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。     

热水解预处理对制药菌渣厌氧消化产甲烷性能的影响

针对我国发酵类制药行业生产过程中产生的菌渣难处理问题,以制药菌渣为研究对象,将制药厂综合污泥为对照,采用热水解(thermal hydrolysis)预处理技术,研究高含固率制药菌渣在170 ℃,800 000 Pa和30 min水解条件下的处理效果,并进行生物化学产甲烷潜能实验,考察热水解预处理对制药菌渣厌氧消化效率的提高程度。结果表明,VB12菌渣、青霉素菌渣、综合污泥在预处理后,SCOD分别增加了80.00%、-28.57%、275%,TN分别增加了76.98%、-76.53%、93.68%,TP分别增加了101.10%、-81.97%、167.86%。VB12菌渣、青霉素菌渣、综合污泥在厌氧消化后,VS去除率为82.52%、63.76%、61.07%。累计产甲烷量分别提高了258.23%、740.63%、190.75%,可见热水解预处理提高产甲烷性能效果显著。与现有填埋、焚烧处理技术相比,厌氧消化能实现菌渣的资源化处置。为热水解与厌氧消化组合工艺处理制药菌渣在我国制药行业的工程应用提供参考。     

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。     

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。     

纤维素酶添加时间对碱性双氧水预处理玉米秸秆高温厌氧消化的影响

研究了纤维素酶添加时间对玉米秸秆高温厌氧消化的影响。玉米秸秆首先进行碱性双氧水预处理,结果表明,预处理最佳条件为NaOH投加量4 g/L,H2O2投加量17 g/L,固液比1:40,预处理时间4 h。预处理后的玉米秸秆在50℃下进行序批式高温厌氧消化,分别在发酵前期(第1天)、发酵中期(第10天)和发酵后期(第20天)向系统中添加15 mL(20 FPU/g)纤维素酶液。结果表明,添加纤维素酶能有效促进厌氧发酵过程中的生物质水解,对随后产酸产甲烷过程的直接影响较小。和对照组相比,发酵前期、中期和后期添加纤维素酶时系统的累积产气量分别提高18.66%、10.39%和1.93%,VS转化率分别提高13.51%、8.00%和2.90%。前期、中期和后期添加纤维素酶均能提高厌氧消化产气,但厌氧消化前期添加纤维素酶效果更为明显。     

热水解超声组合预处理对污泥厌氧消化产气潜力的影响研究

针对城市污泥厌氧消化由于融胞困难所导致的消解速率低、产气量低等问题,采用热水解与超声组合的方法对污泥进行预处理,考察经预处理后污泥融胞效率的变化及对厌氧消化产气潜力的影响.结果显示,热水解与超声波组合工艺对污泥的破胞作用明显,在30 min热水解与0.53 W/mL超声声能密度组合工艺反应60 min条件下,相对于处理前污泥,预处理后污泥溶解性COD(SCOD)溶出率可提高41.6％,蛋白质增加值达282.7 mg/L,污泥厌氧消化的产气潜力显著增加;30 min热水解分别与0.53、0.33 W/mL超声声能密度组合工艺对污泥破胞效率的差异不大;随着超声时间的延长,在组合预处理工艺前20 min内SCOD的溶出速率较慢,20260 min时溶出速率逐渐提高.试验结果可为城市污泥厌氧消化预处理工艺的选择提供一定的理论依据.     

