热解温度对污泥碳基材料表面性质及吸附性能的影响

以市政污泥为原料,在300、400、500、600、700和800℃无氧气氛下,热解制备了污泥基生物炭。采用BET、SEM、XPS、FT-IR对不同热解温度下污泥炭进行了表征分析;研究了不同热解温度下污泥炭对污水中有机物的吸附效果和动力学;探究了热解温度对污泥炭微观调控下吸附实际水体中有机物的匹配机质。结果表明,随热解温度的升高,C—H、C—C结合比例降低,C=C、C—O=C比例升高,芳香化程度增加,且比表面积、孔容及表面粗超度均有所增加,1～2 nm微孔比例增多,介孔向微孔发展趋势逐渐明显。800℃热解温度条件下制备的污泥炭对二沉池出水中有机物的吸附效果优于其他温度下制备的污泥炭。吸附温度为298.15 K时,最大吸附容量为282.5 mg·g~(-1),且符合准二级吸附动力学。高温下制备的污泥炭对水体中腐殖酸和富里酸具有较强的吸附效能。这主要是由于表面丰富的含氧官能团、芳香键与腐殖酸和富里酸发生了氢键、化学键缔合作用和π-π共轭作用,同时污泥碳表面发达的孔隙结构和较大的比表面积也提供了更多的活性结合位点,促进了污染物的吸附。     

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=2h)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.     

微波法制备工业污泥含碳吸附剂及其除铬性能

为实现工业集中区污水处理厂的脱水污泥(简称工业污泥)的废物资源化,以工业污泥为原料,通过氯化锌浸渍微波辐射法制备污泥炭吸附剂,探讨了制备过程中不同制备条件对污泥炭吸附剂吸附性能的影响,并用于吸附重金属离子铬。实验结果表明,除了微波功率、辐照时间等主要影响因素外,过滤条件、搅拌时间和盛放介质等因素也会影响污泥炭吸附剂的吸附性能,确定了工业污泥炭吸附剂的最佳制备条件是微波功率490 W,辐照时间10.0 min,氯化锌溶液浓度40%,搅拌时间24 h等,并且再生前后活性炭对含铬废水均有较好的处理效果;活性炭的投加量为1.0 g/L,Cr(Ⅵ)初始浓度和振荡速率分别为50 mg/L和100 r/min时,最佳除铬条件为pH、温度和吸附时间分别为2、室温(25℃)和1.0 h,在此条件下,Cr(Ⅵ)的去除率为98.5%,TCr的去除率为86.1%,从而为工业污泥的资源化提供了一条新途径。     

污泥龄对LSP & PNR污泥减量新工艺运行效能的影响

通过研究分析污泥龄(SRT)对富磷污水除磷的LSP&PNR污泥减量新工艺运行效果的影响,结果发现,延长污泥龄有利于提高系统的厌氧释磷能力,但不影响其总的除磷率,同时磷的回收比例增大,当SRT=50 d时,磷回收率取得最大值70.4%;LSP&PNR系统污泥龄增加,还有利于污泥产率的降低.试验还发现,排富磷污水除磷的长污泥龄LSP&PNR系统的除磷效率与污泥产率之间不存在制约关系,即系统可以同时获得优异的污泥减量与生物除磷效果,当SRT=50 d时,每降解1 kg COD仅产生0.143 kg污泥,而除磷率达最高值92.8%;LSP&PNR系统中SRT、DO与SVI之间存在一定的相关性,在供氧充足(DO=0.8～1.5 mg/L)条件下,SRT增加,SVI越高,但对于SRT为50 d的LSP&PNR系统,稳定运行时没有污泥膨胀之虞.     

接种菌剂和外加能源对污泥生物干化效果的影响

采用自主设计的试验装置,研究了接种菌剂和外加能源对城市污水处理厂脱水污泥生物干化效果的影响。结果表明:(1)试验7d,添加接种菌剂的物料升温累积值为66.0℃.d,比不添加接种菌剂(18.3℃.d)大261%;添加接种菌剂物料的水分去除率(27.33%)比不添加接种菌剂(18.56%)提高了8.77百分点;添加接种菌剂物料的挥发性固体(VS)降解率(20.90%)比不添加接种菌剂(12.31%)高8.59百分点;添加接种菌剂物料的减重率(18.67%)比不添加接种菌剂(10.80%)高7.87百分点。(2)试验8d,添加外加能源的升温累积值(69.5℃.d)比不加外加能源(46.2℃.d)大50.43%;添加外加能源物料的水分去除率(33.50%)比不加外加能源(28.56%)高4.94百分点;添加外加能源的物料VS降解率(22.62%)比不加外加能源(19.67%)高2.95百分点;添加外加能源物料的减重率(19.56%)比不加外加能源(17.87%)高1.69百分点。     

