有机废物厌氧发酵液链延长合成中链脂肪酸研究进展

有机废物产量巨大,具备较高的资源化利用潜力。以有机废物厌氧发酵液为底物,通过链延长工艺生产中链脂肪酸,可有效提升产物的经济价值,因而是一种极具潜力的有机废物资源化方法。梳理了有机废物厌氧发酵液链延长的机理以及影响因素,分析了不同有机废物在厌氧发酵链延长中的作用,并提出了今后研究的方向。学术界已获得的研究结果表明,以混合有机废物作为底物进行厌氧发酵,可以实现氮源和碳源的相互补充,其获得的发酵液中挥发性脂肪酸浓度更高,这对后续的链延长产中链脂肪酸具有良好的促进作用。     

连续流反应器中污泥停留时间对剩余污泥碱性厌氧发酵生产短链脂肪酸的影响

在pH=10条件下,研究了连续流反应器中不同污泥停留时间(SRT)对剩余污泥厌氧发酵生产短链脂肪酸(SCFAs)的影响.结果表明,SRT在一定范围内延长有利于SCFAs产量的提高.不同SRT对乙酸和丙酸在SCFAs中所占比例也有一定的影响,但对其他脂肪酸影响甚微.在pH=10和SRT=12 d条件下,SCFAs的产量约为空白试验(不调节pH,SRT为12 d)的3.6倍;丙酸在SCFAs中的质量分数由11.7%上升到16.0%.对碱性条件下SRT影响剩余污泥生产SCFAs的原因进行了探讨.     

回流比对剩余污泥厌氧发酵产酸的影响

挥发性脂肪酸（VFAs）是强化生物除磷过程中易于利用的碳源。在影响剩余污泥厌氧发酵的因素中,回流搅拌是影响因素之一。因此,确定最适SRT为10 d后,通过采用控制回流比的方法,研究了剩余污泥在不同回流比条件下厌氧发酵的情况。结果表明：回流比的增大能够促进污泥水解过程中SCOD和STOC的溶出;回流比为300%时VFAs浓度最高,可以达到284.64 mg·L-1,约为不回流情况下（146.82 mg·L-1）的2倍;回流比为300%时产酸率也要大于不回流搅拌和回流比为500%的情况,最高可达到0.58 g·g-1（以VS计）,在VFAs中以乙酸和丙酸的含量占主导。     

联合NaOH和Ca(OH)2强化剩余污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸

以剩余污泥为研究对象,在序批式厌氧反应器中探究了NaOH和Ca（OH）2联合作用对污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸（VFA）的影响。结果表明,相较于NaOH单独发酵,NaOH和Ca（OH）2的联合作用能够进一步促进VFA的积累,且NaOH和Ca（OH）2的质量比例为50：50时,VFA的最大积累量为286 mg COD·g-1VSS。机理研究表明,NaOH和Ca（OH）2联合作用能够促进污泥溶解过程,并且溶解性COD（SCOD）的最大含量为3 650 mg·L-1,同时NaOH和Ca（OH）2联合作用能够促进胞外聚合物内部有机物向外部的转移。NaOH和Ca（OH）2联合作用能够进一步遏制产甲烷古菌的活性,甲烷的最大积累量为165 mL,远小于NaOH单独影响下甲烷的积累量。研究结果对指导污泥厌氧发酵回收能源物质具有一定的指导意义。     

微生物碳链延长技术转化废弃生物质合成中链脂肪酸

“碳中和”目标下,废弃生物质制备可再生化学品成为落实碳中和、减污降碳等国家重大战略需求的重要技术之一。其中,微生物碳链延长技术生产中链脂肪酸 (MCFAs) 是高值化回收废弃碳源的一个重要方向。MCFAs作为生物基化学品新星,兼具经济、环保与实用性优势,可部分地替代化石原料合成环保型燃料与化学品,降低传统化石资源依赖与碳排放,助力经济社会发展绿色转型。为此,系统梳理了碳链延长技术的反应机理、功能菌群,以及MCFAs生产应用存在的关键瓶颈和研究进展,以期为相关领域研究者开展创新研究、突破技术瓶颈提供参考。     

藻酸盐降解菌群强化剩余污泥厌氧发酵产酸

厌氧发酵是实现剩余污泥(WAS)资源化的重要技术,而其中的水解阶段是剩余污泥(WAS)厌氧资源化的限速步骤。WAS中的酸性多糖(藻酸盐和半乳糖醛酸等)能够与水中阳离子形成凝胶类物质,从而维持污泥结构并阻碍微生物的水解。利用藻酸盐为底物,经过恒化器培养得到了高效的藻酸盐降解菌群(ADC)。该菌群对WAS的典型有机成分(聚半乳糖醛酸、葡聚糖和酪蛋白等)均具有较好的厌氧降解能力,其代谢产物以乙酸等短链脂肪酸为主。而且,ADC菌群对WAS的水解和酸化过程均存在促进作用;在pH为7.0、6.0、5.0的条件下,水解效率分别提升了25.4%、13.2%和12.1%,酸化效率则分别提升了138.5%、184.0%和103.4%。Illumina Miseq高通量测序结果表明,该菌群以拟杆菌属(Bacteroides,37.3%)为主。本研究结果可为剩余污泥厌氧资源化提供参考。     

