过氧化氢-敏化剂强化污泥微波预处理溶胞效果的研究

提高污泥溶胞效率是强化污泥厌氧处理的关键.为加强污泥微波预处理溶胞效果,本研究分别考察了常压、半封闭条件下二氧化钛颗粒、碳质材料作为敏化剂与过氧化氢联合进行微波污泥预处理的效果.结果表明,碳质材料敏化剂对微波、过氧化氢-微波污泥预处理产生了负作用,降低了污泥的溶胞效果,而二氧化钛能有效增加污泥中营养物质的释放.当二氧化钛颗粒投加量为0.12 g·g~(-1)干污泥时,SCOD、PO_4~(3-)-P的浓度比单独微波处理分别增加了11.86%、61%;当二氧化钛颗粒投加量为0.24 g·g~(-1)干污泥时,NH_4~+-N释放比单独微波处理高出27.78%.微波辐射作用下投加二氧化钛颗粒产生了羟基自由基,强化了过氧化氢-微波对污泥细胞的氧化作用.     

不同微波能量输入条件下污泥中碳、氮、磷的释放特性

考察了城市污水处理厂污泥在54kJ和108kJ的微波能量输入条件下碳、氮、磷的释放情况,处理后混合液终温约为56℃、90℃.结果表明,相同污泥浓度条件下,增加微波输入能量后污泥上清液的总碳、有机碳、总氮及总磷浓度明显升高,污泥中总碳、总氮、总磷的释放率提高近1倍,最高分别可达5.26%、22.06%和33.15%,但无机碳、氨氮、正磷酸盐浓度均有不同程度下降.统计分析表明,污泥浓度对总有机碳、总碳、氨氮、总氮、正磷酸盐及总磷的释放具有显著影响,而微波功率仅与污泥中无机碳的释放关联显著.污泥中碳、氮、磷释放的归一化分析结果表明,总磷释放对微波输入能量的利用效率最高,无机碳释放对能量利用率最低.在微波输入能量提高后,污泥浓度相同的样品的无机碳、氨氮及正磷酸盐的归一化指标P(X)平均降低了约67%、73%和56%.     

超声与碱预处理对剩余污泥磷及有机物释放的影响

为了回收污泥所含的磷,采用碱和超声波对3种剩余污泥进行预处理以释放磷,考察了处理前后PO3-4-P(正磷酸盐)、TP(总磷)、SCOD(可溶性COD)、TOC(总有机碳)、TS(总固体)、VS(挥发性固体)的释放规律及溶解性有机物的三维荧光特性变化.结果表明,碱和超声波处理均能有效破解污泥,释放磷和有机物;城市污泥比制药污泥更容易破解;城市污泥无机磷的释放高于有机磷,而工业污泥的有机磷释放高于无机磷;采用生物脱氮除磷工艺的城市污泥释放磷最多,释放有机物最少,有利于磷的进一步回收.碱处理和超声处理都不会从根本上改变污泥上清液中有机物的组分,但碱处理能促进污泥蛋白质类、腐殖酸类和富里酸类有机物的释放.     

剩余污泥微波-淘洗及零价铁强化发酵性能

为解决微波预处理高含固率污泥存在碳源溶出率低和释放的碳源有效性低的问题,本文选用淘洗的方法,同时将零价铁（ZVI）添加到淘洗污泥的混合液和上清液中进行厌氧发酵以强化碳源的有效性.结果表明,淘洗显著提升了微波预处理高含固率（TS=11%~17%）污泥的碳溶出率,水淘和碱淘较未淘洗时碳源溶出率分别提高了13%~68%、146%~308%.ZVI的加入不仅显著提高了挥发性脂肪酸（VFAs）溶出率,还能将大分子碳源定向转化为乙酸、丙酸等低分子碳源.混合液+ZVI、上清液+ZVI发酵的VFAs溶出量分别为317和354mg/g VSS,超过微波污泥VFAs溶出量的30倍.添加ZVI发酵后,丙酸、乙酸、丁酸等小分子碳源的比例有所上升,混合液中的占比分别为34%、26%、18%,上清液中的占比分别为39%、27%、20%,提升了污泥碳源的利用价值.研究表明,微波-淘洗预处理联合ZVI发酵技术能够有效提高剩余污泥中高效碳源的溶出率,这为剩余污泥的碳源化提供了一条新思路.     