不同条件下厨余与污泥共发酵效率及能耗分析

从甲烷产率、系统稳定性,以及产、耗能的角度系统分析了温度及有机负荷率(OLR)对厨余垃圾和剩余污泥共发酵过程的影响。结果表明,甲烷产率随负荷增加呈现先增加后减小的趋势,且高温系统甲烷产率显著高于中温系统,最大甲烷产率分别为407.92 mL·(g VS)~(-1)及357.86 mL·(g VS)~(-1)。在负荷提升过程中,中、高温系统均出现了以丁酸为主的有机酸积累,但当OLR增至15.93(g VS)·(L·d)~(-1)后,高温系统仍能实现稳定运行。通过能耗分析可知,当负荷高于5.05(g VS)·(L·d)~(-1)后,共发酵系统逐渐由耗能状态转变为产能状态,在高负荷运行条件下,高温发酵系统净产能显著高于中温系统,且具有甲烷产率高、稳定强的优势,所以在厨余垃圾和剩余污泥共发酵过程中更加具有应用前景。     

废旧碱性电池-活性污泥炭的制备及对废水中Cd~(2+)的吸附

以污水厂污泥为主要原料,掺杂不同量的废旧碱性电池电极材料,采用ZnCl_2活化法制备出废旧碱性电池-活性污泥炭,表征分析污泥炭样品的碘吸附值、BET、FT-IR、SEM-EDX、XRD和Zeta电位,并进行污泥炭Cd~(2+)吸附实验。结果表明,电池材料掺杂量为25%时,改性污泥炭吸附性能最优,碘吸附值和比表面积分别达到543.0 mg·g~(-1)和426.5 m~2·g~(-1),中孔孔径集中在3~4 nm左右,Zeta电位为-16.30 m V;对比纯污泥炭,废电池-污泥炭吸附金属离子性能更优,Cd~(2+)吸附量增加了近60%,而ZnCl_2活化剂用量减少了40%;回归分析发现,准二级动力学和Langmuir等温方程式适用于描述废电池-污泥炭对Cd~(2+)的吸附行为。     

剩余污泥热水解厌氧消化中试研究

针对糖纸厂污水活性污泥法处理后剩余污泥进行热水解厌氧消化中试研究,结果表明,热水解预处理工艺能够有效改善污泥性质,SCOD与VFA分别提高5.2和7.6倍,在厌氧消化过程中随着水力停留时间(HRT)缩短,消化罐有机负荷和比沼气产率提高,在2.5 kg VS/(m3·d)、HRT=12 d条件下达到28.1Nm3/t.整个厌氧消化过程中无过度酸化现象发生,沼气甲烷含量稳定,平均达到60％.     

臭氧预处理—厌氧消化工艺促进剩余污泥减量化的研究

主要研究了臭氧氧化对剩余污泥的破解效果及污泥厌氧消化效率的影响.结果表明,随着臭氧投加量的增加,悬浮物(SS)、可挥发性悬浮物(VSS)逐步减少,而剩余污泥上清液中的溶解性COD(SCOD)、总有机碳(TOC)、蛋白质和多糖则明显增加.经臭氧预处理(臭氧投加量为0.050 g(以每克SS计))后,剩余污泥中温(35℃)厌氧消化效率明显提高,经65d稳定运行后,总挥发性固体(TVS)去除率为67.58％,与未经臭氧预处理的剩余污泥相比提高50.61％;甲烷平均产率为0.303 L(以每克TVS计),与未经臭氧预处理的剩余污泥相比提高54.59％.可见,臭氧预处理能有效促进污泥厌氧消化,从而达到污泥减量的目的.     

元素硫颗粒粒径对污泥重金属生物沥滤的影响

以城市污水处理厂剩余污泥作为处理介质,土著嗜酸氧化硫硫杆菌(Acidithiobacillus thiooxidans,A.thiooxi-dans)为主要沥滤微生物,采用序批式生物沥滤装置,就投加150~725μm的不同粒径元素硫对沥滤的酸化效果、硫酸根产率和重金属去除效果的影响进行了研究。结果表明,在元素硫投配量为3 g/L,曝气强度为1.0 L/(min.L)的条件下,元素硫粒径在165~215μm范围减小时能显著改善污泥酸化速度、提高酸化程度和硫酸根产率。底物元素硫的最佳粒径为165μm,此时沥滤体系pH下降速率为0.85个pH单位/d,硫酸根的产率为454.9 mg/(L.d),沥滤6 d后污泥中高浓度重金属Cu、Zn、Cd的去除率达到70.3%、81.2%、87.8%.