pH对生物表面活性剂脂肽强化剩余污泥厌氧水解酸化的影响

近年来,污泥厌氧发酵作为一种新型的污泥处理方式受到广泛关注。通过厌氧发酵,一方面污泥得以减量化,另一方面,得到能源物质短链挥发性脂肪酸(SCFA)。然而,厌氧反应中水解步骤是限制污泥厌氧发酵的关键步骤。因此,提出利用脂肽强化污泥厌氧发酵生产SCFA的方法,并探讨了pH对脂肽强化污泥水解酸化的影响。实验结果表明,碱性环境有助于进一步提高脂肽作用下污泥厌氧水解酸化速率,且最佳pH为10,此时最大SCFA积累量为286.4 mg·g-1。研究表明,碱性环境能够进一步强化污泥中有机物(蛋白质和多糖)的溶出,且抑制甲烷的积累。     

不同pH条件下剩余污泥厌氧发酵过程中溶出物的释放

对剩余污泥进行厌氧发酵处理可实现污泥中有机质和磷的释放并最终回收利用,而pH是影响厌氧发酵过程的重要因子。为研究pH对厌氧发酵中磷与有机物释放的影响,采用批次实验研究了pH分别为3、5、7、9、10、11时剩余污泥厌氧发酵过程中磷和有机物的释放与转化规律。结果表明,在不同pH下,剩余污泥厌氧发酵过程中发生着有机物与不同形态磷的迁移与转化,酸性和碱性环境下的厌氧发酵液成分的三维荧光结构不同。剩余污泥厌氧发酵过程中,泥相钙结合态磷(AP)在酸性条件下转化为液相磷,有机磷(OP)和大部分铁/铝结合态磷(NAIP)在碱性条件下转化为液相磷;其中, pH为11时,污泥发酵液中磷含量最高。污泥发酵类型为丁酸型发酵,发酵产物以异丁酸为主,其次是正戊酸和乙酸。pH为10时,发酵液中的蛋白质与多糖的总量、挥发性有机酸(VFAs)浓度最高,两者呈现正相关关系;类蛋白和类腐殖酸降解,利于VFAs的积累。     

利用气相色谱法测定剩余污泥厌氧消化产生的混合VFA

厌氧消化是剩余污泥处理的重要方法,消化过程中会产生大量的挥发性脂肪酸(VFA)。讨论了气相色谱在恒温条件下对剩余污泥厌氧消化过程中产生乙酸、丙酸、异丁酸、正丁酸、异戊酸、正戊酸测定的可行性。结果表明:各种酸出峰时间间隔清晰,易于识别;从数据平行测试的变异系数看,异戊酸的变异系数最大,也仅为3.23%,表明测试方法具有良好的可重复性;回收率实验表明,剩余污泥消化液中各种VFA组分的回收率在96%～105%之间,符合文献规定的测试要求。     

表面活性剂在剩余污泥处理中的作用机制研究进展

污水处理过程产生的大量剩余污泥具有含水率高、有机物含量高以及富集了多种有毒有害物质的特性,必须进行适当预处理方能进行后续处置与利用。表面活性剂因其独特的两亲结构及表/界面活性近年来逐渐被应用于污泥处理过程。综述了常用表面活性剂对污泥脱水以及厌氧发酵过程的影响,重点对表面活性剂的作用机制进行了总结归纳：在污泥脱水过程中,表面活性剂主要发挥增溶作用;在污泥厌氧发酵产酸过程中,表面活性剂的增溶作用以及对微生物活性的改变共同影响产酸效果。最后对表面活性剂应用于污泥处理中的研究前景进行了展望。     

城市生活垃圾和污水处理厂剩余污泥混合发酵的原料配比优化研究

以城市生活垃圾和污水处理厂的剩余污泥为混合原料,研究了混合原料的不同配比对厌氧发酵过程及产气的影响。结果表明:城市生活垃圾与剩余污泥以挥发性固体(VS)质量比为2∶1混合后,厌氧发酵效果最好,累计产气量最高,达到8 721mL,发酵后的总固体(TS)、VS、COD去除率分别达43.65%、35.98%、47.88%;各实验组在发酵过程中的pH、氨氮浓度和碱度均在合理范围内,未对厌氧发酵反应造成影响;以适当配比的城市生活垃圾和剩余污泥为混合原料,进行中温联合厌氧发酵是可行的,联合厌氧发酵可以弥补单一原料的缺陷,在一定程度上改善厌氧发酵效果。     