微波及其组合工艺强化污泥厌氧消化研究

为提高剩余污泥的厌氧消化效能和脱水性能,考察了微波及其组合污泥预处理工艺的强化污泥厌氧消化效果,同时考察了预处理-厌氧消化过程的污泥理化特征及其脱水性能.结果表明,微波及其组合工艺可以强化污泥厌氧消化产甲烷,其中微波-过氧化氢-碱(0.2)的强化效果最为显著,不仅30 d累计产甲烷量比对照组增加了13.34%,而且产甲烷速率也得到了提升.与单独微波处理相比,过氧化氢、碱的投加显著提高了溶解性COD的释放量,这表明微波、过氧化氢、碱之间的协同作用能有效破碎污泥,进而强化厌氧消化效果;微波-酸预处理后的污泥具有良好的脱水性能,毛细吸水时间(CST)只有9.85 s,污泥脱水性能的改善与其表面电性、粒径分布的变化密切相关;不同预处理条件下的污泥经过厌氧消化后,污泥脱水性能较为接近.     

高含固污泥水热预处理中碳、氮、磷、硫转化规律

以城市污水处理厂脱水污泥为对象,探讨其在165℃下经50 min水热预处理的碳、氮、磷、硫转化规律.结果表明,水热预处理可有效水解污泥中有机组分,VSS水解率达43.35%.碳、氮、磷、硫在水热预处理过程中表现出不同的转化规律,蛋白质和碳水化合物的水解率分别为54.36%和65.12%,溶解态有机物的主要组分为溶解态蛋白质(52.18%);不溶态有机氮的水解率54.23%,氨氮占溶解态凯氏氮的22.13%,水解液中的氮主要以有机氮形式存在;总磷水解率为30.52%,磷酸盐占溶解态总磷的79.84%,说明在水热预处理过程中聚磷酸盐在聚磷菌细胞破碎后极易被水解为磷酸盐;总硫水解率为50.03%,硫化物占溶解态总硫的0.50%,而有机硫很难水解为硫化物.通过水热预处理后物质转化及组分分析,旨在为高含固污泥有效处理提供一定的理论参考.     

热碱处理破解污泥效果研究

利用碱热方法对污泥进行预处理,研究了污泥的破解效果及主要影响因素.研究表明:随着热水解处理温度的升高及时间延长,污泥上清波中的溶解性化学需氧量(SCOD)、氮(N)、磷(P)等浓度不断增加,而碱的使用提高了SCOD,N,P等的溶出率,且NaOH破解效果明显优于Ca(OH)2.污泥经90℃处理5h后,单独热水解、加NaOH和加Ca(OH)2预处理后的SCOD溶出率分别达到了23.1％,54.4％和32.5％;N的释放主要以有机氮为主,P的释放则是以正磷酸盐为主.碱热联合处理时污泥减量化效果突出,对污泥脱水性能影响显著,90℃时污泥中每克挥发性固体(VS)投加0.2 g Ca(OH)2处理5h,污泥离心含水率可达75.7％.     

基于pH调控的城市污泥厌氧发酵产酸小试研究

本研究设计了热碱预处理-半连续流厌氧发酵污泥处理工艺,探究了p H对热碱预处理污泥产酸性能的影响,同时对发酵液作为碳源回用于污水厂强化脱氮除磷进行了质量衡算.在30 L厌氧发酵罐中考察了偏中性(p H=6.5)和碱性(p H=10.0)条件下热碱预处理污泥发酵的挥发性脂肪酸(VFA)产生及分布、蛋白质及碳水化合物的消耗和氮磷释放情况.结果表明,污泥热碱预处理-半连续流厌氧发酵工艺的VFA产量稳定,在p H为6.5和10.0的条件下,发酵罐中平均VFA产率分别为333.29 mg·g-1(以每g VS产生的COD(mg)计,下同)和250.64 mg·g-1,p H为6.5时产酸更稳定,且产量较高,但碱性条件更适合产乙酸.两种p H条件下的SCOD、溶解性蛋白质、溶解性多糖、氮和磷的释放都无较大差异.质量衡算结果表明,以处理量为50000 m3·d-1的城市污水处理厂为例,其产生的污泥经过热碱预处理-半连续流厌氧发酵产酸工艺,产生的VFA能够满足该污水处理厂脱氮除磷提标改造的碳源需求.     

