热水解预处理改善污泥脱水性能的实验研究

采用脱水污泥为材料,从热水解的原理出发,研究了不同的水热时间、温度、加碱量对污泥脱水性能的影响,并用Zeta电位、SEM、UV-Vis对污泥进行表征。实验结果表明,含水率85%的污泥,在120℃条件下热水解30 min,污泥的离心干基含水率从4.09降到了3.85;当投加碱(m(CaX_2)/m(VS)=0.08)时,污泥的离心干基含水率下降明显,在160℃条件下热水解40 min,污泥离心干基含水率下降幅度达到9.4%和7.9%。     

不同污泥预处理方法对污泥过滤脱水性能的影响

研究了3种污泥预处理方法(表面活性剂处理、碱处理、Fenton处理)对污泥过滤脱水性能的影响。结果表明,对于3种预处理方法,使污泥过滤脱水性能最佳的阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的投加质量比为50 mg/g,NaOH质量比为150 mg/g,Fenton试剂Fe~(2+)与H_2O_2的投加比n(Fe~(2+))∶n(H_2O_2)为1.5。3种预处理方法对污泥均有一定破解作用,其中由于Fenton反应的强氧化性,污泥破解率最大,污泥粒径减小了近50%,释放的溶解性COD(SCOD)最高(786.88 mg/L)。Fenton处理后的污泥紧密结合型胞外聚合物(Tightly Bound-Extracellular Polymeric Substances,TB-EPS)及TB-EPS中蛋白质和多聚糖的量减少得最多。此外,还分析了3种预处理方法脱水效率与速率的差异。     

高含固污泥厌氧消化中甲硫氨酸分解抑制特性

高含固污泥热水解-厌氧消化条件下,沼气中硫化氢体积分数较常规含固率污泥厌氧消化低。沼气中硫化氢主要来源于污泥中含硫氨基酸的降解,而硫化氢体积分数下降与甲硫氨酸分解抑制相关。在测定高含固厌氧消化过程中含硫氨基酸分解中间产物分布的基础上,以甲硫氨酸为基质对高含固厌氧消化污泥进行富集,分析富集后微生物种群结构特性及甲硫氨酸分解过程中挥发性有机硫分布,探讨高含固厌氧消化环境对甲硫氨酸分解过程的抑制特性。结果显示：高含固厌氧消化环境下,甲硫氨酸厌氧分解含硫产物包括甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫和硫化氢。常规含固率及高含固率环境下,甲硫氨酸分解批次试验中硫化氢积累体积分数分别约为2 417×10^-6和1 418×10^-6,表明高含固厌氧消化过程中硫化氢生成量下降可能由甲硫氨酸厌氧分解时中间产物积累导致。高含固污泥采用甲硫氨酸富集培养时,结果显示Pseudomonas相对丰度为26%,分解产物包括氨氮、甲硫醇和二甲二硫等。其中,二甲二硫先于甲硫醇达峰值,体积分数分别约为267.7×10^-6和164.9×10^-6,推测反...     

超声预处理对污泥电脱水特性的改进

探讨超声波预处理对污泥电脱水性能的影响,并找到超声波预处理能够对电脱水产生促进作用的最佳工况。以天津市纪庄子污水处理厂的污泥为研究对象,采用自制的超声预处理电渗透污泥脱水装置进行试验,考察超声波声强和作用时间等因素对污泥电脱水效果的影响。试验开始前对污泥在0.1 MPa压力下进行机械预压0.5min,使污泥挤压密实,以保证电流和超声波在污泥介质中能够均匀平稳地流通。在整个脱水过程中机械压力恒定在0.1 MPa,总作用时间为5.5 min;电脱水过程中电压控制在60 V(泥饼厚度为2 cm),总作用时间为5 min。结果表明,在固定频率20 k Hz、相同电场和压力场作用下,适当的超声波声强和预处理时间能够对电渗透脱水产生积极作用,且超声预处理的最佳作用工况为声强0.510 W/cm2(功率40 W),超声预处理3.5 min。在最佳作用工况下,污泥脱水率达到24.35%,同时减缓了电流的衰减速率,增强了电脱水的效果。     

不同预处理方法对剩余污泥厌氧发酵产氢的影响

为了寻求适宜的预处理方法,提高剩余污泥发酵产氢率,通过间歇式试验考察了热、酸、碱和高温好氧4种预处理方法对剩余污泥发酵产氢的影响.结果表明4种预处理方法均能有效抑制耗氢菌括性,同时促进污泥中微生物胞内物质的释放,使可溶性糖类物质和蛋白质质量浓度增加.其中高温好氧预处理的溶胞效果最好,可溶性糖类物质和可溶性蛋白物质质量浓度均最高,分别为878 mg/L和15 606mg/L,分别为原剩余污泥的10.58倍和58.45倍.4种方法预处理后的污泥发酵均获得了氢气,其中高温好氧预处理污泥产气率最高,为10.68 mL/g TS;其次是热预处理污泥,产气率为6.58 mL/g TS;碱预处理污泥产气率为3.63 mL/g TS;酸性预处理污泥产气率最低,仅为1.41 mL/g TS.     