NaOH预处理对玉米秸秆固态厌氧消化的影响

实验主要研究了NaOH预处理对玉米秸秆厌氧消化产气量和产气效率的影响。采用质量分数分别为1.0%、2.5%、5.0%和7.5%NaOH溶液对玉米秸秆进行24 h浸泡和未浸泡等预处理,测定其厌氧消化过程中各指标的变化。结果表明,经质量分数为5.0%NaOH浸泡24 h后,玉米秸秆木质素降解率最大,为38.67%;厌氧发酵累积产气量为226.75L/kg VS,与未经碱处理实验组相比提高了38.5%。该结果提示,5.0%NaOH溶液浸泡24 h后可使玉米秸秆厌氧消化的产气量和产气效率显著提高。     

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。     

厌氧系统中碱处理对污泥减量的影响

碱解预处理污泥和原污泥按一定比例进行混合后,投入厌氧反应器中进行消化,研究其对污泥减量化的影响。结果表明,该处理既可以提高污泥减量率,又能改善污泥厌氧消化性能,提高污泥产气量。当碱处理污泥和原污泥混合比为1∶3时,在混合初期由于稀释作用和水解中和作用,溶液的pH能迅速恢复到中性。SS减少48%,较对照组提高了10%;SCOD减少约80%,较对照组提高20%,而空白对照组因未发生溶胞作用,各参数值均处于较低水平,降解率也维持在较低水平。     

污泥厌氧消化的热预处理研究进展

热预处理能够提高后续厌氧消化效率,改善污泥脱水性能。对国内外污泥热预处理的研究进行了归纳,包括热与碱、超声波和氧化法的联合预处理,重点介绍了热预处理对污泥溶解作用、厌氧消化、脱水性和流变性的影响,分析了热处理与厌氧消化整体的能量平衡。最后提出了热预处理研究中存在的问题,并展望了今后的发展趋势。     

工业化规模超声波预处理对不同固体浓度污泥厌氧消化性能的影响

针对活性污泥厌氧消化水解速率慢的问题,通过工业化规模超声波反应器对不同固体浓度污泥开展了破解研究。采用粒径分析及溶解性COD、蛋白质和多糖浓度监测的方法研究了超声波破解前后污泥物理化学特性的变化;评估了超声波破解对污泥厌氧消化产甲烷潜力及有机物降解规律的影响。结果表明：工业化规模超声波破解不同固体浓度污泥后,污泥粒径均有所降低,而溶解性COD、蛋白质和多糖的浓度均有增加;超声波对污泥的破解程度与破解时间和固体浓度有关,其随破解时间增加而增加,随污泥固体浓度增加而减弱;超声波破解固体浓度2%和4%的污泥30 min后,累积甲烷产率分别提升41.2%和30.2%,当破解时间和固体浓度进一步增加时,污泥甲烷产率无明显变化。本研究结果可为超声波破解污泥技术的工业化应用提供参考。     

超声波预处理污泥研究进展

就近年来超声波技术在污泥预处理方面的研究成果进行了综述,介绍了超声波处理的机理、效果以及已取得的研究成果,并讨论了该技术存在的问题和今后的发展趋势,提出超声波预处理技术不但能解决城市污泥的处理问题,而且经济高效,具有重大社会、环境和经济效益.     

稻草经超声波辅助预处理后酶解过程的动力学研究

在功率为120 W、处理时间为30 min的条件下,分别对稻草进行超声波辅助酸碱预处理,与传统化学预处理(碱-预处理、酸-预处理)后稻草的主要化学组成相比较,结果表明超声波技术辅助酸碱预处理可以更为有效地去除半纤维素和木质素,从而提高了稻草基质中纤维素的相对含量,有利于缩短稻草水解时间。在一系列实验研究的基础上,建立了稻草酶水解动力学模型。结果表明,分别经碱、超声波-碱、酸、超声波-酸预处理的稻草在糖化过程中的模型参数(米氏常数KM,速率常数k和抑制常数KI)均不相同,KM分别为17.55、14.14、15.29和15.08 g/L;k分别为15.30、21.32、13.40和15.42 h-1;抑制常数KI变化不明显分别为2.31、2.08、1.81和1.85 g/L。模型及实验方法简便可靠,有较好的拟合性,对稻草酶水解过程工程放大及过程控制都具有一定的参考价值。     