人工湿地反硝化外加固体碳源选择研究

为了筛选合适的固体碳源,以玉米秸秆、污泥作为研究对象进行碳源释放规律及预处理实验研究,并从碳源释放量,释放速率、释放C/N比等方面探讨其做为碳源的可行性。结果表明,碱加热预处理后的玉米秸秆碳元素平均释放量为10.31 mg/(g·d),较酸加碱加热预处理方式高0.91 mg/(g·d),但二者氮元素平均释放量相同,均为0.20 mg/(g·d)。污泥经预处理后,碳、氮元素平均释放量分别为8.98 mg/(g·d)、0.21 mg/(g·d)。考虑到污泥作为反硝化碳源可以实现污泥的资源化、减量化和无害化。所以污泥和碱加热处理的玉米秸秆均可作为人工湿地外加碳源。     

微波辐射预处理对污泥结构及脱水性能的影响

将微波辐射用于污水污泥预处理,考察了辐射130s内污泥沉降、过滤脱水性能的变化,并通过粒度分布及污泥胞外聚合物含量变化探讨了相关机理,分析了微波辐射对污泥结构的破坏过程.结果表明,适宜的微波辐射可明显改善污泥结构及脱水性,900W微波辐射50s,SV减少48%,真空抽滤含水率由原泥直接抽滤的85%降为71%.污泥结构破坏是改善污泥脱水性的重要因素,胞外糖含量介于15.8～16.5mg/gMLSS时,污泥脱水性最佳.核酸能较好地指示微波辐射下污泥细胞壁开始破裂的时间,过量的微波辐射因破坏污泥的细胞壁结构、导致胞内物质大量溢出、污泥黏度增加,脱水性恶化.     

预处理方法对玉米芯作为反硝化固体碳源的影响

分别用1.5%NaOH、1%H2SO4、1.5%H2O2和碱性双氧水(含有1.5%H2O2的NaOH溶液)并联合紫外照射对玉米芯进行预处理,将预处理后玉米芯作为反硝化固体碳源和微生物载体进行静态释碳和静态反硝化实验,考察预处理后玉米芯释碳、反硝化性能及微生物附着情况.结果表明,经过碱和碱性双氧水预处理后的玉米芯碳源可利用性和反硝化效率均有显著的改善,尤其是碱预处理方法,静态反硝化反应至41 d时,仍能保持90%以上的硝酸盐去除率.因此,碱预处理方法可以改善玉米芯释碳性能,有利于微生物的附着和碳源的利用.     

Effect of organic matter on phosphorus recovery from sewage sludge subjected to microwave hybrid pretreatment

Microwave (MW) hybrid processes are able to disrupt the flocculent structure of complex waste activated sludge, and help promote the recovery of phosphorus as struvite. In this study, to optimize struvite yield, (1) the characteristics of matter released in MW-hybrid treatments were compared, including MW, MW-acid, MW-alkali, MW-H₂O₂, and MW-H₂O₂-alkali. The results showed that selective release of carbon, nitrogen, phosphorus, Ca^2 +, and Mg^2 + achieved by sludge pretreatment using MW-hybrid processes. MW-H₂O₂ is the recommended sludge pretreatment process for phosphorus recovery in the form of struvite. The ratio of Mg^2 +:NH₄⁺-N:PO₄^3 −-P was 1.2:2.9:1 in the supernatant. (2) To clarify the effects of organic matter on struvite recovery, the composition and molecular weight distribution of organic matters were analyzed. Low molecular weight COD was found to facilitate the removal rate of NH₄⁺-N and PO₄³-P via crystallization, and the amorphous struvite crystals (< 1 kDa) from the filtered solutions had high purity. Therefore, the present study reveals the necessity of taking into consideration the interference effect of high molecular weight organic matters during struvite crystallization from sewage sludge.     

