冻融破解预处理剩余污泥及强化微生物电解池处理效能

针对微生物电解池(MEC)处理剩余污泥时水解速率慢、有机质降解率低的问题,采用冻融破解预处理剩余污泥,探讨了冻融对污泥泥质的影响及对后续MEC处理效能的强化作用.结果 表明:冻融处理可以有效促进污泥絮体解散、细胞破裂及有机物溶出,在-18℃冷冻72 h,26℃融解3h后,污泥SCOD增加了2.58倍.以冻融污泥为底物的...     

类芬顿调理污泥用于微生物电解池产氢与磷回收的研究

为提高微生物电解池(MEC)利用剩余污泥产氢气和磷回收的效率,采用Fe~(3+)、原儿茶酸(PCA)和H_2O_2体系预调理污泥,探究中性PCA/Fe~(3+)/H_2O_2体系的试剂投加量对污泥液相总磷含量和溶解性化学需氧量(SCOD)的影响.在单因素试验的基础上,通过表面响应法(RSM)优化得到Fe~(3+)和H_2O_2投加量分别为12.96 mmol·L~(-1)和0.45 mol·L~(-1),液相总磷含量和SCOD含量实际值分别为(60.14±0.08) mg·L~(-1)和(3357.67±66.37) mg·L~(-1),模拟效果显著.与未处理的剩余污泥MEC反应器出水相比,经过调理后的剩余污泥MEC反应器出水中的总化学需氧量(TCOD)、多糖和蛋白质的去除率分别提高了30.03%、50.16%和97.31%,氢气转化率提升了1.31倍,有效提升了MEC产氢效率.通过鸟粪石结晶回收MEC污泥上清液中的磷,发现在初始pH值为10、Mg~(2+)浓度为0.056 mol·L~(-1)和NH~+_4浓度为0.08 mol·L~(-1)时效果最佳.鸟粪石晶体质量浓度最高可达7.6 g·L~(-1),晶体纯度最大为88.30%,上清液中77.55%的磷以鸟粪石的形式得到回收.在本研究最优化条件下进行中性PCA/Fe~(3+)/H_2O_2体系调理剩余污泥微生物电解池产氢与磷回收全过程中产出经济价值达到2.36元.实验研究最终表明,经过Fe~(3+)/PCA/H_2O_2体系调理污泥可促进污泥中磷的释放和MEC处理污泥的产氢效率,为探究污泥资源化提供了新的研究思路.     

游离亚硝酸预处理对剩余污泥电解及微生物群落结构的影响

为打破传统厌氧发酵周期长,有机质利用率低等瓶颈,增强污泥的资源利用和能源回收,探讨了游离亚硝酸（FNA）预处理对剩余污泥电解效果及微生物群落的影响.对比分析了FNA预处理前后剩余污泥在微生物电解池（MEC）中的电流和氢气产生、溶解性有机物和挥发酸的释放和利用及功能菌群的变化情况.结果表明,FNA预处理能有效地促进剩余污泥在MEC系统中的水解和酸化,其溶解性糖类、蛋白和挥发酸的含量远高于未预处理组,进而促进了水解发酵菌、产电菌及反硝化菌的生长和富集,最终挥发酸利用率均在97%以上,表现为电流（1.9mA）和氢气（0.86mL/g VSS）的增强,分别是空白组的3.8倍和5.1倍.     

酸性预处理污泥厌氧发酵产氢

通过批量试验系统研究了酸性预处理污泥厌氧发酵产氢情况.研究结果表明,通过酸性预处理,不仅对耗氢菌起到抑制作用,还能起到一定的融胞作用,使污泥中溶解性的糖和蛋白质的含量增加,促进厌氧发酵产氢;酸性预处理污泥厌氧发酵主要降解的有机物质为蛋白质,糖类次之.最佳的酸性预处理条件为调整原污泥pH=3.0放置24h;经过pH=3.0酸性预处理后调节初始pH=11.0的条件下厌氧发酵产氢,其最大累积产氢量最高,为14.66 mL.     

