污泥基生物炭对餐厨垃圾厌氧消化产甲烷及微生物群落结构的影响

为考察污泥基生物炭对餐厨垃圾厌氧消化的影响,以餐厨垃圾为基质,设置4种不同接种比(inoculum to substrate ratio, ISR)的批次实验,以得到不同酸化程度的厌氧消化体系;检测空白组、餐厨垃圾对照组和生物炭实验组的产甲烷情况和微生物群落结构的变化。结果表明：当ISR=2时,生物炭对餐厨垃圾厌氧消化效果不明显;当ISR=0.5时,生物炭使其停滞期缩短28.9%左右;ISR越小,生物炭对酸化停滞时间缩短以及产甲烷速率提高的效果越明显。同时,生物炭可以促进Chloroflex,Proteobacteria,Bacteroidetes的生长,从而提高厌氧消化中间产物的产生。当ISR较大时,厌氧消化系统的产甲烷途径以乙酸利用型为主,投加生物炭可以促进乙酸型产甲烷;随着ISR减小,产甲烷途径有逐渐向氢利用型转变的趋势,同时Methanosacrina逐渐替代Methanosaeta利用乙酸产甲烷。本研究结果可为污泥基生物炭在餐厨垃圾厌氧消化的实际应用提供参考。     

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%。     

剩余污泥混合对絮凝污泥厌氧消化的强化

为了考察絮凝污泥与剩余活性污泥混合中温(35℃)厌氧消化效果,分析了不同混合比例、不同投配率下的总化学需氧量(TCOD)去除率、挥发性固体(VS)降解效果,通过pH值与氨氮浓度的变化来分析各反应器的稳定性。结果表明:污泥混合后消化效果明显得到提高,且污泥消化效率随着投配率的增加先提高后下降。5%投配率时,絮凝污泥/剩余污泥(VS比)为1:2时厌氧消化效果最好,TCOD去除率达到47.8%,VS降解率达到46.8%,分解单位VS产气量达到了435 mL/g,pH值与氨氮浓度分别保持在7.4和269 mg/L左右,混合污泥厌氧消化系统较稳定。这说明与剩余污泥的混合消化能有效提高絮凝污泥的厌氧消化性能。污泥絮体的显微分析表明:厌氧消化过程中絮体面积百分比逐步减小,污泥结构逐步解体,可以解释污泥消化的微观过程。     

硝酸盐对富磷剩余污泥厌氧消化的影响试验

以某采用 A/O 生物除磷工艺水质净化厂排出的富磷剩余污泥为研究对象,利用棕色消化瓶设计了 4 组厌氧消化试验,通过向其中投加NaNO3,考察硝酸盐对污泥消化过程的影响.结果表明,硝酸盐的存在导致 VSS 平均变化速率比空白样快 28.09 mg/(L·d),并且对污泥消化过程中的产甲烷阶段有一定的抑制作用;当硝酸盐存在时,厌氧氨氧化作用的发生导致上清液中的 N-NH4 变化速率减慢,硝酸盐对污泥消化过程中磷的释放有明显的抑制作用,当硝酸盐浓度高于 60 mg/L时,抑制作用明显.     

生物炭加速餐厨垃圾厌氧消化的机理

为考察生物炭对餐厨垃圾厌氧消化的影响并探究其影响机理,采用批次实验,以餐厨垃圾为基质,设置污泥空白组、餐厨垃圾对照组和生物炭实验组。检测系统的甲烷日产量、甲烷浓度、渗滤液pH、电导率、挥发性脂肪酸（乙酸、丙酸和丁酸）和氨氮浓度,并对生物炭进行了表征（pH、表面元素、表面形态和官能团）。结果表明,生物炭的添加使体系的最大日甲烷产量提高24.09%,并保持较高的pH,乙酸、丙酸、丁酸峰值分别降低了10.46%、9.96%和13.79%。生物炭丰富的孔结构为微生物提供了生长位点;生物炭的表面金属元素（K、Ca、Mg）和官能团（—OH、C≡C、—NH、C＝O（C—O）、 CO 3 2 - ）使其具有较高的碱度,从而提高厌氧消化系统的缓冲能力和产甲烷菌活性,进而提高产甲烷速率。     