氧化预处理对污泥蛋白质提取及脱水性的影响

为了提高污泥蛋白质的提取效率并提高其脱水性,分别采用过硫酸氢钾、过氧化钙及被Fe2+活化后的过硫酸氢钾和过氧化钙预处理污泥,以考察其对污泥脱水性及蛋白质提取效率的影响并选出一种最佳的氧化预处理方式.结果表明,过硫酸氢钾和过氧化钙单独调理时,污泥脱水性有明显提高且蛋白质提取量较高.经Fe2+活化后,虽然污泥比阻(FSR)比单独调理时降低50％以上,但因反应生成具有絮凝效果的Fe3+导致蛋白质提取量大幅降低.结合蛋白提取效率,发现采用0.1 g/gTSS(干物质质量)的过氧化钙单独调理效果最好,此时污泥比阻(FSR)与毛细吸水时间(tCST)分别为0.37×1013m/kg、22.4 s,相比原污泥比阻与毛细吸水时间分别降低78.4％和76.6％,同时蛋白质提取量高达104.52 mg/g TSS,与原污泥相比增加了 80.4％.     

热水解预处理对污泥厌氧消化有机物转化的影响及机理

热水解预处理能促进污泥厌氧消化,然而关于热水解后剩余污泥水解液中组分的变化研究较少。以城市剩余污泥为研究对象,探究了热水解预处理后水解液组分的变化。结果表明,热水解预处理能够有效水解污泥中的有机质,并且水解程度与温度密切相关。当热处理的温度分别为150℃和170℃时,挥发性悬浮固体(VSS)水解率分别为38.1%和41.2%,溶解性碳水化合物的水解率分别为37.9%和42.9%。水解液中氮主要以有机氮的形式存在,温度的变化对氨氮影响较小。对热水解预处理后水解液的组分分析有助于增加对水解液后续利用的认识。     

超声预处理剩余污泥水解试验研究

通过改变超声时间、超声密度和水解时间,研究污泥厌氧水解过程中SCOD,NH3-N和TP释放量,最终确定最佳的剩余污泥预处理条件和水解时间。得到的试验结果如下:当剩余污泥超声预处理频率为20~25 k Hz,超声密度为1.6 W/m L,超声时间为15 min,污泥水解1 h时,污泥的释放达到最佳,此时SCOD溶出率高达45.55%,而NH3-N和TP释放量较低,该预处理条件下获得的污泥水解上清液为污水厂提供了有利的补充碳源。     

超声波溶胞预处理对污泥溶出物和分形结构的影响

为了强化好氧系统中污泥隐性生长对污泥减量的作用,研究了超声波溶胞预处理后污泥溶出物和微观分形结构的变化。探讨了污泥上清液溶解性化学需氧量(SCOD)和污泥粒径(d_(0.5))、比表面积(SSA)、分形维数(D2、D3)等随超声时间和声能密度的变化特征。结果表明,SCOD随声能密度和超声时间增加而增加,能较好地反映污泥的溶解状态。在超声时间5 min、超声脉冲比1∶1的固定条件下,声能密度0.6 W/m L为d_(0.5)和SSA变化的转折点,当声能密度小于0.6W/m L时对d_(0.5)和SSA作用明显,而大于0.6 W/m L时对d_(0.5)和SSA作用微弱。在声能密度0.6 W/m L、超声脉冲比1∶1的固定条件下,1~5 min内SCOD溶出明显提高,超声对污泥溶胞效果较好,5 min后污泥溶胞效率很难进一步提高。皮尔逊相关性分析表明,SSA和D3分别与SCOD呈现显著的相关性。SSA和D3反映了污泥结构的密实程度和溶出状况,因此,可以在线监测微观结构参数SSA和D3来间接反映污泥溶胞效果,从形态学角度为污泥后续处理处置提供前期指导。     