城市污水处理厂污泥臭氧减量技术研究

通过半连续式实验考察了臭氧投加量和初始pH对剩余污泥臭氧处理的影响.结果表明,随着臭氧投加量的增加,污泥溶解率增加,有机质、氮、磷等物质释放到污泥液相中;最佳臭氧投加量控制在约150 mg·g-1(以SS计),污泥溶解率可达约26%;污泥臭氧减量应在初始pH中性或偏碱性条件下进行,此时污泥溶解率较高,有利于有机质和氮的溶出.臭氧处理后污泥回流至生物处理系统对微生物的生物活性、COD和TN的去除效果无显著影响,但由于系统中无剩余污泥排放,导致TP的去除效果明显下降.臭氧处理后污泥上清液的Ca(OH)2除磷实验发现,较高的钙磷摩尔比对上清液除磷有利;当其值控制在10.0左右时,TP的去除率大于80%.     

Optimization of H2O2 dosage in microwave-H2O2 process for sludge pretreatment with uniform design method

A microwave-H₂O₂ process for sludge pretreatment exhibited high efficiencies of releasing organics, nitrogen, and phosphorus, but large quantities of H₂O₂ residues were detected. A uniform design method was thus employed in this study to further optimize H₂O₂ dosage by investigating effects of pH and H₂O₂ dosage on the amount of H₂O₂ residue and releases of organics, nitrogen, and phosphorus. A regression model was established with pH and H₂O₂ dosage as the independent variables, and H₂O₂ residue and releases of organics, nitrogen, and phosphorus as the dependent variables. In the optimized microwave-H₂O₂ process, the pH value of the sludge was firstly adjusted to 11.0, then the sludge was heated to 80℃ and H₂O₂ was dosed at a H₂O₂:mixed liquor suspended solids (MLSS) ratio of 0.2, and the sludge was finally heated to 100℃ by microwave irradiation. Compared to the microwave-H₂O₂ process without optimization, the H₂O₂ dosage and the utilization rate of H₂O₂ in the optimized microwave-H₂O₂ process were reduced by 80% and greatly improved by 3.87 times, respectively, when the H₂O₂:MLSS dosage ratio was decreased from 1.0 to 0.2, resulting in nearly the same release rate of soluble chemical oxygen demand in the microwave-H₂O₂ process without optimization at H₂O₂:MLSS ratio of 0.5.     

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.     

除磷颗粒诱导的同步短程硝化反硝化除磷颗粒污泥工艺

以低C/N比生活污水为研究对象,接种成熟除磷颗粒污泥,通过联合调控好氧时间及曝气强度成功将其诱导成具有同步短程硝化反硝化除磷功能的颗粒污泥,并分析了此过程中系统脱氮除磷特性变化.结果表明,好氧段曝气强度为5L·(h·L)^-1,在较短曝气时间下(140 min)可实现AOB的富集,但同步硝化反硝化能力难以提高;降低曝气强度为3. 5L·(h·L)^-1,延长曝气时间(200 min),好氧段氮损增加.根据pH及DO曲线进一步优化曝气时长抑制NO₂^-向NO₃^-转化,优化后系统出水TP <0. 5 mg·L^-1和TN <15 mg·L^-1,可实现氮磷的同步去除.在系统功能由单纯的除磷向同步脱氮除磷转化的过程中,释磷量下降,PAOs在内碳源储存过程中的贡献比例有所下降,但仍占主体地位(60%).批次实验表明,颗粒中可利用NO₂^-为电子受体的DPAOs占绝大部分达52....     

HITNP同步除磷脱氮新工艺

HITNP同步除磷脱氮新工艺采用复合式活性污泥生物膜系统,避免了硝化菌和聚磷菌的污泥龄矛盾.利用反硝化除磷的“一碳两用”缓解原水碳源不足的矛盾.通过独特的硝化液回流方式,使全部污泥经历了释磷和聚磷循环,厌氧池污泥浓度是缺氧池污泥浓度的1.5～2倍,对进水中的大分子有机物降解效果好,厌氧池COD的去除率高,强化系统的除磷能力.以低碳氮比的生活污水为处理对象,长期的运行结果表明,该工艺出水中的总磷、氨氮、总氮和COD的去除率分别为91.1% 、88.7%、58.1%和88.6%.出水水质平均值为磷0.27 　mg/L,氨氮1.74 　mg/L,总氮17.30 　mg/L和COD 24.38 　mg/L.HITNP同步除磷脱氮新工艺具有稳定的同步除磷脱氮效果,出水达到国家城市污水厂污染物排放标准GB18918-2002一级B标准要求.