活性污泥及其与秸秆共基质的厌氧消化特性

为分析秸秆对污泥厌氧消化特性的影响,在中温[（35±1）℃]条件下,研究了活性污泥单基质及其与秸秆共基质在SRT（固体停留时间）分别为10和15 d,以及C/N（质量比）分别为5.5:1、10.0:1的情况下,厌氧消化产沼气量及其组分、ρ（NH₄+-N）、ρ（TP）、ρ（COD_Cr）及ρ（VFA）[以ρ（乙酸）计,其中VFA为挥发性短链脂肪酸]的变化特性.结果表明:活性污泥-秸秆共基质厌氧消化在SRT为10、15 d时,累积沼气产量为5 818.0、9 026.0 mL,比活性污泥单基质的沼气产量（4 930.0、7 760.0 mL）分别提高了15.3%、14.0%;共基质所产沼气中φ（CH₄）最高为69.3%,比活性污泥单基质高出15.4%.此外,在SRT为10和15 d时,活性污泥-秸秆共基质厌氧消化COD_Cr去除率分别为25.0%和28.0%,优于单基质的10.2%和13.1%;共基质平均ρ（NH₄+-N）分别为278.5和254.9 mg/L,单基质平均ρ（NH₄+-N）分别为215.6和213.5 mg/L;活性污泥-秸秆共基质平均ρ（TP）分别为168.6和175.9 mg/L,高于活性污泥单基质的129.2和152.2 mg/L.共基质有利于厌氧消化液中有机物的提高,从而增加ρ（VFA）、提高甲烷产量.研究显示,共基质可优化厌氧消化底物的C/N,促进厌氧消化反应,提高产气量.      

不同类型秸秆对污泥厌氧消化特性及细菌群落结构的影响

为促进污水处理厂污泥及农作物秸秆的资源化利用,探讨不同类型秸秆（玉米、小麦、水稻）对污泥厌氧消化特性、产气效果及细菌群落结构的影响,在中温〔（35±1）℃〕下,研究了污泥与秸秆按不同质量比（1:0、1:0.5、1:1、1:1.5）联合厌氧消化对污泥C/N（碳氮比）和厌氧消化环境中pH、ρ（NH₄+-N）、ρ（VFAs）（VFAs为挥发性脂肪酸）、日均沼气产量及φ（CH₄）、细菌群落的特征变化,以未添加秸秆的污泥厌氧消化为CK（对照）.结果表明:不同类型秸秆的添加对厌氧消化体系的pH、ρ（NH₄+-N）、ρ（VFAs）均产生显著影响,秸秆的加入明显提高了厌氧消化体系的产气量.联合厌氧消化可通过优化厌氧消化底物的C/N,从而增加ρ（VFAs）和φ（CH₄）.其中,污泥与玉米秸秆质量比为1:1.5时对厌氧消化的促进作用最为显著;其沼气日产量为2 303.08 mL,比CK（536.15 mL）提高了3倍以上,而沼气中φ（CH₄）最高为54.49%,比CK（37.07%）提高46.99%.此外,不同类型秸秆的添加也可通过改变细菌群落结构从而促进秸秆降解,增加ρ（VFAs）和提高沼气产量,特别是添加秸秆后,Bacteroidetes会逐渐取代Proteobacteria成为主要的产酸菌种,从而导致ρ（VFAs）增加.研究显示,污泥与秸秆联合厌氧消化可改善污泥营养结构,改变细菌群落结构,提高沼气产量.      

SUFR系统中活性污泥特性及反硝化除磷稳定性

通过试验考察了螺旋升流式反应器（SUFR）系统中活性污泥的特性及ρ（COD_Cr）和污泥龄（SRT）对反硝化除磷稳定性的影响. 结果表明:SUFR系统的活性污泥指数（SVI）介于50 ～150 mL/g;污泥活性均在0.75以上;污泥颗粒直径多在0.7～0.9 mm,属于小颗粒污泥;污泥沉降性能良好. 污泥的比硝化速率（SNR）约为1.95 mg/（g·h）,前0.5 h的比厌氧释磷速率（SPRR_0.5）为26.82 mg/（g·h）,比好氧吸磷速率（ASPUR）为6.04 mg/（g·h）,比缺氧吸磷速率（NSPUR）为4.27 mg/（g·h）,污泥产率系数约为0.60,对氮磷均有较好的去除能力. SUFR系统反硝化吸磷作用对ρ（COD_Cr）和SRT都有一定的抗冲击能力,系统除磷效果对进水ρ（COD_Cr）的耐冲击负荷能力较高,但长期在较低SRT下运行会使系统内活性污泥量急剧降低,导致处理效果下降.      

