热活化过一硫酸盐调理强化厌氧消化污泥脱水的研究

为了解热活化过一硫酸盐（PMS）调理对厌氧消化污泥脱水性能的影响,本文以毛细吸水时间（CST）、污泥比阻（SRF）和泥饼含水率（WC）为评价指标,通过比较不同温度条件下（25~80℃）热活化PMS调理过程中PMS分解速率、自由基产生、胞外聚合物（EPS）含量和组成,以及污泥形貌特征和粒径分布等变化规律,探讨作用效果及机理.结果表明,热活化PMS调理能显著改善厌氧消化污泥的脱水性能,且温度的升高可增强脱水改善的程度.在温度80℃、PMS投加量4 mmol·g^-1 DS（干物质）和处理5 min的条件下,厌氧消化污泥CST、SRF和WC分别从原始污泥的141 s、2.31×10¹³ m·kg^-1、85%降至35 s、1.95×10¹² m·kg^-1和63%.热活化PMS调理过程中产生的SO₄^-·和·OH破坏了污泥絮体结构,大幅消减了TB-EPS中的蛋白质（尤其是芳香类蛋白和色氨酸类蛋白）,同时污泥粒径的增大（100 μm→1000 μm）可能是厌氧消化污泥脱水性能提高的主要原因.该结果可为热活化过硫酸盐调理技术应用于厌氧消化污泥的高效脱水提供参考.     

活性污泥与消化污泥的脱水特性及粒径分布

对活性污泥和消化污泥的脱水特性和粒径分布进行了研究,分析了2种污泥胞外聚合物（EPS）含量的差异以及生物相的变化特征和机理.结果表明,表征脱水性能好坏的毛细吸收时间（CST）,新鲜活性污泥为9.84 s,消化污泥增加到607.5 s,消化污泥固体颗粒从悬浮液分离所需的时间变长,脱水性能变差.其原因一方面是消化过程使EPS中蛋白质和多糖降解,另一方面是大大降低了消化污泥中原生动物数量,减少了促进微生物凝聚的EPS物质向污泥中的释放.消化污泥EPS含量为123 mg/g（以干污泥计,下同）,比EPS含量为540 mg/g的活性污泥减少了77%.EPS的降解使较大的污泥颗粒分解成较小的污泥颗粒,活性污泥占体积最大的颗粒粒径是133 μm,消化污泥下降到44.6 μm,活性污泥的平均粒径是132.6 μm,消化污泥仅为70.48 μm,结果导致消化污泥脱水性能变差.     

碳氮比对活性污泥胞外聚合物的长期影响

以人工模拟废水为研究对象,采用4组SBR反应器（R₀,R₅,R₁₀和R₁₅）,重点考察了碳氮比（C/N）对胞外聚合物（EPS）含量及其组分（蛋白质（PN）、多糖（PS）和核酸（DNA））的影响.试验结果表明：C/N对EPS及其组分具有显著影响.随着C/N由0升高至15,EPS和紧密结合型胞外聚合物（TB-EPS）含量逐渐升高,而松散型胞外聚合物（LB-EPS）含量逐渐降低,EPS以TB-EPS为主（占77.4%~93.6%）.EPS和TB-EPS中的PN、PS和DNA含量随着C/N值升高而升高,LB-EPS中的PN、PS和DNA含量随C/N升高而降低.此外,随着C/N的增大,毛细吸水时间（CST）和污泥比阻（SRF）值显著增大,污泥的脱水性能变差.     

厌氧消化对城市污泥中多环芳烃(PAHs)降解及分配的影响研究

多环芳烃(PAHs)是城市污泥中的一类主要污染物。对城市污泥低温预处理(75℃,60 min)后,研究厌氧消化对城市污泥中PAHs的降解及其在污泥固液相中的分配。结果表明:预处理前后,厌氧消化对菲的降解率分别为19.18%、25.24%,对苯并芘的降解率分别为16.14%、23.98%,可见预处理有利于PAHs的降解率提高。预处理后污泥液相中PAHs的含量增加,并使EPS向液相释放,导致液相中TOC含量显著增加。厌氧消化过程中,液相中菲、苯并芘含量与TOC含量呈正相关。     

