污泥的高温微好氧消化-厌氧消化工艺研究

城市污泥含有大量有机物和病原菌,需要稳定化处理.采用新型工艺高温微好氧与中温厌氧两级消化工艺(ATMD-MAD)处理城市污泥,与全程厌氧消化工艺(MAD)相比,不仅回收能源气体甲烷,而且缩短稳定化停留时间.55℃高温微好氧消化停留时间为2 d,后接35℃中温厌氧消化共运行24 d.结果表明,在ATMD-MAD系统中污泥的挥发性悬浮固体VSS去除率能在22 d时达到污泥稳定化要求的40%以上.ATMD-MAD工艺的单位VSS甲烷产量最高为496 mL/g VSS高于MAD工艺.在消化的前14天,可溶性挥发有机酸VFA在ATMD-MAD系统中的总量比MAD高出20%;在消化的第2天,ATMD-MAD系统中可溶性COD(SCOD)高出MAD工艺43.8%.ORP的变化反映了ATMD-MAD工艺保持了较好的厌氧状态,消化开始时的头2天限量曝气并没有给厌氧带来冲击.     

超声波预处理对污泥好氧/缺氧消化的效果

为评价超声波预处理对城市污泥好氧/缺氧消化效果的影响,将超声波-好氧/缺氧消化工艺与传统的好氧/缺氧消化工艺进行了对比研究。结果表明,经25 d消化处理,引进超声波后的好氧/缺氧消化效果显著提高,污泥的VSS去除率达到51.98%,高于传统好氧/缺氧消化的42.98%。2种工艺消化的污泥TCOD以及污泥上清液中的SCOD、TP和NH3-N的变化趋势相似;而经超声波-好氧/缺氧消化的污泥上清液中硝态氮和亚硝态氮浓度较传统好氧/缺氧的高,说明经超声波处理后的污泥中的硝化细菌的活性增强,硝化反应加快。     

臭氧预处理对高固污泥厌氧消化的影响

高固污泥的厌氧消化速率低下,严重限制了有机物的利用。在序批式反应器中探究了臭氧预处理对高固污泥厌氧消化的影响。实验结果表明臭氧预处理能够显著促进高固污泥的消化,且最佳臭氧的剂量为80 mg·g-1（SS）,相应的最大甲烷产量为238 mL·g-1（VSS）,是空白对照组的1.36倍。进一步研究表明,臭氧的投加能够促进溶解性化学需氧量（SCOD）,溶解性蛋白质和多糖的溶出。最后NH4+-N和PO43--P的溶出量进一步验证了臭氧能够促进高固污泥的溶出。     

厌氧消化和好氧堆肥对城市污泥中新污染物的削减

城镇污水处理规模的扩大使得城市污泥的产生量增加,而药物及个人护理品(PPCPs)、生物性污染物、微塑料(MPs)和雌激素等新污染物在污泥中的检出率也呈增加趋势。污泥厌氧消化制沼气、好氧堆肥制土壤改良剂具有削减污染物、回收有价值组分、降低环境风险等多重功效,然而它们对新污染物的削减效果尚待考察。以上述4种新污染物为例,比较了它们在不同国家城市污泥中的存在状况,综述了厌氧消化、好氧堆肥、厌氧消化和好氧堆肥结合以及与物化措施联合对新污染物的削减情况及存在的问题。针对污泥中多种新污染物并存的状况,提出未来应开发针对多种新污染物的去除技术,同时强化新污染物削减机制的研究,以保障城市污泥的安全利用。     

基于不同破解方法的市政污泥厌氧消化产气量优化

污泥溶胞破解是提高污泥厌氧消化产气量的重要手段。实验比较了热预处理、碱预处理、热碱预处理以及电化学热处理4种破解方法对市政污泥厌氧消化产气量的优化效果,通过分析比较沼气累积产量、日产气量、日产气速率和CH4在沼气中的含量占比等指标得出实验结果和结论。结果表明,不同的破解方法对市政污泥厌氧消化产气量的优化程度是不同的,其中,电化学预处理破解方式的沼气累积产量最多,为648 L·kg-1（以VS计）,同时其CH4在沼气中的含量也最多,从5 d后的56.2%一直持续上升到40 d后的64.8%,表明该种方式对于市政污泥厌氧消化产气量的优化是较为理想的。     