曝气及搅拌强化超声预处理污泥试验研究

超声是一种具有很大研究价值的污泥预处理技术,但超声波能耗较大,限制了其大规模应用。曝气和搅拌作为辅助技术可以使超声技术在较低的能耗下达到较高的破解效率。以污泥破解后上清液中SCOD增加值为主要评价指标,探究在曝气及搅拌辅助下超声预处理污泥的最佳条件,进一步考察在最佳条件下曝气及搅拌对超声破解污泥效率的提高和能耗的降低作用。结果表明,曝气最有效的超声声能密度为0.9 W/mL,最佳曝气量为20 mL/min,最有效的曝气时间为10 min,在超声10 min的后5 min曝气、前5 min不曝气比在整个超声过程中曝气破解溶出的SCOD更高。在最有效的条件下对污泥进行超声加曝气处理后的SCOD为388.45 mg/L,而相同条件下仅超声溶出的SCOD为196.5 mg/L,溶出的SCOD增加了97.7%,污泥经超声加曝气处理后SCOD溶出率为3.85%,比达到近似SCOD的仅超声处理方式的能量消耗降低了25%。搅拌作为另一个辅助技术,转速为600 r/min时对提高超声破解污泥的SCOD最有效,超声加搅拌比相同条件下仅超声破解污泥溶出的SCOD增加了83.8%,超声加搅拌破解污泥的SCOD溶出率为1.98%。在超声加曝气和搅拌的条件下,污泥SCOD溶出率为4.38%,污泥破解产生的SCOD比相同条件下仅超声破解的污泥SCOD增加了120.8%,比达到近似SCOD的仅超声处理方式的能量消耗降低了12.5%。     

不同青贮条件下秸秆组分的变化特性及水解效果

为了提高玉米秸秆厌氧发酵产沼气的可消化性和利用率,降低贮存过程中秸秆的木质纤维化程度及微生物对其营养物质的消耗,对新鲜秸秆分别添加硝酸、乙酸和氨水进行青贮处理,并通过比较青贮过程中秸秆发酵产物与化学组成的变化对青贮效果进行评价。结果表明:乙酸能够显著抑制秸秆在青贮过程由于发酵而引起的水溶性碳水化合物(WSC)的损失,添加硝酸的WSC保存效果次于乙酸,但优于自然风干秸秆,氨水组低于对照组,损失最严重;青贮后秸秆的木质素质量比较自然风干秸秆降低了12.3%~25.8%,且易生物降解的可溶性组分质量比均较高;对青贮效果好的乙酸和硝酸组秸秆进行高温水解处理,乙酸组青贮秸秆的最大总糖得率为27.09 g/100 g干物质(DM),高于硝酸组的20.59 g/100 g DM,是自然风干秸秆最大值的2.14倍。研究表明,与干秸秆相比,青贮秸秆更易于资源化利用。     

双频超声波预处理破解污泥的研究

通过正交试验选取双频超声波预处理破解污泥的最优条件。对于指标VSS/SS,最优的超声波预处理参数组合:双频组合18 kHz、20 kHz,声能密度0.075 W/mL,超声间隔时间5 s,影响显著顺序为双频组合>声能密度>超声间隔时间;对于指标NH3-N,最优的超声波预处理参数组合是:双频组合18 kHz、20 kHz,声能密度0.1 W/mL,超声间隔时间5 s,影响显著顺序为双频组合>声能密度>超声间隔时间。通过对比试验的方式进一步验证了双频超声波预处理破解污泥的效果,结果表明双低频组合更有利于提高污泥的沉降性能。     

二级出水中溶解性有机物亲疏水性对超滤膜污染的影响

利用相对分子质量分布、三维荧光光谱仪及红外光谱仪等方法研究了城市污水二级出水中溶解性有机物亲疏水性对超滤膜污染的影响。结果表明:城市污水二级出水中疏水性酸占42.8%,过渡亲水性酸占19.1%,亲水性有机物占38.1%;水中疏水性酸、过渡亲水性酸和亲水性有机物分别使膜通量减小32.8%、29.9%和18.6%,膜阻力增大106.6%、92.2%和58.6%;过渡亲水性酸为蛋白质类,相对分子质量主要在4000~30000 Da;亲水性有机物为脂肪类,主要集中在6 000 Da以下;疏水性酸物质为腐殖酸类,主要集中在4 000 Da以下,其中疏水性酸物质更容易引起超滤膜污染。     

净水污泥对水中氨氮的吸附效能研究

采用自来水厂产生的废弃物——净水污泥制备吸附剂,研究了吸附剂制备条件及改性方法对氨氮去除效果的影响。通过EDX、XRD、FTIR、SEM和BET分析可知,净水污泥富含金属元素,表面粗糙,比表面积较大。正交试验结果表明,当焙烧温度为500℃、焙烧时间为3 h、净水污泥吸附剂的粒径为125~150μm时,净水污泥吸附剂对模拟废水中氨氮的去除效果最佳。分别采用酸、碱、盐对净水污泥进行改性,发现经3种物质改性的净水污泥吸附剂对氨氮的去除效果均优于未改性净水污泥,且碱改性净水污泥的去除效果最优,对氨氮的吸附量是未改性净水污泥的2.13倍。分别将吸附试验数据与Langmuir方程和Freundlich方程拟合,得出净水污泥对氨氮的吸附符合Langmuir方程。     