自养菌和异养菌胞外聚合物对活性污泥絮凝特性的影响

为探讨自养菌和异养菌胞外聚合物(Extracellular polymeric substances,EPS)的差异及其对活性污泥表面及絮凝特性的影响,研究了有机负荷为0、0.30和0.74 kg·kg-1·d-1时,污泥松散附着胞外聚合物(loosely bound EPS,LB-EPS)和紧密粘附胞外聚合物(tightly bound EPS,TBEPS)的组分含量、形态、表面特性以及絮凝性能的差异,并就LB-EPS与TB-EPS对污泥絮凝特性影响的作用机理进行了探讨.结果表明,有机负荷越高,多糖含量越高,EPS总量及蛋白质含量越低.由三维荧光光谱测定结果可知,类富里酸物质为异养菌而非自养菌的代谢产物,且有机负荷越高,TB-EPS中的类富里酸荧光峰强度越大.自养和异养污泥的絮凝机理不同,自养活性污泥通过自养菌菌体自身生物絮凝作用形成密实的污泥絮体,LB-EPS与TB-EPS对其絮体形态、表面及絮凝特性影响较小;异养活性污泥絮体形态在TB-EPS提取后发生明显改变,TB-EPS在异养活性污泥絮体聚集时发挥着主要作用.包裹着LB-EPS的污泥表面负电荷多且疏水性差,不利于异养污泥生物絮凝.有机负荷越高,污泥表面Zeta电位负电性越强,相对疏水性(relative hydrophobity,RH)越小,污泥稳定性越差.     

应用好氧生物菌剂深度处理消化污泥

为评估应用好氧生物菌剂-地衣芽孢杆菌深度处理消化污泥的可行性,比较了不同接种比（分别为2.7×10^-3,2.7×10^-2和2.7×10^-1,以总固体之比计）条件下,菌解处理过程中消化污泥液相的溶解性有机碳DOC,溶解性总氮DN,氨氮,荧光性有机物浓度和消化污泥絮体中的蛋白质,氨氮浓度,以及以模化CST值表征的脱水性能的变化,同时分析了机械破碎法和菌解法对消化污泥再次厌氧消化产气性能的影响.结果表明,需要达到较高的接种比,投加地衣芽孢杆菌才能显著促进消化污泥胞内物质溶出,大幅提高消化污泥的生物可降解性.接种比为2.7×10^-1时,菌解过程中消化污泥的液相DOC,DN,氨氮和消化污泥絮体中的氨氮含量达到最大值,分别是对照组的6.23,2.83,5.93和4.94倍;并且,消化污泥絮体的蛋白质平均降解速率最高;同时,消化污泥的产甲烷潜力优于其它接种比,是机械破碎处理后消化污泥产甲烷潜力的5.96倍.但是,在菌解处理结束后,消化污泥的模化CST值是对照组的2.69倍,说明经菌解后消化污泥的脱水性能有所劣化.     

有机质组分对发酵工业污泥脱水性能的影响

该研究选取了味精、柠檬酸、酱油、食醋、赖氨酸和酵母 6 种典型生物发酵制品工业的废水污泥,开展了污泥有机质（VS/TS）、流变特性、胞外聚合物（EPS）与污泥脱水性能的分析及相关性研究。结果表明,发酵工业的剩余污泥 VS/TS 为 62.22%～82.53%,脱水性能差异较大,酵母和柠檬酸污泥的脱水性能最差,毛细吸水时间（CST）分别高达(259.44±9.87) s和(251.71±8.85) s,污泥比阻（SRF）分别为（3.85±0.21）×10⁽¹⁴⁾m/kg和（2.61±0.17）×10(14)m/kg和（2.61±0.17）×10⁽¹⁴⁾m/kg,其次为食醋和味精污泥;不同污泥的初始表观黏度（剪切速率10 s(14)m/kg,其次为食醋和味精污泥;不同污泥的初始表观黏度（剪切速率10 s^(-1)）相比极限表观黏度（剪切速率300 s(-1)）相比极限表观黏度（剪切速率300 s^(-1)）的差异更大,但都与CST和SRF成极显著正相关,说明发酵工业的污泥为黏度值越大污泥脱水性能越差。然而CST、SRF、污泥黏度等都与污泥的VS/TS成反比,与市政污泥结果相反。污泥 EPS 中有机质组分分析结果表明,除赖氨酸污泥外的其他污泥有机组分总量均为蛋白质>多糖>腐殖酸,酵母和柠檬酸污泥的蛋白质总量分别达(624.96±24.08) mg/(gTS)和(361.30±3.11) mg/(gTS),赖氨酸污泥的多糖总量高达(361.59±11.60) mg/(gTS);蛋白质在污泥各 EPS 层的含量分布均为 TB-EPS>Slime-EPS>LB-EPS,且近 50% 的蛋白质和多糖分布在 TB-EPS 层中;从荧光光谱的分析来看,色氨酸类蛋白质在各 EPS 中占比最大,是主要蛋白类物质。脱水性能的相关性分析表明,污泥中腐殖酸及蛋白质组分与黏度、CST 和 SRF 均成显著正相关,蛋白质对污泥黏度和脱水性能的影响比腐殖酸更大,Slime-EPS 和 LB-EPS 层的蛋白质含量对污泥脱水性能的影响更显著。     