污泥炭强化微生物电解池提高污泥厌氧消化甲烷产率与系统稳定性

投加污泥炭可有效改善利用微生物电解池厌氧消化(MEC-AD)甲烷产率偏低的问题,但其对MEC-AD体系的长期影响仍未知。研究了不同运行条件(外加电压、有机负荷率OLR)下,污泥炭对MEC-AD在连续进料运行模式下产甲烷效能的提高。首先,基于甲烷产率、电流密度等指标,确定最佳外加电压为1.5 V;然后,在相同外加电压(1.5 V)、不同OLR的条件下,比较了对照组(ME1.5)和投加污泥炭的实验组(MEBC1.5)的产甲烷和系统稳定性,OLR通过水力停留时间(HRT)控制。结果表明,当HRT从10 d逐步缩短至2.5 d,ME1.5与MEBC1.5的甲烷产率呈现先上升后下降的变化趋势,且MEBC1.5的甲烷产率始终高于ME1.5。这表明污泥炭在不同OLR运行条件下均可改善甲烷产率。微生物群落多样性分析结果表明,对比ME1.5与MEBC1.5,投加污泥炭使得生物阴极优势菌属Coprothermobacter、Fervidobacterium、Bellilinea、Methanosarcina的相对丰度分别增加了34.1%、186.6%、130.5%、9.5%。KEGG通路分析结果表明,MEBC1.5中乙酸裂解途径和H₂还原CO₂途径产甲烷代谢过程相关基因的丰度均有所提高。本研究结果可为污泥炭强化市政污泥MEC-AD产甲烷效能和相关的微生物机制提供参考。     

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.     

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。     

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。     

剩余污泥热水解厌氧消化中试研究

针对糖纸厂污水活性污泥法处理后剩余污泥进行热水解厌氧消化中试研究,结果表明,热水解预处理工艺能够有效改善污泥性质,SCOD与VFA分别提高5.2和7.6倍,在厌氧消化过程中随着水力停留时间(HRT)缩短,消化罐有机负荷和比沼气产率提高,在2.5 kg VS/(m3·d)、HRT=12 d条件下达到28.1 Nm3/t。整个厌氧消化过程中无过度酸化现象发生,沼气甲烷含量稳定,平均达到60%。     

微好氧预处理对市政污泥厌氧消化产甲烷的影响

针对目前市政污泥处理资源化与减量化效率低的问题,利用微好氧预处理技术进行预处理,提高其甲烷产量。利用有机物溶出效率、VSS减量、甲烷产量3项指标对预处理效果进行了评价;研究了不同参数条件下微好氧预处理对市政污泥厌氧消化产甲烷的影响;探讨了微好氧预处理对污泥胞外聚合物的影响。结果表明,微好氧预处理可以促进污泥溶解性有机物释放、提高VSS去除率;在最佳反应条件下(曝气强度0.30 m³·(min·m³)⁻¹、预处理时间12 h),相对于未经过预处理的工况,甲烷产量可提高26.77%;微好氧预处理对剩余污泥活性细胞的影响主要发生在胞外聚合物部分,同时也存在对活性微生物的破解作用。市政污泥经过微好氧预处理后,可有效提升后续中温厌氧消化或高温厌氧消化的甲烷产量。     

强化污泥中木质纤维素产甲烷实验研究

为考察剩余污泥中木质纤维素降解、转化甲烷的潜力,通过富集培养投加方式及与预处理相结合等手段分别实验研究了富集微生物对木质纤维素组分降解的强化作用以及预处理对污泥木质纤维素结构的破稳作用。结果表明,富集微生物投加确实可以有效促进污泥中木质纤维素的降解,且载体投加方式效果最好。对真实污泥实施酸、碱、热、超声波等预处理后再投加富集微生物厌氧消化,使木质纤维素组分转化甲烷能力进一步提高,证实预处理对木质纤维素结构有着很好的破稳作用。虽然各种预处理方式对木质纤维素结构破稳均具有不同程度的作用效果,但热解与超声波显示出更好的破解作用,以至于破解程度胜过纤维素和半纤维素可降解组分的单一释放,还出现了较多易降解的更小分子结构。     

浮萍与剩余污泥厌氧消化产沼气实验

为了提高浮萍厌氧消化产沼气能力,对比浮萍和剩余污泥的单独以及混合厌氧消化过程的产气情况,得到当两种底物混合厌氧消化时,具有互补优势,缩短了产甲烷过程的酸化期,累积产气量实际值比计算值提高11%。此外,研究底物的预处理以及底物与接种物比例对厌氧过程的影响,结果表明,浮萍经热碱预处理后比未处理组甲烷产量增加了8%,且厌氧消化产沼气时间缩短;当底物与接种物比例为1：1时,整个反应过程的pH维持在6.00以上,利于产甲烷过程,体系中积累的挥发性脂肪酸（VFAS）最多,且获得的总沼气产量和总甲烷产量最大,分别为3 309 mL和1 883 mL,比最低的1：2.5组分别高出151 mL和304 mL。     

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。     

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。