基于响应面分析法的微波-过氧化氢-碱预处理污泥水解酸化优化研究

为进一步优化微波-过氧化氢-碱(MW-H2O2-OH)预处理污泥的水解酸化操作参数,在前期单因素试验研究的基础上,采用3因素3水平的响应面分析法,建立了水解温度、水解酸化时间和蛋白酶投加量分别对总VFA浓度和SCOD浓度影响的回归模型,并进行了碳源组成及其可利用性的评估.结果表明,模型极显著,拟合度、可信度和精确度高,数据合理,试验误差小.通过对回归模型的求解及综合考虑,得到优化的工艺条件为水解温度53.13℃、水解酸化时间4 d、蛋白酶投加量30.14 mg·g-1(蛋白酶/总固体浓度(TS),下同).验证结果表明,总VFA浓度和SCOD浓度的相对误差均在3%以内,说明该模型能很好地优化微波-过氧化氢-碱预处理后污泥的水解酸化操作条件和预测总VFA浓度和SCOD浓度.在碳源组成方面,优化工艺条件下SCOD占TCOD(混合液总COD)的44.56%,总VFA、溶解性蛋白质、溶解性糖类分别占SCOD的66.42%、19.34%和6.89%,碳源以总VFA为主,其中,VFA以乙酸(35.11%)、异戊酸(20.14%)、正丁酸(19.94%)、丙酸(16.90%)为主.三维荧光光谱的分析结果表明,污泥上清液中以溶解性微生物产物类酪氨酸和类色氨酸为主.优化组的污泥上清液作为碳源时的反硝化速率(0.184g·g-1·d-1,以每g VSS每天反硝化的NO-3-N量(g)计,下同)远远高于未优化组(0.065 g·g-1·d-1),碳源可利用性介于甲醇和乙酸钠之间,碳源可利用性较好.     

残留过氧化氢对微波-过氧化氢-碱预处理后污泥水解酸化的影响

前期研究发现,由于残留过氧化氢的影响,经过微波-过氧化氢-碱MW-H2O2-OH(p H=10)预处理的污泥进行水解酸化时存在产酸滞后期.因此,本研究通过批量试验,考察了残留过氧化氢对MW-H2O2-OH(p H=10和p H=11,MHO10和MHO11)预处理后污泥水解酸化的影响.结果表明,过氧化氢酶比二氧化锰具有更高效率的过氧化氢分解能力,能够在10 min内完全降解过氧化氢.水解酸化的8 d时间内,四组试验的SCOD(溶解性COD)浓度和总挥发性脂肪酸(VFA)浓度均呈现先增加后降低的趋势,优化水解时间均为0.5 d;MHO10组、MHO10+过氧化氢酶组(MHO10C)和MHO11+过氧化氢酶组(MHO11C)的优化水解酸化时间均为3 d,MHO11组的优化水解酸化时间为4 d.残留过氧化氢对MHO10预处理后污泥的水解酸化有抑制作用,存在产酸滞后期.与MHO10预处理相比,MHO11预处理释放的SCOD提高了19.29%,释放了更多的有机物,进而显著提高了总VFA产量,5 d时总VFA产量显著提高了84.80%,且MHO11组可以轻微缩短产酸滞后期.投加100mg·L-1过氧化氢酶,明显缩短解除了MHO10组和MHO11组0.5 d的产酸滞后期,并提高了总VFA产量,3 d时,MHO10C组、MHO11C组的总VFA浓度分别比MHO10组提高了23.61%、50.12%.MHO10组、MHO10C组和MHO11C组VFA的主要组分均为乙酸、异戊酸、正丁酸,而MHO11组VFA的主要组分为乙酸、丙酸、异戊酸,在各组的优化水解酸化时间,3种主要的VFA组分之和均占总VFA的75%以上,其中乙酸所占比例均在41%以上.     

基于微波-过氧化氢-碱预处理的污泥水解影响因素

预处理能有效提高污泥的碳源利用效果.本研究通过批量试验,考察了经过微波-过氧化氢-碱(MW-H2O2-OH)预处理后的污泥水解的影响因素,包括水解时间、接种比例和温度,并考察了优化条件下的污泥水解效果及其有机物特征.结果表明,预处理后的污泥优化水解时间为12 h,优化接种比例I/S为0.07.在此优化条件下(12 h,I/S为0.07),SCOD(溶解性COD)、溶解性蛋白质、溶解性糖类、总挥发性脂肪酸(VFA)的含量均随着温度的升高而增加,在65℃时达到最大.VFA的主要组分均为乙酸、丙酸和异戊酸,其中乙酸所占比例为42.7%~59.7%.在碳源组成方面,SCOD占污泥TCOD(混合液总COD)的37.8%~40.8%,其中溶解性蛋白质占SCOD的38.3%~41.3%,溶解性糖类占SCOD的9.0%~9.3%,VFA占总SCOD的3.3%~5.5%.污泥上清液中的COD/TN为15.79~16.50.三维荧光光谱和有机物表观分子质量分布的分析结果表明,污泥上清液中以溶解性微生物产物类酪氨酸荧光强度最强,并且荧光强度随着水解温度的升高而增强;经过MW-H2O2-OH预处理后,有机物大量释放,其中包括Mr100~350的小分子有机物,而经过水解后,Mr3 000~60 000的有机物得到降解.     