污泥预处理对微生物絮凝剂制备及性能的影响

试验研究了不同污泥预处理方法对微生物絮凝剂的制备及其絮凝性能的影响.结果表明,污泥经碱热预处理后释放的有机物质量最大,SCOD/TCOD可达到0.56.以碱热预处理污泥作为基质制备的微生物絮凝剂,其产量为2.3 g·L-1,高于热预处理的1.6 g·L-1,酸热预处理的0.6 g·L-1,以及未接种污泥絮凝剂的18 mg·L-1.采用响应面分析法对碱热预处理污泥制备的微生物絮凝剂与PAM复配改善污泥脱水的过程进行了优化,实验分别拟合了关于污泥比阻(SRF)和干污泥量(DS)的二次模型,决定系数(R2)分别为0.9057和0.9171,表明拟合情况良好.实验中最佳的污泥脱水条件为微生物絮凝剂投加量12.6 g·kg-1,PAM投加量1.0 g·kg-1,Ca Cl2投加量59.7 mg·L-1,p H值6.7,搅拌速度185r·min-1.在此条件下,DS和SRF分别为29.1%和2.2×1012m·kg-1,表明碱热预处理污泥制备的微生物絮凝剂与PAM的联合使用有助于改善污泥脱水性能.     

淀粉污泥酸处理产氢特性及微生物多样性研究

以淀粉厂厌氧活性污泥为对象,探讨了经酸处理后污泥的产氢特性.结果表明,酸处理后的活性污泥反应系统,其产氢量均大于未经处理的活性污泥反应系统,其中最适产氢酸处理pH值为4.0、处理时间为0.5 h.通过细胞裂解直接提取活性污泥细菌基因组DNA,PCR扩增细菌16S rRNA基因V3区和变性梯度凝胶电泳分离,获得酸处理活性...     

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。     

酸性冲击对微生物电解产氢阳极菌群影响及功能基因变化解析

微生物电解产氢工艺是借助能够直接与电极传递电子的功能菌在阳极降解有机质并将产生的电子在阴极与质子结合回收氢气能源的新技术.采用市政废水在固定外加电压相同条件下直接启动15个反应器,以葡萄糖为碳源驯化获得电极功能菌群,稳定运行1个月获得反应器稳定产氢和伴随产甲烷效能.初始稳定时采用pH为7的磷酸盐缓冲液可以获得稳定的产气量,平行反应器表现出不同的氢气和甲烷产量.最高产氢反应器的氢气转化率为32.2%,氢气产率为(3.9±0.6)mol·mol-1(以每mol葡萄糖产生的H2量(mol)计,下同);相同条件下最低产氢效率反应器的甲烷转化率则可达到48.4%.通过48 h阳极生物膜的酸性冲击试验对阳极菌群功能恢复效果进行分析,发现消除冲击10~15 d反应器的电子传递效率得到恢复,但功能菌群多样性增加,氢气与甲烷比例发生变化.最高产氢反应器氢气产率降低1.8 mol·mol-1,而甲烷增量为0.4 mol·mol-1(以每mol葡萄糖产生的CH4量(mol)计,下同).通过关键功能基因分析发现,初始产氢效能高的反应器功能菌群中电子传递功能菌优势较大;阳极功能菌群受到短暂酸性冲击后,基于细胞色素C基因的相关菌群能够较快恢复,其电子传递能力恢复更快;与碳源降解和产甲烷相关基因群落受酸性冲击后变化较为显著,甲烷增量与氢气减少量基本符合反应计量关系.     

