和R_(VSS/TSS)值降低.ZnO-NPs浓度升高到120mg/g-VSS时,SCOD去除率、TCOD去除率和R_(VSS/TSS)值分别减少到对照组的3%、36.5%和74%.此外,当ZnO-NPs暴露浓度从2mg/g-VSS升高到150mg/g-VSS时,污泥减量率从23%左右下降至4.8%左右.     

高温污泥厌氧消化器的启动

污泥厌氧消化是最常用的污泥减量化和稳定化技术,高温消化污泥稳定快,但我国缺乏启动和运行经验,故进行了高温厌氧消化器处理剩余活性污泥的中试启动试验.所采用的消化器为内循环消化器,它属于升流式反应器.依赖回流沼气控制反应器的水力状况.启动采用了分步适应的策略,促进厌氧细菌适应温度、反应器构型和处理对象的变化.主要措施有:启...     

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.     

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.     

污泥超声处理及其在好氧消化中的应用

污泥好氧消化工艺可以有效实现污泥的稳定和减量,为了进一步提高好氧消化的效率,促进有机质的降解,在对污泥超声处理性能研究的基础上,考察了不同超声辅助处理手段对污泥好氧消化的影响.结果表明,经1.0 W/mL超声处理10 min后,污泥上清液中溶解性COD增加了5.4倍,污泥总悬浮固体减少了16%;而经0.05 W/mL超声处理10 min后,污泥比耗氧速率可提高29%.用这2种超声预处理好氧消化的进泥时,污泥有机质降解率没有明显改变,但用1.0 W/mL超声处理好氧消化的回流污泥时,污泥有机质降解率提高了15%,而且消化污泥的沉降性能良好,上清液中有机质含量增加很少,因此,后者可以用于改善污泥好氧消化工艺.     

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.     

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.     

部分亚硝化-厌氧氨氧化耦合工艺处理污泥脱水液

在缺氧滤床+好氧悬浮填料生物膜工艺中实现部分亚硝化,然后进行厌氧氨氧化(ANAMMOX),考察其对高含氮、低C/N污泥脱水液的处理能力.结果表明,亚硝化反应器在15~29℃、DO 6~9mg/L条件下,通过综合调控进水氨氮负荷(ALR)、进水碱度/氨氮、水力停留时间(HRT)等运行参数,可以调节出水(NO2--N)/(NH4+-N)的比率,能够较好地实现部分亚硝化反应以完成厌氧氨氧化.当进水ALR为1.16kg/(m3·d),进水碱度/氨氮为5.1时,出水(NO2--N)/(NH4+-N)在1.2左右,(NO2--N)/(NOx--N)大于90%,进入ANAMMOX反应器的氮物质去除率达到83.8%.     

厌氧膜生物反应器处理市政污水的产甲烷性能及微生物代谢特征

厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor, AnMBR)作为一种新型厌氧处理技术,可高效去除污水中的有机物并以CH₄的形式回收再利用,降低污水处理能耗与碳排量,助力实现“双碳”目标. 为评估AnMBR处理市政污水时的能源回收潜力,进一步揭示处理系统工艺特性,考察了不同水力停留时间(hydraulic retention time, HRT)下AnMBR处理市政污水的污染物去除及产甲烷性能、微生物代谢产物及微生物群落组成特征. 结果表明:①在室温条件下,HRT从24 h缩短至3.2 h过程中反应器均可实现高效的化学需氧量(chemical oxygen demand, COD)去除与产甲烷性能,COD去除效率稳定在95%以上,进水77%以上的COD转化为CH₄,出水COD浓度低至(21.2±7.8) mg/L. ②反应器中溶解性微生物代谢产物(soluble microbial products, SMP)浓度为70~200 mg/L(以COD计),蛋白质/多糖(含量比,下同)为4.3~5.5,远高于胞外聚合物中的蛋白质/多糖(2.0~4.0),膜污染潜力高. ③微生物群落分析发现,产甲烷古菌与细菌的丰度比与固体停留时间(solid retention time, SRT)呈显著负相关(P<0.05),且不同粒径颗粒中微生物群落组成差异显著,产甲烷古菌在粒径≥10 μm的颗粒中丰度较高,维持混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)在8.0~11.5 g/L之间、SRT在60~80 d之间可避免功能菌群失衡. 研究显示,AnMBR处理市政污水可实现良好的污染物去除效果与产甲烷性能,但过长的SRT会导致污泥浓度过高、SMP浓度增大以及产甲烷古菌丰度降低,影响反应器高效稳定运行.      