臭氧预处理对剩余污泥特性及厌氧消化的影响

研究了臭氧预处理对剩余污泥特性及厌氧消化的影响,考察了臭氧投加量对污泥特性的影响,并进行了预处理后污泥厌氧消化产气的实验。结果表明,当臭氧处理时间为15 min时,污泥上清液中SCOD含量达到最高为1 006.08 mg·L-1,较未处理污泥提高了420.85%。污泥上清液中蛋白质和多糖含量在臭氧处理时间为10 min时达到最高。氨氮的含量在15 min时达到最大值。三维荧光结果显示随着臭氧投加量的增加污泥中的富里酸类物质有不同程度的减少,在臭氧处理时间为20 min时富里酸类物质减少量最为明显。显微镜和扫描电镜结果显示随着臭氧投加量的增加污泥中的微生物细胞结构受到了不同程度破坏。厌氧消化结果显示当臭氧处理时间为10 min时,污泥产甲烷率达到最高为318.39 mL·（g·VS）-1,较空白对照组提高了396.00%。     

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=2 h)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。     

电化学预处理提高剩余污泥好氧消化性能研究

采用电化学方法对好氧消化处理前的剩余污泥(以下简称污泥)进行预处理,考察了不同预处理条件对污泥有机物(以MLVSS来表征)的去除效果,探讨了电化学预处理对污泥好氧消化效率的影响。结果表明,以网状钛涂钌电极板为电极,在pH为11.00,极板间距为2.0cm,工作电压为15V,气体搅拌作用下电解30min后,污泥(初始质量浓度为20.04g/L)的MLVSS去除率达9.7%。污泥经过电化学预处理后,在自然温度(10～15℃)下进行好氧消化处理,14d后MLVSS去除率达40.1%,而同期未经预处理的污泥MLVSS去除率为33.2%,并于20d后达40.2%。经电化学预处理后污泥的好氧消化效率显著提高,大大缩短了污泥好氧消化的时间。     

超声波预处理提高污泥好氧消化性能研究

为评价超声波预处理对提高污泥生物消化的作用,采用超声波预处理与好氧消化衔接,测试了污泥消化的溶解性有机物(SCOD)、TSS及蛋白酶变化过程.结果表明,污泥超声波预处理效果较好的能量密度与时间分别为12 kW/L和10 min,此时有机物释放与能量输入之比较优;在此条件下,经预处理后的污泥好氧消化性能明显比未处理的高.消化时间为10.5 d时,经超声波预处理的污泥TSS减量42.7%,而未处理的污泥仅减量20.9%.经超声波预处理后,污泥中的蛋白酶活性明显提高;同时,超声波预处理释放出较多的可溶性物质.因此,增加的可溶性物质与蛋白酶活性使得污泥迅速降解,提高了污泥好氧消化效率,缩短了污泥好氧消化时间.     

厨余垃圾好氧堆肥与污泥厌氧消化一体化处理

利用自行研制的城镇生活垃圾与污水厂污泥一体化处理反应器对厨余垃圾好氧堆肥和污水处理厂污泥厌氧消化进行了实验研究,结果表明,在环境温度8~17.2℃的条件下,垃圾仓温度范围为17.2~50℃,堆肥垃圾含水率由(91.0±1.8)%降为(85.1±5.2)%,pH维持在5.92~7.40之间,VS/TS由0.78±0.06降为0.60±0.12,垃圾蛋白酶活性在第15天后维持在153.5~347.5 U/g DW。污泥仓温度主要范围为25~35℃,排泥含水率由(99.2±0.3)%降为(96.0±1.5)%,pH维持在6.77~6.97之间,VS/TS由0.66±0.07下降为0.44±0.11。污泥仓日均产气量为(44.7±8.6)L,其中甲烷平均体积分数为(61.32±4.68)%,污泥蛋白酶活性在第4天后稳定在0.98~1.78 U/mL之间。一体化反应器实现了厨余垃圾与污水厂污泥在同一反应器中集中处理,并利用垃圾堆肥时产生的热量为污泥浓缩消化提供温度条件。     