HRT对折流板式厌氧生物反应器处理印染废水的影响

针对印染废水水质水量变化大、ρ(BOD₅)/ρ(COD_Cr)低、色度高的特点,以苏南某污水厂(印染废水比例大于90％)调节池出水为研究对象,开展ABR(折流板式厌氧生物反应器)处理印染废水试验,处理规模为2 L/h,重点考察不同HRT(水力停留时间)下ABR对COD_Cr、色度的去除和对ρ(BOD₅)/ρ(COD_Cr)的提升效果. 结果表明:①当进水平均ρ(COD_Cr)为517 mg/L、色度为380倍、ρ(BOD₅)/ρ(COD_Cr)为0.20时,随着HRT(32、24、18、14和10 h)的缩短,COD_Cr平均去除率由46.1%降至22.5%,色度平均去除率由60.6%降至51.0%,出水ρ(BOD₅)/ρ(COD_Cr)由0.39降至0.30. ②随着格室数量的增加,ρ(COD_Cr)和色度逐渐降低,其中第1格室的COD_Cr和色度的去除率分别占总去除率的20.0%和51.0%,紫外-可见吸收光谱扫描也证明了这一点. ③经过ABR厌氧水解后污染物种类明显减少,说明ABR厌氧水解作用较好,可为后续好氧工艺奠定基础.      

热碱处理污泥协同餐厨垃圾两相厌氧消化的特性

以热碱处理后的污泥和餐厨垃圾为原料,采用中温两相厌氧消化工艺,研究不同配比的污泥与餐厨垃圾的基质转化规律、产甲烷性能及系统稳定性等特性。结果表明:溶解性多糖及蛋白质在产酸阶段被大量消耗,二者去除率最高分别可达97.2%和70.4%,而餐厨垃圾比例占优的实验组,固态蛋白质溶出速率大于溶解性蛋白质水解速率。热碱污泥与餐厨垃圾混合厌氧消化的产气性能及稳定性明显得到提升,其中混合比例为2∶3的混合组产甲烷性能最佳,甲烷产率达261.6 mL/gVS,比单独餐厨垃圾消化组提升了29.6%,产甲烷过程中8 d实现了80%的甲烷产量,VS去除率最高达45.7%,产甲烷阶段VFAs/碱度小于0.2,系统稳定未出现酸化现象。     

餐厨垃圾与污泥、秸秆不同配比联合厌氧发酵对产气性能的影响

为分析不同配比的餐厨垃圾与污泥、秸秆联合发酵对产气性能的影响,采用产甲烷潜力试验（BMP）研究了餐厨垃圾与污泥、秸秆不同配比联合发酵的产气性能,并采用修正的Gompertz模型对产甲烷潜力进行模拟.结果表明:物料配比与物料种类对联合发酵的产气性能有显著影响,餐厨垃圾+污泥配比为1:2时,产气性能优于1:1、2:1两组,产气量为286 mL/g[以VS（挥发性固体）计,下同];餐厨垃圾+秸秆配比为1:1时,产气性能优于1:2、2:1两组,产气量为347 mL/g;餐厨垃圾+污泥+秸秆配比为1:1:1时,产气性能优于1:2:1、2:1:1两组,产气量为373 mL/g.两种物料配比中,餐厨垃圾+秸秆的产气性能优于餐厨垃圾+污泥;餐厨垃圾+污泥+秸秆3种物料混合后物料种类变丰富,元素配比更均衡,联合发酵的产气性能优于两种物料联合发酵,其最优配比为1:1:1,C/N值为13,接近最优C/N值（15~20）.研究显示,不同配比物料产气性能差异性较大,可为大中型沼气工程在获得不同物料的情况下选择最优的进料配比提供理论指导,以解决其在设计与投资收益评估方面所面临的物料选择问题.      

混合污泥中温两相厌氧消化中试的启动试验

在小试基础上,以北方城市污水处理厂混合污泥为处理对象,研究了中试规模中温(35℃)两相厌氧消化工艺的启动性能及运行效果.结果表明,在启动过程中,初沉污泥与剩余污泥按1:1 比例混合有助于提高处理效率;当水力停留时间(HRT)为10d,VS 容积负荷为2.15kg/(m3⋅d)时,系统VS 去除率达36%左右,相应产甲烷相的比产甲烷活性(SMA)约为0.31L/(g⋅d);系统运行约60d,产酸相VFA 浓度稳定在1600~2000mg/L.经产甲烷相消化后,VFA 浓度稳定在300~500mg/L;产甲烷相pH 值保持在6.8~7.2,有利于产甲烷菌生长.     