超声波污泥水解酸化的研究

在室温条件下,将城市污水处理厂产生的部分剩余污泥进行超声波处理后,与原剩余污泥按一定的比例混合,置于水解罐中进行水解酸化反应,考察超声波泥投配率及水解时间对水解酸化开发碳源的影响.结果表明:超声波处理泥投配率越大,溶解性COD(SCOD)的增加量就越大,但是将全部剩余污泥进行超声波处理的水解酸化效果不及部分污泥进行超声波处理的效果好.SCOD随SRT的增加而增加,0～6 h之间的增加率较高,达20%.刺余污泥中磷和氨氮值较高,本试验对磷和氨氮在水解酸化过程中的变化情况也进行了监测,便于为后期的回收利用提供依据.     

微波预处理污泥水解产酸特性研究

以进泥不经微波预处理为对照,研究了在进泥浓度为20 g/L、温度为20℃、HRT为6 d、pH为6.0的条件下,污泥经微波预处理(功率280 W,时间480 s)后加入序批式反应器中的水解产酸效果。结果表明:微波预处理后,污泥发酵液中挥发性脂肪酸(VFAs)、溶解性总糖、SCOD、氨氮浓度最大提高率分别为33%、11%、9%、25%,溶解性蛋白质浓度最多降低46%,微波预处理有助于污泥底物释出及产酸量的提高。     

过氧化氢-敏化剂强化污泥微波预处理溶胞效果的研究

提高污泥溶胞效率是强化污泥厌氧处理的关键.为加强污泥微波预处理溶胞效果,本研究分别考察了常压、半封闭条件下二氧化钛颗粒、碳质材料作为敏化剂与过氧化氢联合进行微波污泥预处理的效果.结果表明,碳质材料敏化剂对微波、过氧化氢-微波污泥预处理产生了负作用,降低了污泥的溶胞效果,而二氧化钛能有效增加污泥中营养物质的释放.当二氧化钛颗粒投加量为0.12 g·g~(-1)干污泥时,SCOD、PO_4~(3-)-P的浓度比单独微波处理分别增加了11.86%、61%;当二氧化钛颗粒投加量为0.24 g·g~(-1)干污泥时,NH_4~+-N释放比单独微波处理高出27.78%.微波辐射作用下投加二氧化钛颗粒产生了羟基自由基,强化了过氧化氢-微波对污泥细胞的氧化作用.     

抗生素废水水解酸化预处理试验研究

采用水解酸化反应器对抗生素生产废水进行了预处理的试验研究,考察了不同的影响因素对处理效果的影响。结果表明:水解酸化工艺对于抗生素废水是一种有效的预处理手段。     

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.     

水解酸化工艺预处理混合型城市污水

采用水解酸化-厌氧-改良Carrousel氧化沟组合的脱氮除磷工艺,进行混合型城市污水处理的试验研究。在不同的水力停留时间(HRT)下,分别试验测定了水解酸化池进出水的各项指标。结果表明:最佳水力停留时间(HRT)为3 h,进水ρ(COD)为150～1 200 mg/L、ρ(NH3-N)为12～40 mg/L、ρ(TN)为14～58 mg/L、ρ(TP)为1.7～4.2 mg/L,所对应的去除率COD为-29%～66%、NH3-N为-55%～33%、TN为-45%～69%、TP为-80%～66%。可见基于水解酸化工艺预处理可成功实现混合型城市污水中有机物的水解和酸化。     

水解酸化法预处理青霉素废水的试验

在系统分析青霉素废水水质的基础上,进行该废水不同稀释比的水解酸化试验。结果表明:采用水解酸化工艺作为生物处理的预处理手段是有效的,选取HRT为8～10h,CODCr的进水负荷取6～8kgm3·d,废水酸化率达到10%左右,CODCr去除率为20%左右。     

Optimization of H2O2 dosage in microwave-H2O2 process for sludge pretreatment with uniform design method