超声联合碱解预处理对剩余污泥破解和厌氧消化的影响

对比研究了单独超声、单独碱解和两者联合预处理对污泥破解和厌氧消化性能的影响。以加碱量和输入能量为控制参数,研究了不同条件下的污泥破解和有机物溶解变化。结果表明：联合预处理技术对污泥破解和有机质溶解的效果比超声和碱解单独作用之和更好。污泥破解增加值ΔSCOD/TCOD和加碱量之间存在显著的线性关系（R2=0.936）。超声和碱解联合预处理对污泥厌氧消化产甲烷量较原泥增加了16.57%~31.13%。厌氧消化产甲烷结果表明,SCOD/TCOD的增加并不总是促进厌氧消化性能的改善,二者之间存在二次非线性关系（R2=0.85）,且厌氧消化性能最高点出现在超声能量12 000 kJ·kg-1（TS）、加碱量0.08 g·g-1（TS）联合作用条件下。     

污泥加热预处理对中温厌氧消化的影响

对污泥加热预处理给中温厌氧混合消化和污泥单独消化带来的影响进行了研究.研究结果表明,污泥加热预处理有利于提高混合消化对 COD 的去除率,尤其是 SCOD 的去除率由 77%增长到 93%,但不利于 TS 和 VS 的去除;而对污泥单独消化,预处理则不利于有机物的去除.采用加热预处理后的污泥进样,混合消化和污泥单独消化的甲烷产气量均有所提高.     

城市污水污泥高温好氧/中温厌氧两级消化研究

采用高温好氧/中温厌氧两级污泥消化(AerTAnM)工艺处理城市污水污泥,通过考察挥发性悬浮固体(VSS)去除率和沼气产量,研究了进泥浓度、中温相污泥投配率、搅拌速度、高温相污泥停留时间(SRT)对AerTAnM工艺消化效率的影响。结果表明,AerTAnM工艺的最佳运行条件:进泥总悬浮固体(TSS)为4.2%(质量分数),VSS为26.59g/L,高温相SRT为2.0d,中温相污泥投配率为8%,搅拌速度为100r/min。在该最佳运行条件下,系统稳定运行阶段出泥VSS去除率达45%以上,沼气产量达到1.06L/g(以VSS计),粪大肠杆菌和蛔虫卵的杀灭率达到95%以上,出泥可达《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)控制要求。     

微波预处理对秸秆厌氧消化影响的研究

以秸秆为研究对象,比较不同的微波强度预处理作用下对秸秆厌氧消化产气特性的影响,研究日产气量、pH值、甲烷气体浓度及生物降解率4个参数的变化趋势,结果表明:微波预处理对秸秆厌氧消化有明显效果,平均日产气量由未被预处理的6.21 mL/g VS上升到 8.16 mL/g VS,上升了31.33%,达到最大日产气量时间由原来的第12 d,提前至第2～第7 d不等,最大日产气量由原来的23.43 mL/g VS上升到43.49 mL/g VS;在360～900 W范围内,微波强度越大,反应的pH值下降越快,秸秆厌氧消化最大日产气量越提前;经过微波预处理的甲烷浓度平均浓度由原来的50%提高至62%左右,其生物能范围也由未处理前的17.58 MJ/m³提高至23.46 MJ/m³,物降解率由未预处理的44.12%,提高至71.55%。     

臭氧预处理—厌氧消化工艺促进剩余污泥减量化的研究

主要研究了臭氧氧化对剩余污泥的破解效果及污泥厌氧消化效率的影响.结果表明,随着臭氧投加量的增加,悬浮物(SS)、可挥发性悬浮物(VSS)逐步减少,而剩余污泥上清液中的溶解性COD(SCOD)、总有机碳(TOC)、蛋白质和多糖则明显增加.经臭氧预处理(臭氧投加量为0.050 g(以每克SS计))后,剩余污泥中温(35℃)厌氧消化效率明显提高,经65d稳定运行后,总挥发性固体(TVS)去除率为67.58％,与未经臭氧预处理的剩余污泥相比提高50.61％;甲烷平均产率为0.303 L(以每克TVS计),与未经臭氧预处理的剩余污泥相比提高54.59％.可见,臭氧预处理能有效促进污泥厌氧消化,从而达到污泥减量的目的.     