Use of gamma-irradiation pretreatment for enhancement of anaerobic digestibility of sewage sludge

The effects of γ-irradiation pretreatment on anaerobic digestibility of sewage sludge was investigated in this paper. Parameters like solid components, soluble components, and biogas production of anaerobic digestion experiment for sewage sludge were measured. The values of these parameters were compared before and after γ-irradiation pretreatment. Total solid (TS), volatile solid (VS), suspended solid (SS), volatile suspended solid (VSS), and average floc size of samples decreased after γ-irradiation treatment. Besides, floc size distribution of sewage sludge shifted from 80–100 μm to 0–40 μm after γ-irradiation treatment at the doses from 0 to 30 kGy, which indicated the disintegration of sewage sludge. Moreover, microbe cells of sewage sludge were ruptured by γ-irradiation treatment, which resulted in the release of cytoplasm and increase of soluble chemical oxygen demand (SCOD). Both sludge disintegration and microbe cells rupture enhanced the subsequent anaerobic digestion process, which was demonstrated by the increase of accumulated biogas production. Compared with digesters fed with none irradiated sludge, the accumulated biogas production increased 44, 98, and 178 mL for digesters fed sludge irradiated at 2.48, 6.51, and 11.24 kGy, respectively. The results indicated that γ-irradiation pretreatment could effectively enhance anaerobic digestibility of sewage sludge, and correspondingly, could accelerate hydrolysis process, shorten sludge retention time of sludge anaerobic digestion process. __________ Translated from Techniques and Equipment for Environmental Pollution Control, 2006, 7(8): 36–39 [译自: 环境污染治理技术与设备]     

缺氧-好氧移动床生物膜反应器处理低温生活污水效能

为解决冬季冰封期城市污水处理厂出水水质难于达标的问题,基于移动床生物膜反应器(MBBR)处理效率高及抗负荷能力强等特征,采用缺氧-好氧移动床生物膜反应器处理低温生活污水,重点考察了其对低温生活污水的处理效能及其影响因素.结果表明:在8 ℃的低温,好氧MBBR内悬浮型填料填充比为40%,水力停留时间为(HRT)6 h,ρ(DO)为7～8 mg/L的条件下,该工艺对COD_Cr和NH₄+-N的去除效果最佳,二者的去除率分别达到88.70%和65.72%;当缺氧MBBR内悬浮型填料填充比为50%,内循环回流比为200%时,TN的去除率可达65.65%,此时,整体反应器对COD_Cr和NH₄+-N的去除率分别为90.70%和71.65%.结果还表明,由常温转为低温环境后,缺氧-好氧MBBR的处理效率有所下降,但通过调整反应器内填料的填充比,ρ(DO)和HRT等参数,可保证对COD_Cr和NH₄+-N的去除仍具有较好的效果.      

移动床生物膜反应器处理生活污水的研究

通过小试规模的移动床生物膜反应器(MBBR)处理陕西科技大学污水处理厂生活污水的实验研究,探讨了水力停留时间、冲击负荷、pH对反应器处理效果的影响。实验结果表明,在HRT为10 h,进水ρ(COD)为300 mg/L,ρ(NH3-N)为35 mg/L,填料体积填充率为35%,pH为7左右时,MBBR反应器对COD、TN的去除率分别为87.38%、68%。     

ASBR-SBR工艺处理养猪场废水

在实验室条件下，利用两个序批式反应器，即厌氧SBR——好氧SBR系统对养猪场废水进行生物处理以去除其有机碳和氮，周期长度为24小时。在厌氧反应器中，流入的是原废水和好氧反应器的部分出水回流液，有机碳的厌氧分解伴随着反硝化过程。在好氧反应器中，更多的有机碳被去除，氨主要氧化成亚硝酸根，当混合液溶解氧浓度很低时，在好氧反应器中的进水阶段也有反硝化现象。测试了从l到3的3个循环比条件下的出水情况，在不同的测试条件下整个过程的平均表现为：TOC去除8l-91％，TKN去除85—91％。最初使用的是低的循环比，出水中仍含有10-28％的TKN，循环比R越高，TN的去除率越高，最终出水中NOx^-——N的浓度越低。