两相厌氧处理有机废水快速启动试验研究

针对试验设计的两相厌氧反应器(TPAD)进行启动研究,寻求快速启动的方法. 试验采用人工配水,以淀粉、葡萄糖作为主要碳源. 采用低负荷启动方式,快速提高进水ρ(COD_Cr),缩短水力停留时间(HRT),使产酸相尽快维持在酸性最佳条件下. 间歇投加粉末状CaO调节产酸相出水pH在7.0±0.3,从而保证产甲烷相在最佳条件下. 经过36 d的启动过程,在产酸反应器和产甲烷反应器中均出现了性能良好的厌氧颗粒污泥. 启动后第36天,当两相厌氧反应器的水力停留时间(HRT)为17.03 h,COD_Cr负荷(VLR)为8.46 kg/(m3·d),水力负荷为0.059 m3/(m2·h)时,系统整体COD_Cr去除率达到最优,为96.66%.      

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。     

ABR-MABR耦合工艺处理畜禽养殖废水的同步启动

为评价采用ABR-MABR（厌氧折流板反应器-膜曝气生物膜反应器）耦合工艺处理畜禽养殖废水的可行性,采用模拟畜禽养殖废水,通过在ABR的厌氧格室接种厌氧颗粒污泥和MABR的好氧格室接种活性污泥,逐步升高进水负荷进行反应器的同步启动,并通过PCR-DGGE技术研究了反应器中微生物群落结构.结果表明:48 d后反应器OLR（有机负荷,以COD_Cr计）达到5.0 kg/（m3·d）,此时,耦合反应器对COD_Cr、NH₄+-N的去除率分别可达89%、60%,反应器成功启动;成功启动之后反应器中厌氧颗粒污泥的浓度在14.0~35.0 g/L之间,直径由1.18~1.58 mm增至1.62~2.37 mm.ABR-MABR中的污泥主要由杆状菌和少量丝状菌、球状菌以及胞外聚合物组成;反应器中微生物群落结构丰富,厌氧格室中存在优势的具有产氢、产甲烷功能菌群或反硝化功能的菌群,曝气格室中存在硝化细菌[uncultured Nitrospira sp.、uncultured Nitrospira sp.（Nitrospirae）]与反硝化细菌（Thauera sp.）,同时也发现了与厌氧消化产甲烷相关的菌群.研究显示,采用接种厌氧颗粒污泥与逐步升高进水负荷的方式可以快速实现ABR-MABR的同步启动.      

微量Co和Ni对稻草厌氧消化的影响

研究了微量Co,Ni对稻草厌氧消化过程中的COD_Cr,pH,挥发性脂肪酸(VFA),产气量及产气速率的影响.结果表明:投加了Co,Ni和Co+Ni的实验处理,其产气量分别提高了39.0%,74.5%和115.0%;φ(甲烷)从44.9%分别提高到50.0%,52.2%和62.5%;挥发性固体(VS)去除率从39.3%分别提高到46.2%,47.6%和53.2%,COD_Cr去除率从42.4%分别提高到56.9%,57.0%和58.9%.投加微量Co,Ni对稻草的厌氧消化能力具有显著的促进作用.3种投加方式对厌氧消化系统的促进效果存在差异,其中投加Co+Ni混合微量金属是提高稻草厌氧消化效率和产气量的有效方法.      

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.     

热碱解-中温两相厌氧消化工艺运行效能及抗生素抗性基因(ARGs)变化研究

为实现剩余污泥稳定化,并评估剩余污泥的生态环境风险,本研究采用热碱解-中温两相厌氧消化(Thermal-Alkaline Pretreatment-Mesophilic Two Phase Anaerobic Digestion,taMTPAD)工艺处理剩余污泥.考察了热碱解条件及在20、16和10 d 3个不同的总水力停留时间(Total Hydraulic Retention Time,tHRT)下,taMTPAD工艺的运行效果及消化前后抗生素抗性基因(ARGs)的变化.结果表明,对于taMTPAD工艺,当tHRT=10 d时,产酸相的挥发性脂肪酸(VFA)积累量和产甲烷相的日产气量达到最大值,但对ARGs的控制效果最差;tHRT=16 d时反应器的运行效果与tHRT=20 d时接近,但对磺胺类ARGs的控制效果不如tHRT=20 d时;当tHRT=20 d时,挥发性固体(VS)去除率和ARGs的削减效果最好.对比tHRT=10 d时的taMTPAD工艺和MTPAD(两相厌氧消化)工艺,发现对剩余污泥进行热碱预处理能提升产酸相150.32%的VFA产量和产甲烷相89.3%的甲烷产率,但同时热碱解却使得厌氧消化后污泥部分ARGs(sul1、tetO、tetW、tetX)相对丰度回升.研究表明,延长tHRT有利于taMTPAD工艺削减ARGs和VS,而缩短tHRT则有利于产气.     