混凝强化造粒条件下好氧颗粒污泥的去污特性

通过在颗粒污泥形成初期投加混凝剂的方式,分析了强化造粒条件下好氧颗粒污泥的特性及对COD和NH+4-N的去除效果。结果表明,强化造粒条件下成熟好氧颗粒污泥的相对密度为1.103,完整系数(IC)为99.14%,含水率为95.05%,与对照组好氧颗粒污泥相比,其相对密度和完整系数分别高1.04%和2.05%,而含水率减小了6.52%。反应器稳定运行时,混凝强化好氧颗粒污泥对COD和NH+4-N的平均去除率分别为94%和71.26%,与对照组好氧颗粒污泥的去污效果相当,但混凝强化好氧颗粒污泥的稳定性更好。典型周期内的相关分析显示,混凝强化好氧颗粒污泥具有良好的同步去除COD和NH+4-N的能力。     

聚合氯化铝投加时期对好氧颗粒污泥形成的影响

研究了在微生物生长的不同时期投加混凝剂聚合氯化铝(Polyaluminium Chloride,PAC)对好氧颗粒污泥形成进程及污泥特性的影响。结果表明:反应器内微生物在1~7 d处于适应期,8~14 d处于对数增长期;在对数期、适应期投加PAC,成熟颗粒形成于第21d、26 d,分别比不加混凝剂的对照组提前了14 d及9 d;对数期投加PAC所形成颗粒的强度、密度、含水率(98.53%、1.059 1 g/cm3、92.76%)明显优于适应期投加PAC的(97.68%、1.038 0 g/cm3、94.36%)及对照组的(97.81%、1.045 5 g/cm3、95.04%)。研究表明,选择在对数期向反应器内投加PAC强化造粒可以显著加快颗粒化进程,并提高污泥颗粒的稳定性和沉降性。     

不同运行策略对反硝化颗粒污泥培养的影响

反应器运行环境对反硝化颗粒污泥培养具有重要影响,在上流厌氧污泥床反应器内研究了不同运行策略培养颗粒污泥的脱氮效率、污泥性能和菌群结构,同时对比分析了快速和慢速提升氮负荷策略培养反硝化颗粒污泥的性能。结果表明：耦合提升策略培养反硝化颗粒污泥的脱氮效率达到93.29%以上,悬浮挥发性固体质量浓度为46.29 g/L,粒径主要分布在2.36～3.35 mm,胞外聚合物为119.03 mg/g VSS,反硝化优势菌Proteobacteria在颗粒污泥菌群中所占比例为61.92%;相较于慢速提升氮负荷策略,快速提升氮负荷策略促使污泥脱氮效率增加了5.48%,挥发性悬浮固体质量浓度增加了20.11 g/L,粒径为2.36～3.35 mm的污泥占比增加了10%左右,胞外聚合物增加了7.27 mg/g VSS,Proteobacteria所占比例增加了5.11%。研究表明,耦合提升策略能够培养出脱氮效率高且性能良好的反硝化颗粒污泥,快速提升氮负荷能够促进颗粒污泥脱氮效率增加、性能更好。     

难降解有机物的生物污泥吸附

综述了各种生物污泥包括活性污泥、厌氧污泥、膜污泥、干污泥、不同方法失活的污泥等对50种难降解有机物的吸附结果.并对生物污泥吸附过程中适用的吸附等温线进行了总结.由于不同来源的生物污泥特性不同,研究者得到的吸附容量和平衡时间的结果相差较大,甚至同类污泥对同种难降解有机物的吸附结果也相差较大.对难降解有机物的生物污泥吸附,目前提出的适用的吸附等温方程式主要有6种,综述的70个研究结果中有81%属于Freundlich模型.23%既符合Langmuir模型又符合Freundlich模型.但大多数的研究仅停留在用模型对实验数据进行拟合以判断吸附类型,并未做深入讨论.同时综述了pH值、吸附质初始质量浓度、二价阳离子、离子强度、微生物有无活性等因素对污泥吸附的影响.各研究者实验的pH范围不同,得出了不同的结论.高的初始浓度会在溶液和生物污泥之间形成大的浓度差,加快吸附的发生和增加生物污泥的吸附鼍;Ca2 等二价阳离子的存在使生物污泥的吸附性能增强,离子强度的影响效果与Ca2 等二价阳离子类似;生物污泥灭活后,污泥表面特性也随之改变,其吸附性能和吸附量也发生变化,但由于生物污泥种类和失活方法不同,各研究者得出了不同的结果.