胞外聚合物和信号分子对厌氧氨氧化污泥活性的影响

为了探究胞外聚合物（EPS）对厌氧氨氧化颗粒污泥活性的影响,分别向厌氧氨氧化颗粒污泥中投加30mg/L的总胞外聚合物（IN-EPS）,松散结合型胞外聚合物（LB-EPS）和紧密结合型胞外聚合物（TB-EPS）.结果表明,3种EPS均可提高厌氧氨氧化颗粒污泥的活性.对于添加了IN-EPS,LB-EPS和TB-EPS的实验组,厌氧氨氧化颗粒污泥的氨氮去除速率分别增加了6.68%,10.5%和19.29%,厌氧氨氧化菌的生长速率分别增加了18.25%,21%,16.3%.三维荧光光谱法分析发现3种EPS的组成基本相同,以芳香族蛋白质和可溶性微生物产物为主.对EPS中的高丝氨酸内酯类（AHLs）信号分子进行检测,发现EPS中含有3种信号分子,分别是C4-HSL,C6-HSL和C10-HSL,外源投加这3种AHLs到厌氧氨氧化颗粒污泥中,结果发现C4-HSL和C6-HSL可以提高厌氧氨氧化颗粒污泥的活性和生长速率,这是EPS可以提高厌氧氨氧化菌活性的原因.     

剩余污泥共厌氧消化改善脱水性能研究

为改善剩余污泥厌氧消化脱水性能,减少后续处理费用,研究了剩余污泥添加废物酒精糟液在高温(55℃)下共厌氧消化后污泥脱水性能,并对影响脱水性能因素进行了回归分析。结果表明:共厌氧消化提高了剩余污泥的碳氮比、有机负荷和产气率,减少了胞外聚合物中有机成分蛋白质和碳水化合物含量,增加颗粒尺寸,明显提高厌氧污泥脱水性能。当进样总体积为450mL、剩余污泥与酒精糟液二者体积比为2:1、污泥停留时间为11.1d时,厌氧消化污泥的脱水性能最好,毛细吸收时间为127s;当有机负荷继续提高时会出现酸化现象,可导致厌氧污泥脱水性能变差。对厌氧消化污泥脱水性能影响明显的因素是污泥颗粒尺寸、紧密粘附胞外聚合物含量。     

活性污泥胞外聚合物的组成与结构特点及环境行为

在活性污泥处理系统中,微生物大多以污泥絮体的形式悬浮在水中。胞外聚合物(EPS)作为污泥絮体的重要组成部分,以其独特的聚合结构和化学组成,在污水生物处理系统中起到重要作用。为了更好的描述EPS的环境行为,文章综合了近年来国内外相关的研究成果,首先分析了EPS的来源、化学组成及结构分布,得出EPS中包含蛋白质、多糖、腐殖酸、核酸、糖醛酸及脂类大分子等化学物质,其中蛋白质和多糖之和占总有机物含量的70%~80%;在结构上,EPS分为SB-EPS、LB-EPS和TB-EPS,三者与细胞结合的紧密程度递增,其中所含化学成分比例的不同将使其具有不同的理化特性。其次,文章对EPS的理化特征对污水处理系统的影响,如对系统中微生物降解特性的影响、磷和重金属的吸附等进行了讨论,并总结了EPS中相关的官能团对上述环境行为的贡献。同时,文章还论述了EPS中官能团的亲疏水特性及化学成分对污泥絮体的脱水性、絮凝沉降性能的影响。     

铁负载污泥炭的表征及其促进PAM调理高级厌氧消化污泥的效能研究

本研究首先分析了铁负载污泥炭的物理化学性质,评估了铁负载污泥炭与有机高分子（聚丙烯酰胺,PAM）联合调理改善高级厌氧消化污泥脱水性的效能,研究了联合调理过程中污泥絮体特性与胞外聚合物（EPS）的变化特征.结果表明,单独投加污泥炭可以通过铁的电中和作用降低污泥颗粒间的静电排斥力,同时充当骨架材料改善污泥的脱水性能.此外,铁负载污泥炭可以有效去除污泥体系中大分子溶解性有机物,从而改善污泥的过滤性能.污泥炭和有机絮凝剂在污泥调理过程中表现出明显的协同作用,污泥碳和PAM的最佳投加量分别为250 mg·g^-1（以TSS计）和8 mg·g^-1（以TSS计）.激光共聚焦显微镜分析表明,PAM主要与污泥絮体中的蛋白质分子作用,从而促使污泥颗粒凝聚.     