Impact of ozone assisted ultrasonication pre-treatment on anaerobic digestibility of sewage sludge

Impact of ultrasonication(ULS) and ultrasonication–ozonation(ULS-Ozone) pre-treatment on the anaerobic digestibility of sewage sludge was investigated with semi-continuous anaerobic reactors at solid retention time(SRT) of 10 and 20 days. The control, ULS and ULS-Ozone reactors produced 256, 309 and 348 m L biogas/g CODfedand the volatile solid(VS) removals were 35.6%, 38.3% and 42.1%, respectively at SRT of 10 days. At SRT of20 days, the biogas yields reached 313, 337 and 393 m L biogas/g CODfedand the VS removal rates were 37.3%, 40.9% and 45.3% in the control, ULS and ULS-Ozone reactors, respectively.ULS-Ozone pre-treatment increased the residual organic amount in the digested sludge.These soluble residual organics were found to contain macromolecules with molecular weights(MW) larger than 500 k Da and smaller polymeric products with MW around 19.4and 7.7 k Da. These compounds were further characterized to be humic acid-like substances with fluorescent spectroscopy analysis.     

市政污泥与玉米秸秆混合高温厌氧发酵产甲烷研究

以实验室自主驯化的二沉池污水为接种物,对我国天津、昭通、太原3个城市的市政污泥和玉米秸秆混合物进行了高温(55℃)厌氧发酵,考察了不同发酵体系下发酵液pH、单日产气量、累积产气量、甲烷产率等指标随发酵时间的变化情况。结果表明:污泥单独发酵几乎不存在酸化现象,稳定后的发酵液pH值高于混合发酵试验组;污泥单独发酵系统的最大单日产气量出现在第1,2天,发酵系统加入玉米秸秆后最大单日产气量出现的时间有所延迟;天津污泥单独发酵(20 g-TS)的累积产气量达到2004 mL,高于其他2组;所有发酵系统的VS去除率均达到40%以上;随着发酵过程稳定,甲烷含量维持在70~85 vol.%,天津污泥单独发酵的甲烷产率达到141.01 mL/g-VS;Modified Gompertz拟合表明污泥单独发酵不符合"S"曲线,该系统下发酵停滞期较短,污泥与玉米秸秆质量比为3:1或2:1时甲烷产率、产甲烷速率和发酵停滞期具有一定优势。     

半连续泔脚垃圾与猪粪混合厌氧消化研究

在中温(35℃)条件下,采用逐渐提高有机负荷的半连续进料方式,研究泔脚垃圾厌氧消化规律。在1gVS/(L.d)、1.25 gVS/(L.d)和1.5 gVS/(L.d)的有机负荷下,厌氧消化系统能够稳定运行,实现水解酸化阶段和产甲烷阶段的动态平衡,甲烷产率与日产气量的变化规律一致,pH、VFA、氨氮浓度分别保持在7.2和360mg/L1、500 mg/L左右。当有机负荷为1.5 gVS/(L.d),每克VS的甲烷产率和甲烷百分数出现最大值,分别为1.40 L/g7、1.37%,此时厌氧消化系统处于最佳运行状态。     

产甲烷改良UASB启动试验及最优水力条件研究

在中温两相厌氧工艺处理玉米酒精废水的基础上,进行产甲烷改良UASB的启动试验和颗粒污泥的培养,考察水力条件对反应器处理效果的影响。试验采用低负荷启动方式,通过增大处理量和提高进水COD浓度逐级提高容积负荷,通过强制内回流控制反应器中水力条件,使产甲烷改良UASB在最佳条件下运行。63 d后反应器中形成的污泥床颗粒化程度高,粒径>0.7 mm的颗粒污泥占82%以上,产气速率和COD去除率分别达到539 L/d和90%,产甲烷改良UASB启动顺利完成;改良UASB作为两相厌氧工艺的产甲烷相可以自行调节其进水pH,启动时pH的人工调节可以在反应器进入颗粒污泥成熟期时停止;反应器的最佳水力条件为:上升流速为0.62 m/h、回流比300%;最优操作条件下产甲烷改良UASB具有良好的抗冲击负荷能力。