污泥预处理强化厌氧水解与产甲烷实验研究

污泥传统厌氧消化因水解瓶颈而导致有机物转化甲烷产率低下.选择适当工况对污泥实施预处理可同时实现对污泥中木质纤维素破稳和污泥微生物细胞破壁,从而释放出较多溶解性COD(SCOD),使有机物水解变得容易进行,最终导致甲烷产率大幅提高.本研究通过热水解(T=150℃,t=30 min)、超声波(P =500 W,t=2 h)、碱解(pH =13,t=2h)和酸解(pH =2,t=2 h)等4种预处理方式对原污泥实施最优工况预处理,分别获得了50.9％、39.1％、31.0％和22.4％的COD溶出率.对预处理后污泥进行传统条件下(SRT =20 d)厌氧消化,分别获得了53.6％、40％、26.8％和24％的甲烷产率(mL/g VSS)增量.同时,预处理后污泥中木质纤维素类物质降解率亦大大增加.缩短SRT(10 d)会导致传统厌氧消化甲烷产率急剧减少,但是,污泥预处理却非常有利于甲烷产率的提高,因此可通过外在预处理方式来逾越内在厌氧水解的瓶颈.     

控制BNR工艺厌氧释磷效果因素的实验研究

以实验室动态生物营养物去除(BNR)工艺--BCFS(Biologiseh Chemisehe Fosfaat Stikstof Verwijdefing)运行实验为基础,采用静态实验方法,研究了初始COD、碳源种类和厌氧释磷反应时间对厌氧释磷效果的影响.实验结果表明.初始COD越高.释磷速率和总释磷量越高.当碳源充足且反应时间足够长时.释磷速率不受初始COD和碳源种类影响,单位质量污泥(vSs)的VFAs利用率只要维持在0.04 g·h-1(3 h内)即可获得满意的释磷效果.以葡萄糖为碳源时,经过3 h厌氧反应的释磷量低于乙酸与丙酸2种碳源;与丙酸相比,在相同初始COD下乙酸最终诱发的释磷量虽然不及丙酸,但在3 h内诱发相同的释磷量乙酸所需要的反应时间仅为丙酸的1/2.     

侧流化学磷回收强化生物除磷的模拟预测与试验验证

为了强化污水中生物除磷作用,本研究通过模拟预测与实验室试验验证了厌氧上清液侧流化学磷沉淀与回收对强化生物除磷的促进作用.模拟预测与试验结果表明,在进水COD/P=37.5工况下,当侧流比增加至30%时,通过化学磷沉淀（调节pH＞9.0）可使出水中TP浓度从碳源抑制时的＜6.0 mg·L-1（以P计）下降至≤1.0 mg·L-1（以P计）,同时可回收进水中P负荷的64%.经验证与校正后的TUD数学模型模拟预测有着与试验结果近乎一致的效果.因此,数学模拟技术完全有可能取代中间试验过程而直接将小试结果放大至工程应用.     

剩余污泥中木质纤维素稳定并转化能源可行性分析

剩余污泥中往往含有大量木质纤维素物质,在厌氧消化过程中难以降解,最终被浓缩于熟污泥中,这就是导致污泥有机物稳定并转化能源效率低下的主要原因之一.本文分析了剩余污泥中木质纤维素的含量与来源;阐述了木质纤维素的结构特点以及对其生物降解的关键技术所在;揭示了污泥常规预处理与木质纤维素预处理存在工艺条件不同的相似技术.文章结合两种预处理技术的特点和工艺条件,从原理、技术等角度分析了通过强化剩余污泥预处理而同时达到破解木质纤维素的技术思路.为此,提出了将污泥细胞破碎与木质纤维素破解耦合的观点,以期将污泥中木质纤维素的稳定与能源转化合二为一,从而构建木质纤维素稳定化、能源化与碳减排三位一体的技术策略     

降解剩余污泥中纤维素/半纤维素微生物富集培养实验研究

为促进剩余污泥中木质纤维素能源转化,首先需要探知污泥中是否存在可以降解纤维素/半纤维素的微生物.以木聚糖作为单一碳源分别从剩余污泥和厌氧消化污泥中富集培养可降解纤维素/半纤维素的微生物.实验结果显示,两种污泥源中均存在可降解纤维素/半纤维素的微生物,并可成功富集培养获得该类微生物.FISH与LIVE/DEAD实验证实,富集微生物为梭状芽孢杆菌属和芽孢杆菌属的混合物,并以梭状芽孢杆菌为主;富集微生物均具有很高活性.     