水力空化-酸化调理增强污泥脱水性能分析

研究了水力空化-酸化调理作用于污泥脱水的机理。以污泥比阻（specific resistance to filtration,SRF）、污泥含水率和污泥毛细吸水时间（capillary sunction time,CST）作为主要的评价指标,测定污泥胞外聚合物（extracellular polymeric substances,EPS）中多糖、蛋白含量并进行了污泥酸化程度、污泥电子显微图像分析。结果表明:经水力空化-酸化调理污泥,污泥含水率和SRF分别从83.1%和5.12×1011 m/kg下降到69.8%和2.41×1011 m/kg,CST由50 s下降至20.8 s,各EPS组分含量下降明显,酸化作用通过影响污泥的溶解型胞外聚合物（S-EPS）和松散结合型胞外聚合物（LB-EPS）中的多糖及蛋白含量改变污泥的脱水性,pH=3时污泥脱水效果最好。综上所述,水力空化-酸化调理能大大增强污泥的脱水性能,在实际工程中具有很大的应用价值。     

酸碱-微波耦合预处理对污泥胞外聚合物溶裂与产甲烷行为的影响

对酸碱-微波耦合预处理后不同EPS组分在污泥厌氧消化行为中扮演的角色进行研究，通过产甲烷潜能实验评价其甲烷转化性能。结果表明:酸碱-微波耦合预处理通过溶出胞内有机物和改变EPS的分布来影响污泥产甲烷行为。甲烷累积产量最优预处理条件为pH=10，微波500 W，预处理时间120 s。此时，预处理后溶解型胞外聚合物（S-EPS）中的溶解性化学需氧量（SCOD）浓度达到11460 mg/L，是对照组浓度的184.5%，累积甲烷产量为89.08 mL/g，较对照组增加59.9%。碱处理（pH=10和12）时，S-EPS对累积甲烷产量的贡献率分别达到了16.6%和30.4%，远高于松散结合型胞外聚合物（LB-EPS）与紧密结合型胞外聚合物（TB-EPS）。在48 d的厌氧消化过程中，S-EPS对产甲烷的贡献率在1~4 d内快速升高，随后缓慢持续下降。因此，酸碱-微波耦合预处理通过强化污泥S-EPS中的多糖、蛋白质等有机质的溶出，促进污泥甲烷化。     

温度对微好氧消化处理高含固厌氧消化污泥的影响

采用微好氧消化对高含固厌氧消化污泥进行后处理,考察了在常温、中温及高温条件下反应器的运行性能以及污泥植物毒性的改善。结果表明:在污泥停留时间为8 d,供气量为2.4 L/min的微氧条件下,高含固厌氧消化污泥VS进一步降解,比耗氧速率降低,挥发性脂肪酸及氨氮等小分子物质浓度显著降低,污泥趋于更加稳定的状态。随着处理温度的提高,污泥VS、比耗氧速率和总氨氮呈逐渐下降趋势。种子发芽实验表明:经微好氧消化处理后,污泥对向日葵、矢车菊、牵牛花等种子发芽的抑制作用均逐渐下降,说明微好氧消化有利于改善高含固厌氧消化污泥的植物毒性。而且随着处理温度的增加,处理后污泥的植物毒性呈增加趋势,这可能与挥发性脂肪酸含量的增加有重要关系。总体看来,与常温和高温条件相比,中温微好氧消化是改善高含固厌氧消化污泥土地利用性能更为可行的工艺。     

平板膜在污泥浓缩消化处理中的应用研究

采用中试规模的反应器对平板膜-污泥浓缩消化(MSTD)工艺的污泥消化机制和膜污染机理进行了研究.结果表明,经过15d的运行,MSTD工艺的污泥浓度(MLSS)从最初的3.6g/L上升到约34.2g/L,MLVSS和MLSS的消解率分别达到52%和47%,实现了同步浓缩和消化.由于溶解氧的变化,MSTD工艺的消化机制分为好氧消化和类似的厌氧消化2个阶段,分别降解二价金属离子和铁离子连接的2类生物聚合物.在MSTD过程中,平板膜的截留和污泥消化导致污泥性质剧烈变化,从而造成膜过滤性能剧烈下降.MLSS、胞外聚合物(EPS)和溶解性微生物产物(SMP)均对膜污染有显著的影响.     