一种污泥稳定新方法--污泥微氧稳定法

污泥处理费一般占污水处理厂的20%～50%,能否经济合理地处理处置污泥,关系到整个污水处理厂的建造和运行费用.因此,介绍了一种新型的污泥稳定工艺--污泥微氧消化稳定工艺.试验结果表明污泥在溶解氧为0.5～1.2 mg/L,平均温度为33℃时,经过20 d的稳定,污泥SS去除率为18.5%,VSS去除率为27.4%,剩余活性污泥得到一定程度的稳定,工艺方法可行.     

城市污水厂污泥内循环自热高温微好氧消化的处理

利用一种新型的内循环自热式污泥高温微好氧消化装置对城市污泥进行消化处理。通过在反应器中增加内筒的方法,使得内筒中污泥通过搅拌器的提升作用在内外筒之间循环以提高消化速率。结果表明,增加内筒之后,消化系统的污泥VS去除率在第16天达到了41.52%,而未添加内筒的反应器污泥到第20天时仍未到达稳定化水平。因此,加了内筒的单段式ATAD消化反应器与不加内筒的单段式ATAD消化反应器相比可以使得污泥更快地达到稳定状态。另外,与没有内筒相比,增加内筒后反应器顶部和底部的ORP和pH值均维持较高水平,消除了曝气死角。增加内筒后,顶部和底部污泥上清液中SCOD、VFA、TN、NH4+-N和TP浓度基本保持一致,而没有内筒则相差较大,表明增加内筒后,反应器内污泥混合更加均匀。     

低强度超声波预处理对污泥自热式高温好氧消化的影响

以0.3 W·cm-2的低强度超声波对调配好的污泥进行5、10和20 min的辐照,再经过12 d的自热式高温好氧消化（ATAD）。结果表明,适当的低强度超声预处理能够有效地加快稳定化进程,其中超声波辐照10 min后的实验组效果最好,在第8.5天时,温度升高至58.3℃,VSS去除率达到42.1%,比未经超声预处理的实验组提前2 d达到稳定状态。在消化过程中脱氢酶的活性与VSS去除率有着很好的相关性（R2>0.86）,它能有效地表征VSS的高温好氧降解规律及有机物去除程度。稳定后的污泥上清液中TP浓度降至初始浓度的40%以下,TOC浓度升高至初始浓度的3~4倍。然它们的浓度仍很高,仍会给后续处理增加一定的负担。     

热碱预处理对高含固剩余污泥厌氧消化的影响及其动力学研究

以高含固剩余污泥为研究对象,考察不同碱投加量下热碱联合预处理对剩余污泥溶胞效果和厌氧消化性能的影响,并运用3种动力学模型对剩余污泥生物化学产甲烷潜力过程进行模拟。结果表明,热碱联合预处理有助于促进剩余污泥的溶胞效果,并且随着碱投加量的增加,溶胞效果不断增强,当碱投加量为80mg/g(单位质量SS的NaOH投加量计)时,COD、氮、磷的溶出量均达到最大值,分别为58 622.2、1 792.8、790.3mg/L,溶出率分别为54.9%、45.7%、37.6%。热碱联合预处理可有效改善剩余污泥厌氧消化性能,但碱投加量过大时对可能对产甲烷过程带来抑制作用,碱投加量为60mg/g时剩余污泥厌氧消化的累积产甲烷量最大,为158.9mL/g,较不进行热碱联合预处理的空白组(106.5mL/g)高49.2%。3种动力学模型中,锥体模型对厌氧消化产甲烷过程的拟合效果最好,不同处理条件下模型拟合相关系数R~2均在0.990以上,该模型可准确预测最终的累积产甲烷量,预测误差均在2%以下。     

外循环厌氧反应器接种好氧污泥的启动研究

内蒙古自治区某啤酒厂的外循环厌氧反应器完成了首次启动后由于操作问题,导致系统运行崩溃.第2次接种后续生物接触氧化池的好氧污泥进行重新启动,经过20 d的驯化,好氧污泥转变为活性较高的厌氧污泥;采用低负荷高去除率的方式运行40 d后,塔内形成了部分颗粒污泥;之后,为了提高颗粒污泥量快速提高进水流量,COD去除率先突然下降然后缓慢升高.当进水流量达到最大时启动结束,此时塔内颗粒污泥量和COD去除率仍在缓慢上升.