生物营养物去除(BNR)工艺模型参数校正与验证方法

研究了结合活性污泥系统物料平衡的生物营养物去除(BNR)工艺模型参数校正与验证方法.首先采用代尔夫特理工大学开发的TUD模型及其参数缺省值进行初步模拟,并将模拟结果与实测数据进行对比以明确模拟偏差.同时,对原始运行数据进行物料平衡衡算,以消除测量误差并获得TP排放量、反硝化量及氧的净消耗量等平衡计算值,为模型校正提供依据.初步模拟结果显示,TP排放量(3913mg·d-1,以P计)和反硝化量(16170mg·d-1,以N计)均超出了平衡计算值的误差范围(分别为(3762.0±43.1)mg·d-1和(14150±237)mg·d-1),且沿程溶解性COD(SCOD)、PO34--P、NH4+-N、NO3--N不能完全与实测数据吻合,表明工艺模型参数的默认值需得到必要的校正.结合TP平衡,先修正污泥龄(SRT)的计算误差;应用平衡后的运行数据,将SRT由初始值10.3d调整为10d.SRT调整后,再次模拟得出的TP排放量为3750mg·d-1,已在平衡计算结果的范围之内,TP平衡得到了闭合.将发酵过程最大反应速率常数qfe从3d-1提高到15d-1后,沿程及PO43--P拟合结果同时得到了显著改善.通过调整DO及NH4+-N的亲和系数KNH4(从1mg·L-1至0.2mg·L-1),沿程NH4+-N得到了拟合.出水及沿程NO3--N的拟合通过调整氧的亲和系数KO2从0.7至0.1mg·L-1)得以实现.最后校核反硝化负荷及氧的净消耗量,模拟计算的反硝化负荷为14090mg·d-1,氧的净消耗量为126900mg·d-1,均在平衡计算值的误差范围之内(分别为(14150±237)mg·d-1和(129700±2910)mg·d-1),说明校正过程合理、可靠.     

C/P比与磷回收对生物营养物去除系统影响的试验研究

以生物营养物去除系统——BCFS工艺为基础,考察了不同C/P（COD/P）和厌氧上清液侧流比对系统处理效果的影响.结果表明,当碳源充足时,TP去除率稳定在87%左右,能够保证较低的出水TP（≤0.8 mg·L^-1）.当进水COD/P降低到24以下时,TP去除率迅速降至62%,出水TP升至5 mg·L^-1以上.在此进水水质下,以厌氧池上清液侧流方式辅以化学磷回收;当侧流比增加至30%时,出水TP浓度降低至1 mg·L^-1以下;相应的磷回收量为进水TP负荷的54%.因此,化学磷回收具有辅助生物除磷的双重作用.     

剩余污泥中木质纤维素能源转化潜力分析

剩余污泥中存在相当数量难以生物降解的木质纤维素。它们不仅妨碍污泥减量,另一方面也容易导致其中所含能量的流失。因此,需要研发一定的技术措施,使其在污泥厌氧消化过程中首先能够实现能源化,继而达到污泥减量的目的。从木质纤维素的3种基本单元———半纤维素、纤维素和木质素的化学结构入手,详细描述各种基本单元的结构异、同之处以及它们组成相互联接异常稳固的聚合物构造。继而从微生物学角度审视3种基本结构单元以及所形成的聚合物之微生物降解可行性与原理,从而判断出木质纤维素实现厌氧微生物转化能源的瓶颈所在。最后,在综述纯植物木质纤维素微生物转化能源原理与工艺的基础上,提出剩余污泥中木质纤维素能源转化的技术策略。     

制定BNR工艺最佳运行策略:模拟预测并试验验证

应用一生物营养物去除(BNR)工艺(BCFS)模型,模拟预测工艺参数对出水水质的影响,同时在实验室建立试验装置对模拟预测结果予以试验验证,得出了模拟预测与试验结果近似一致的结果.这表明,在很大程度上数学模拟技术可以替代中间或现场试验,从而被用来诊断运行问题、并制定工艺运行优化策略.模拟与试验显示,回流A与进水之比值(rA)为1.5时,生物除磷效果不受厌氧池微生物量所限制,回流A的大小与COD与N去除率无关;当回流B(rB)2后流量再行增大对提高TN去除效果作用有限,且对COD及TP去除没有影响;回流C(rC)开启与增大对COD、TP及TN的去除几乎没有影响;好氧池DO(DOR5)在1~2.5 mg.L-1以内时对COD、TP的去除均无影响,但当DO2 mg.L-1时,出水NH4+-N则升至1 mg.L-1.因此,最终确定BCFS工艺最佳运行参数为:rA=2,rB为2~2.5,rC=0,DOR5为2~2.5 mg.L-1.     

预处理破稳污泥木质纤维素并厌氧降解实验研究

剩余污泥中往往含有大量木质纤维素物质,其在厌氧消化过程中难以降解,最终残留于熟污泥中,这也是导致污泥有机物稳定并转化能源效率低下的主要原因之一.针对污泥中木质纤维素的结构稳定性,本实验选择酸、碱、热解及超声波4种预处理方式,采用适宜的条件预处理剩余污泥,在一定程度上破坏污泥中木质纤维素结构,继而进行污泥厌氧消化,获得了较好的木质纤维素降解率.同时,实验筛选出热解为最佳的预处理技术方式.在T=150℃与t=30 min预处理工况下,污泥在厌氧消化后最高可实现52.6%的木质纤维素降解率,主要归功于半纤维素和纤维素的大幅降解.相对未预处理污泥,预处理能有效促进木质纤维素类物质的厌氧消化,从而提高污泥有机质的能源转化率.