铁-碳微电解法预处理老龄垃圾填埋场渗滤液的研究

由于老龄垃圾填埋场渗滤液属于难降解废水,直接生物处理效果不佳。用微电解法预处理老龄垃圾填埋场渗滤液后,结果表明,其COD、NH3-N和色度的去除率最高分别达到74％、79％和97.5％,可生化性也有很大提高,BODs/CODCr从0.04提高到0.29,为后续的生化处理创造了良好的条件。     

味精废水培养苏云金芽孢杆菌中的预处理研究

首先对高浓度味精废水主要成分进行了测定和在自来水中添加不同浓度的无机盐模拟味精废水,并与高浓度味精废水培养苏云金芽孢杆菌进行对比实验,确定了味精废水中影响苏云金芽孢杆菌生长的主要因素是废水中存在高浓度的氨氮和硫酸根,其中氨氮的影响大于硫酸根。在此结论基础上,研究了味精废水预处理材料、温度、时间等对苏云金芽孢杆菌培养的影响,并最终确定了最佳预处理工艺条件。     

两级预处理/MBR工艺处理制药废水

湖北西北部某工业园已建成污水处理厂（反应沉淀/水解酸化/MBR工艺）以处理合成制药废水为主,由于其预处理段处理效果难以满足后续MBR工艺要求,导致出水水质不能达到国家相关标准,急需升级改造。针对该合成制药废水污染物成分复杂、污染当量大、冲击负荷高、可生物降解性差以及水量水质变化大等特点,采用铁碳微电解/水解酸化两级预处理工艺对该制药废水进行强化预处理,并建立两级预处理/MBR工艺进行小试实验,实验结果表明,铁碳投加量为400 g·L-1,铁碳质量比为4：5,HRT=3 h,pH=4,曝气量为3 L·min-1时,一级预处理效果较好,铁碳微电解对COD去除率达47.50%,废水可生化性由0.23提升到0.38;二级预处理水解酸化将废水可生化性由0.38提升至0.46,促使MBR工艺运行效果大幅提升,最终出水达到《化学合成类制药工业水污染排放标准》（GB 21904-2008）。     

酵母菌处理皂素生产废水的研究

通过小型批量试验 ,对酵母菌处理皂素生产废水的技术条件进行了研究。结果表明 :在pH为 5 .0 ,温度 30℃ ,处理时间 4 8h ,接种量 10 %的条件下 ,废水CODCr去除率可达 70 %。该技术操作简单 ,可作为预处理应用于实际工程中 ,并可回收一定的酵母蛋白 ,具有一定的经济效益     

水生植物酸碱预处理对厌氧发酵联产氢气-甲烷的影响

采用酸碱预处理乌梁素海典型沉水植物龙须眼子菜和挺水植物芦苇,通过厌氧发酵动力学分析、还原糖变化及微观结构解析,研究酸碱预处理对水生植物厌氧发酵联产氢气-甲烷的影响。实验结果表明,酸碱预处理后水生植物厌氧发酵联产氢气-甲烷两阶段累积产气量、氢气及甲烷含量均显著提高,酸处理效果优于碱处理。采用0．5mol／LHCl预处理龙须眼子菜效果最佳,最大氢气、甲烷含量分别达42．65％和52．82％,产氢气速率为4．118mL／h,产甲烷速率最高达14．199mL／h。芦苇经1mol／LHCl预处理效果最佳,最高氢气、甲烷含量分别为32．22％和65．26％。扫描电镜微观结构分析表明,酸碱预处理可显著破坏芦苇、龙须眼子菜的纤维素结构,有效增加植物与微生物接触面积,有利于厌氧发酵联产氢气-甲烷工艺的快速启动和稳定运行。     

环境分析试样预处理的新方法——微波萃取法

本文对微波萃取法这一新的试样预处理方法进行了简要综述，阐述了微波萃取法的特点、微波试样制备系统及微波萃取法的研究进展，展望了该方法的发展前景。