外加淀粉酶预处理污泥厌氧发酵产氢研究

通过外加淀粉酶预处理剩余污泥,考察了淀粉酶对污泥的破解效果,研究了接种产氢菌(Enterococcus sp.LG1)和未接种产氢菌两种状况下,污泥厌氧发酵产氢效果,并与相应温度(60℃)热预处理污泥的发酵产氢效果进行对比,同时分析探讨了污泥发酵产氢过程中底物和pH值的变化.结果表明,淀粉酶预处理污泥4h后水解效果最佳...     

利用硅灰石原位改善厌氧消化微生物电解池的产气特性

厌氧消化-微生物电解池(Anaerobic digestion-Microbial electrolysis cell,AD-MEC)具有有机物降解速度快、降解率高的优点,但其所产沼气中依然存在CO_2含量较高的问题.为降低AD-MEC所产沼气中CO_2的含量,本研究将矿物碳酸化耦合入AD-MEC中,研究添加硅灰石对AD-MEC中CO_2的固定效果.实验结果表明,添加硅灰石可使AD-MEC中CO_2产生量减少40.0%,沼气中CO_2含量从10.0%±1.3%减少到4.5%±1.1%;X射线衍射(XRD)及扫描电镜-能谱(SEM-EDS)分析表明了CaCO_3沉淀的生成,证明硅灰石介导矿物碳酸化固定了AD-MEC中的CO_2.此外,添加硅灰石使Ca~(2+)溶出,缓冲了pH,减轻了厌氧消化产酸阶段对产甲烷菌的抑制,促进了有机物的降解,可溶性化学需氧量(SCOD)去除率提高了11.2%,并使CH_4产量提高18.0%,CH_4产率达到305 mL·g~(-1),沼气中CH_4含量达到95.5%±1.2%.硅灰石的添加实现了AD-MEC中CO_2的原位捕获,同时增益了厌氧消化效果,提高了甲烷产量.     

微波预处理污泥上清液为燃料的微生物燃料电池产电特性研究

采用经微波预处理的剩余污泥上清液作为接种体,成功地启动了空气阴极单室无膜微生物燃料电池(MFC),同时考察了不同微波时间和功率下MFC最大输出功率密度以及外接电阻对MFC的影响.结果表明,MFC整个产电周期长达600h,在同一微波功率(900W)下,MFC最大输出功率密度随辐射时间的延长而增大,在300s时达到210.07mW·m-2;当微波时间(300s)相同时,随着微波功率的增大,MFC最大输出功率在720W处出现一个峰值随后下降.长时间和较高功率(900W)的微波处理能够有效地提高MFC的工作效率;在最佳微波处理条件(300s,720W)下,最大输出功率密度最高可达306.2mW·m-2;不同外接电阻(30、500、2000Ω)下,库仑效率依次为83.3%、79.0%、33.6%;通过扫描电镜观察到,当外接电阻较高(2000Ω)时,阳极表面附着的微生物以球菌为主,外接电阻较低(30Ω)时,形态较为复杂,主要是丝状菌、球菌和杆菌,表明外接电阻会对MFC库仑效率和阳极表面微生物的富集产生影响.     

剩余污泥预处理技术概览

全球气候大会以及中国政府在CO2减排方面的承诺使剩余污泥厌氧消化产生能源这一老生常谈的问题再次受到关注.污泥生物细胞裂解/水解是限制厌氧消化效率的重要瓶颈,而污泥预处理技术可有效提高细胞破裂、水解效果,最大限度地发掘出剩余污泥中的有机能源.目前全球研发的污泥预处理技术多种多样,其中既有具备工程应用经验的超声波、聚焦脉冲...     