A microwave-H₂O₂ process for sludge pretreatment exhibited high efficiencies of releasing organics, nitrogen, and phosphorus, but large quantities of H₂O₂ residues were detected. A uniform design method was thus employed in this study to further optimize H₂O₂ dosage by investigating effects of pH and H₂O₂ dosage on the amount of H₂O₂ residue and releases of organics, nitrogen, and phosphorus. A regression model was established with pH and H₂O₂ dosage as the independent variables, and H₂O₂ residue and releases of organics, nitrogen, and phosphorus as the dependent variables. In the optimized microwave-H₂O₂ process, the pH value of the sludge was firstly adjusted to 11.0, then the sludge was heated to 80℃ and H₂O₂ was dosed at a H₂O₂:mixed liquor suspended solids (MLSS) ratio of 0.2, and the sludge was finally heated to 100℃ by microwave irradiation. Compared to the microwave-H₂O₂ process without optimization, the H₂O₂ dosage and the utilization rate of H₂O₂ in the optimized microwave-H₂O₂ process were reduced by 80% and greatly improved by 3.87 times, respectively, when the H₂O₂:MLSS dosage ratio was decreased from 1.0 to 0.2, resulting in nearly the same release rate of soluble chemical oxygen demand in the microwave-H₂O₂ process without optimization at H₂O₂:MLSS ratio of 0.5.     

缺氧酸化联合零价铁-过氧化氢改善污泥脱水性能的研究

为探讨缺氧酸化联合零价铁(ZVI)-过氧化氢(H_2O_2)调理对污泥脱水性能的影响,本文通过单因素试验,以污泥比阻(SRF)作为参考指标,系统考察了调理条件对污泥脱水性能的影响.同时,在试验的最佳调理条件下,分析了污泥各层胞外聚合物(EPS)有机物质量浓度及荧光光谱强度以阐明该联合作用机理.结果表明,当初始pH为2,ZVI投加量为280 mg·g~(-1)(以干污泥量(DS)计,下同),缺氧时间为4 h,H_2O_2投加量为30 mg·g~(-1)(以DS计,下同),类芬顿反应时间为10 min时,SRF降低了90.39%,处理效果较单独类芬顿处理提升了1倍.机理探究试验表明,在缺氧条件下,酸化处理可加速污泥的水解,溶解得到更多的二价铁离子,促使EPS结构发生改变;ZVI-H_2O_2调理可有效地氧化部分EPS,使得紧密结合胞外聚合物(TB-EPS)破解转化至松散结合胞外聚合物(LB-EPS)和上清液胞外聚合物(SB-EPS).EPS分析结果表明,蛋白质的减少能有效提高污泥脱水性能,腐殖酸和富里酸类有机物的产生能提高污泥疏水性能.此外,ZVI的再次利用效率高,重复利用仍能使SRF降低率达到82.04%.因此,缺氧酸化联合ZVI-H_2O_2处理能实现污泥的水解、氧化和絮凝过程,达到改善污泥脱水性能的目的.     

接触式污泥干化过程中SO_2吸收率的动态变化

根据接触式污泥干化工艺的实际运行参数,通过模拟试验,研究了污泥在干化过程中对烟气中二氧化硫(SO2)吸收率的动态变化及其影响因素,并对导致吸收率变化的原因进行了理论分析.结果表明,污泥对SO2的吸收率随干化温度的升高和气体流速的增大而减小,含水率为55%和75%的污泥对SO2的吸收率分别从干化温度80℃的16.0%和25.0%降至干化温度160℃的6.0%和7.0%,这是因为干化温度升高和气体流速增大,促使污泥水分加速蒸发,从而影响SO2从气相通过气膜向气液界面传递和扩散的过程,最终导致污泥对SO2吸收率的下降;污泥对SO2的吸收率随SO2浓度的增加没有明显的变化;污泥吸收SO2后,pH值降低表明了污泥吸收SO2发生了酸碱中和反应,污泥红外光谱证明污泥对烟气中SO2的吸收是一个化学吸收过程.     

PN/A-颗粒污泥工艺处理热水解污泥消化液

本研究构建了基于一体式厌氧氨氧化颗粒污泥及絮体污泥的部分硝化-厌氧氨氧化(PN/A)脱氮处理系统,通过运行参数优化调控实现了热水解污泥消化液的高效脱氮.试验结果表明,通过接种厌氧氨氧化菌(AnAOB)生物膜污泥与普通活性污泥、控制高游离氨(FA)(>20mg/L)和限制曝气(DO≤0.2mg/L)等运行条件,能够快速构建短程硝化-厌氧氨氧化反应,亚硝酸盐积累率可达85%以上,脱氮负荷达到0.60kgN/(m³·d).稀释后的热水解污泥消化液仍对AnAOB活性具有一定的抑制作用,导致反应器总氮负荷降至0.20kgN/(m³·d)以下;但系统内AnAOB丰度总体呈增加趋势,说明AnAOB的增殖未受到完全抑制.系统内混合污泥的平均中位径由53μm缓慢增长至109μm.定量PCR数据及高通量分析显示,该处理系统富集了较高纯度的An AOB,最大丰度占比可达8.06%,其优势菌属为Kuenenia菌属.此外,在第93运行周期下Kuenenia菌属在颗粒污泥的丰度占比大于AOB,为5.26%;絮体污泥中具有亚硝化效果的单胞菌属Nitrosomona...     