热水解预处理剩余污泥的有机物分布及厌氧消化特性

研究了热水解后剩余污泥中有机物分布以及热水解对污泥厌氧消化效果的影响。剩余污泥经过热水解处理后,VSS含量从51. 0%降低至42. 7%,溶解性COD占总COD的比例从0. 5%提高至33. 5%;进一步厌氧消化时,总COD和VS降解率分别提高至35%和41%,甲烷产率提高至0. 25 L/g,累积甲烷产量比未热水解的污泥提高了101. 2%。脱水污泥液累积甲烷产量占热水解污泥甲烷产量的59%,是厌氧消化所产甲烷的主要来源,而脱水泥饼COD转化成甲烷的比例相对较低。根据剩余污泥热水解后液相和固相有机物的厌氧消化特性差异,提出了基于热水解的污泥厌氧消化工艺优化方案。     

以FAS+S0为底物的生物沥浸对污泥EPS组分和脱水性能的影响

为研究以硫酸亚铁铵（FAS）+硫粉（S0）为底物的生物沥浸过程中,污泥的脱水性能及其与胞外聚合物（EPS）中蛋白质（PN）、多糖（PS）的关系,设计了新鲜污泥、新鲜污泥+10%接种物、新鲜污泥+10%接种物+（0,2,4,6 g/L）FAS+（0,2,4,6 g/L）S0的3个实验组进行10 d沥浸实验。结果表明:投加量为4g/L FAS+2 g/L S0,沥浸时间为6 d时污泥脱水性能最佳,污泥比阻（SRF）和黏度较原始污泥分别下降了83.11%和65.74%。EPS中溶解态PN、PS和结合态PN、PS的含量都随沥浸实验的进行而改变,其中溶解态PS与黏度、SRF呈显著负相关（R分别为-0.813、-0.813,P<0.05）,说明溶解态PS的含量是影响污泥脱水性能的主要因素。进一步分析得出,溶解态PS总量随沥浸时间延长而升高,其中疏水性PS的占比随之增加,污泥脱水性相应改善。     

次氯酸钠与亚铁对污泥破解及脱水效果的影响

采用次氯酸钠（NaClO）与亚铁（Fe（II））结合处理污泥以提高污泥破解和脱水效能,考察了NaClO和Fe（II）投加量的影响,并通过定量和定性分析污泥中胞外聚合物质（EPS）的迁移转化,确定NaClO和Fe（II）对污泥脱水和破解的机制.试验结果表明,NaClO和Fe（II）投加量（以干泥固体计）分别为44 mg·g^-1和66 mg·g^-1时,污泥毛细吸吮时间（CST）从原泥的112 s下降到66.3 s.同时,NaClO/Fe（II）处理污泥能够使上清液中化学需氧量（COD）显著升高,并使污泥中紧密束缚型EPS（TB-EPS）和松散束缚型EPS（LB-EPS）转化成溶解性EPS（S-EPS）,导致S-EPS的溶解性有机碳（DOC）含量升高,而LB-EPS和TB-EPS的DOC含量降低.此外,NaClO/Fe（II）还能使污泥中有机物质矿化,使3种EPS中蛋白质类和腐殖酸类物质减少.NaClO和Fe（II）能够改善污泥脱水性能,强化污泥破解效果,利于污泥后续的处理处置.     

炼油污水处理场剩余污泥中温厌氧消化研究

对锦州石化公司炼油污水处理场的剩余污泥进行中温厌氧消化小试,考察厌氧消化工艺的可行性。研究结果表明,经过厌氧消化处理后,COD、有机成分去除率均达到80%左右,同时降低了污泥的含水率,减少了污泥脱水的药剂用量,提高了污泥的脱水性能,可实现剩余污泥的稳定化和减量化。     

不同VS比例的黄花和污泥联合厌氧消化的研究

采用完全混合式反应器R1~R3(加拿大一枝黄花与脱水污泥的有机质配比分别为0∶1、1∶3和1∶1),研究了污泥停留时间为30 d,半连续中温(35±1)℃的运行状态下,脱水污泥和加拿大一枝黄花联合厌氧消化的系统稳定性和厌氧消化性能。结果表明:添加黄花进行共发酵,不但降低了游离氨的浓度和VFA的积累,使系统维持更好的稳定性;而且明显改善厌氧消化性能,与污泥单独厌氧消化相比,最佳条件下单位体积甲烷产率、比沼气产率、甲烷产率分别可以提高79.5%,61.7%,29.2%。随着黄花比例的提高,VS降解率呈现出逐渐上升的趋势。R3和R2的VS降解率稍微高于R1,分别为33.8%、31.2%、30.3%。随着黄花VS比例逐渐增加到50%,沼气中的甲烷和H2S含量稍微有所下降,VFA组分中戊酸的浓度升高,而乙酸和丙酸的浓度则有所下降。