城市污水污泥超声波预处理的研究

文章通过分析污泥耗氧率(SOUR)和破解率(DDCOD)的变化,研究了浓度为9.5g/L的生活污泥在频率为28kHz的超声波下,不同超声波声能密度和超声时间作用对污泥预处理效果的影响。试验结果表明,在适当的声能密度和超声时间下,超声波预处理可以明显提高污泥破解率,同时提高污泥的生物活性,试验结果为超声波预处理与污泥处理工艺联用以提高污泥减量化效率提供了依据。     

不同预处理方式对剩余污泥中活菌菌群及ARGs的影响

剩余污泥作为抗生素抗性基因（ARGs）的储库,对其进行预处理有助于后续厌氧消化（AD）,同时控制ARGs进入AD后的传播风险.本文采用叠氮碘化丙锭（PMA）处理手段,来研究不同预处理方式对活菌菌群及携带ARGs的影响.研究结果显示,热碱、热水解和微波预处理对污泥ARGs去除效果较优,分别为3.32log、3.13log和2.95log;超声波预处理对活菌ARGs仅去除0.58log.在热水解预处理时间延长过程中,菌群大量死亡出现在1~2h间,4h后去除率达2.42log.变形菌门是污泥中最主要的优势菌门,厚壁菌门、绿弯菌门在微波、热水解预处理后实现较大提升.相关性结果显示,sulI与tetC高度相似,且同时与多个科属的微生物成显著正相关,推测其宿主范围较广,且sulI与tetC在预处理中较好的去除率说明其宿主菌对预处理耐受性差;ermB、tetA与占比较高的菌群没有正相关.多数ARGs携带菌对热水解、热碱和微波不耐受,污泥预处理能够降低ARGs丰度,适当延长低温热水解预处理时间,才能有效削减污泥中的ARGs.     

Pseudomonas sp. GL1利用不同预处理污泥产氢及其底物变化研究

采用厌氧发酵的方法研究Pseudomonas sp.GL1利用灭菌、微波和超声波预处理污泥产氢效果,讨论3种预处理污泥产氢效果的差异,并对污泥发酵过程中底物性质变化(SCOD、可溶性蛋白质、总糖和pH值等)进行了探讨.实验结果显示,产氢菌Pseudomonas sp.GL1发酵各预处理污泥过程中均只有H2和CO2产生,无CH4产生.3种不同预处理污泥同等条件下发酵,灭菌污泥的产氢效果最佳,氢气含量高达81.45%,产氢率为30.07mL·g-1.超声波处理污泥产氢延迟时间最短(3 h);灭菌污泥最长(15 h);微波预处理污泥为12 h.在预处理污泥发酵产氢过程中,各种污泥性质变化情况各不相同,尤其是灭菌污泥,这说明不同的预处理方法影响Pseudomonas sp.GL1发酵过程对污泥中营养物质的利用.     

市政污泥发酵产VFAs的预处理工艺研究进展

市政污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸(VFAs)强化城市污水脱氮除磷是污泥处理、处置的有效方式之一,实现了污水处理行业“以废治废”的目的。水解环节是污泥发酵产酸的限制性步骤,对污泥进行预处理提高污泥水解效率是解决污泥发酵产酸产率和产量低的有效途径之一。目前报道的污泥预处理方法众多,改善发酵过程的机理和效果不尽相同。总结和对比分析了目前常见的促进污泥发酵产VFAs的预处理工艺,阐述了各预处理工艺的原理、特性和应用效果,对比分析了其经济成本,综合分析了当前存在的问题,并对未来发展方向进行了展望,以期为污泥发酵产酸工程方案设计和优选提供文献借鉴。     

利用FISH和DGGE对产甲烷颗粒污泥中微生物种群的研究

利用FISH和DGGE技术对厌氧反应器内处于不同运行阶段的4个产甲烷颗粒污泥进行研究,考察其中真细菌和古细菌的种群结构,并对其中的优势古细菌进行系统发育分析.FISH结果表明,颗粒污泥中真细菌含量明显高于古细菌,真细菌主要分布在颗粒污泥外层,古细菌则主要分布在内层;DGGE结果表明,随着反应器COD负荷的增加以及运行时间的延长,真细菌种群结构相对较稳定,而古细菌种群结构则发生了较明显变化,其中占优势的古细菌种类逐渐减少;将有代表性的7个古细菌条带切胶回收并测序,结果显示,反应器运行后期占优势的菌种主要包括甲烷微粒菌(Methanocorpusculum)、甲烷杆菌(Methanobacterium)和甲烷髦毛菌(Methanosaeta)等.     