Enhancement of ultrasonic disintegration of sewage sludge by aeration

Sonication is an effective way for sludge disintegration,which can significantly improve the efficiency of anaerobic digestion to reduce and recycle use of sludge.But high energy consumption limits the wide application of sonication.In order to improve ultrasonic sludge disintegration efficiency and reduce energy consumption,aeration was introduced.Results showed that sludge disintegration efficiency was improved significantly by combining aeration with ultrasound.The aeration flow rate,gas bubble size,ultrasonic density and aeration timing had impacts on sludge disintegration efficiency.Aeration that used in later stage of ultrasonic irradiation with low aeration flow rate,small gas bubbles significantly improved ultrasonic disintegration sludge efficiency.At the optimal conditions of 0.4 W/m L ultrasonic irradiation density,30 m L/min of aeration flow rate,5 min of aeration in later stage and small gas bubbles,ultrasonic sludge disintegration efficiency was increased by 45% and one third of ultrasonic energy was saved.This approach will greatly benefit the application of ultrasonic sludge disintegration and strongly promote the treatment and recycle of wastewater sludge.     

柠檬酸钠强化剩余污泥酶水解和酸化的研究

厌氧条件下,研究了阳离子络合剂柠檬酸钠(SC)对剩余污泥酶水解和酸化的影响.结果表明:络合剂SC提高了污泥酶水解和酸化的效率,溶解性蛋白质和碳水化合物溶出量增加,SC的最佳投加剂量为0.432 g·g-1(以TS计,下同).络合剂SC可以提高污泥中短链脂肪酸(SCFAs)的积累量,同时减少达到最大SCFAs积累的时间,缩短厌氧消化时间.空白对照组和蛋白酶组的总SCFAs积累量分别在反应第7 d和第6 d达到最大值,而SC+蛋白酶组(SC 0.432 g·g-1)在反应第2 d就达到了最大值.从酶活性的变化和SEM图可知,SC的投加破坏了EPS的网络结构,原来被束缚、隐藏于污泥基体中的水解酶得到释放,从而提高了污泥水解速率.     

Photodegradation of amoxicillin by catalyzed Fe3+/H2O2 process

Three oxidation processes of UV-Fe³⁺(EDTA)/H₂O₂ (UV: ultraviolet light; EDTA: ethylenediaminetetraacetic acid), UV-Fe³⁺/H₂O₂ and Fe³⁺/H₂O₂ were simultaneously investigated for the degradation of amoxicillin at pH 7.0. The results indicated that, 100% amoxicillin degradation and 81.9% chemical oxygen demand (COD_Cr) removal could be achieved in the UV-Fe³⁺ (EDTA)/H₂O₂ process. The treatment efficiency of amoxicillin and COD_Cr removal were found to decrease to 59.0% and 43.0% in the UV-Fe³⁺/H₂O₂ process; 39.6% and 31.3% in the Fe³⁺/H₂O₂ process. Moreover, the results of biodegradability (biological oxygen demand (BOD₅)/COD_Cr ratio) revealed that the UV-Fe³⁺ (EDTA)/H₂O₂ process was a promising strategy to degrade amoxicillin as the biodegradability of the effluent was improved to 0.45, compared with the cases of UV-Fe³⁺/H₂O₂ (0.25) and Fe³⁺/H₂O₂ (0.10) processes. Therefore, it could be deduced that EDTA and UV light performed synergetic catalytic effect on the Fe³⁺/H₂O₂ process, enhancing the treatment efficiency. The degradation mechanisms were also investigated via UV-Vis spectra, and high performance liquid chromatography-mass spectra. The degradation pathway of amoxicillin was further proposed.     

超声、紫外增强H2O2/KI降解磺胺甲基嘧啶

实验以H_2O_2和KI作为分子碘(I2)的来源,研究比较了超声、紫外分别增强H_2O_2/KI降解磺胺甲基嘧啶(sulfamerazine,SMR)的效果、主要影响因素、分子碘的生成、主要活性物种和产物.结果表明,超声、紫外均能有效增强H_2O_2/KI对磺胺甲基嘧啶的降解,超声的增强效果明显;pH值对磺胺甲基嘧啶的去除率影响较大,pH为2.6~5.6,去除率随pH升高而降低;自由基抑制结果表明,碘自由基(I·和I-2·)是超声、紫外增强H_2O_2/KI降解磺胺甲基嘧啶的主要活性物质.HPLC/MS/MS分析检测到一碘代苯.