剩余污泥为燃料的微生物燃料电池产电特性研究

利用厌氧污泥作为接种体在不加入任何营养元素的条件下,经过20　d成功地启动了单室无膜微生物燃料电池.启动成功后对剩余污泥作为燃料产电特性以及底物的变化进行了研究.结果表明,微生物燃料电池产生的最大电压为495　mV(外电阻为1 000　Ω),最大功率密度达到44 mW·m^-2,稳定期间内阻约为300　Ω.在1个运行周期中,污泥SS和VSS的去除率分别为27.3%和28.7%,pH值的变化范围为6.5～8.0, COD的起始浓度为617 mg·L^-1,浓度随时间的增加而增大并稳定在1 150 mg·L^-1左右,随后逐渐下降,糖的起始浓度为47 mg·L^-1,逐渐增大到60 mg·L^-1之后浓度逐渐下降.微生物燃料电池可以将剩余污泥中的化学能转化为最清洁的电能,为污泥资源化提供了新的思路.     

分离高浓度污泥产酸发酵液的自生动态膜形成机制

采用自生生物动态膜分离高浓度污泥发酵液,研究了动态膜的形成过程及其对污泥发酵液的分离效果.结果表明,自生动态膜的形成过程受污泥浓度的影响较小,污泥浓度仅影响初始膜通量,不影响稳定时的膜通量.膜通量随着滤布孔径和搅拌速度的增大而增大.动态膜的形成过程符合死端过滤模型,分别由以下4个过程构成:先通过与膜基材孔径相似的污泥颗粒堵塞膜基材孔,其后在膜基材上形成单层污泥,进而在膜基材上形成多层污泥,最后,大颗粒污泥继续沉积到污泥层上.动态膜形成后,对污泥颗粒和溶解性COD(SCOD)的截留率分别为98%和28%,对挥发性脂肪酸(volatile fatty acids,VFAs)的渗透率在82%以上,胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)中的蛋白质是动态膜的主要成分.     

不同方式预处理污泥对微生物燃料电池的影响

为了探究不同预处理方式污泥对MFC（microbial fuel cell,微生物燃料电池）的影响,采用双室MFC反应器构型,以不同预处理方式的污泥作为MFC的底物基质,包括热处理污泥、废碱渣预处理污泥、未处理污泥,并设置静态试验组污泥（开路试验）,考察MFC的产电性能（电压、电功率密度）、pH、COD_Cr、总悬浮物（TSS）、挥发性悬浮物（VSS）、EPS（胞外聚合物）以及三维荧光等参数的变化规律.结果表明:①在所设外电阻条件下（1 000 Ω）,MFC的最大启动电压可达0.3 V;②废碱渣预处理污泥的最大功率密度可达70.1 mW/m2,热处理污泥的最大功率密度可达60.1 mW/m2,预处理后污泥的性能优于未处理污泥;③热处理污泥、废碱渣预处理污泥、未处理污泥以及静态试验组污泥的pH总体呈下降的趋势,废碱渣预处理污泥及热处理污泥总悬浮物和挥发性悬浮物的去除率均高于未处理污泥,且COD_Cr有类似的变化规律.在此基础上,进一步分析污泥EPS的组成成分以及三维荧光光谱图的特性发现,污泥EPS中蛋白质质量浓度最高,并且腐殖酸能够在一定程度上辅助胞外电子基团的转移,三维荧光光谱图也证实了不同预处理方式污泥随厌氧消化过程的变化规律.研究显示,将废碱渣预处理的污泥作为MFC的底物,不仅降低了资源能耗而且提高了MFC的产电性能,实现了综合绿色发展.