初始pH值对皂苷强化污泥生产短链挥发性脂肪酸的影响

近年来,应用化学表面活性剂强化污泥厌氧生产短链挥发性脂肪酸得到广泛地关注。相较于化学类的表面活性剂,生物表面活性剂具有能够降解,对环境污染小的优点。报道了一种新型的生物表面活性剂皂苷,并用皂苷强化污泥厌氧发酵。实验结果表明,皂苷的最佳投放量为0.2 g·g-1干污泥,相应的最大产酸量为2 149 mg·L-1此外还探究了初始pH值对皂苷强化污泥产酸的影响,实验表明最佳的初始pH为11。机理研究发现初始pH=11能够加速污泥的水解,抑制甲烷产生进而提高了短链挥发性脂肪酸的含量。     

剩余污泥混合对絮凝污泥厌氧消化的强化

为了考察絮凝污泥与剩余活性污泥混合中温(35℃)厌氧消化效果,分析了不同混合比例、不同投配率下的总化学需氧量(TCOD)去除率、挥发性固体(VS)降解效果,通过pH值与氨氮浓度的变化来分析各反应器的稳定性。结果表明:污泥混合后消化效果明显得到提高,且污泥消化效率随着投配率的增加先提高后下降。5%投配率时,絮凝污泥/剩余污泥(VS比)为1:2时厌氧消化效果最好,TCOD去除率达到47.8%,VS降解率达到46.8%,分解单位VS产气量达到了435 mL/g,pH值与氨氮浓度分别保持在7.4和269 mg/L左右,混合污泥厌氧消化系统较稳定。这说明与剩余污泥的混合消化能有效提高絮凝污泥的厌氧消化性能。污泥絮体的显微分析表明:厌氧消化过程中絮体面积百分比逐步减小,污泥结构逐步解体,可以解释污泥消化的微观过程。     

利用MCMP微生物制剂减少剩余污泥产量的研究

通过在3组日处理规模为5 m³/d的活性污泥法装置中进行连续进出水试验，考察了投加多功能复合微生物制剂（multifunctional compound micro-organisms preparation ，MCMP）对污水处理过程中剩余污泥减量的影响。中试研究结果表明，曝气池中，每次MCMP菌剂加入量为日处理水量的0.02%～0.04%的条件下，运行2个月装置未排放剩余污泥，有效地实现剩余污泥源头减量的预期要求。该技术不增加或改变原有污水处理工艺和运行方式，不增加处理系统总的动力消耗，并且不会对出水水质产生不良影响。     

深圳市污水处理厂剩余污泥干化特性研究

对深圳市污水处理厂旱季和雨季的剩余污泥泥质进行了分析,并采用桨叶式污泥干化机对剩余污泥的干化特性及干化过程中的污染物排放特性进行了研究.结果表明,相对于雨季剩余污泥,旱季剩余污泥的干化速率总体更高,旱季剩余污泥在含水率由80％降至60％的干化阶段,干化速率比雨季剩余污泥约高1倍,而当含水率低于60％后,两者的干化速率基...     

利用微型动物削减剩余污泥量的研究

在污水的好氧生物处理过程中会产生大量的剩余污泥。污泥的浓缩、脱水、处理和处置需要花费大量的人力和物力 ,而且如果处置不当 ,很容易对环境造成二次污染。因此 ,最大限度减少剩余污泥的排放成为人们关注的问题。根据生态学的理论 ,加强微型动物对细菌的捕食作用 ,可使能量在从低营养级向高营养级传递过程中有一定的损失 ,同时污泥量得以减少。应用两段式生物反应器或者直接向曝气池中投加微型动物均可达到此目的。本文详细地介绍了这两种方法 ,讨论了各自的优点和不足 ,并指出了未来的发展方向     

剩余污泥在微氧条件下利用VFAs合成PHAs的工况优化

针对2种脱氮除磷工艺的剩余污泥,在微氧条件下,以花生渣厌氧发酵产生的VFAs为碳源,控制反应时间为5 h,DO≤0.2 mg·L⁻¹,COD为650~750 mg·L⁻¹,对比2种不同工艺的剩余污泥合成聚羟基脂肪酸酯(PHAs)的量,并探究了增设前置曝气对微氧条件下剩余污泥合成PHAs的影响。结果表明,在微氧条件下,连续流中同步亚硝化反硝化脱氮除磷系统二沉池的剩余污泥(R1)和采用A²O工艺的实际水厂的剩余污泥(R2)合成PHAs最高量分别为108.6 mg·g⁻¹和58.58 mg·g⁻¹,R1比R2更具有合成PHAs的能力;在增设前置曝气实验中,曝气时间的延长和曝气量的增大均可促进PHAs的合成;当曝气气量为50 L·h⁻¹时,曝气20 min后,R1合成的PHAs最高为172.5 mg·g⁻¹。氧化还原电位(Eh)是微氧条件下PHAs合成过程中的重要指示参数,当Eh值为最低时,PHAs合成量最多。以上结果可为脱氮除磷工艺剩余污泥利用廉价碳源合成PHAs提供参考。     

基于文献计量学的剩余污泥高值化利用研究趋势分析

剩余污泥高值化利用作为污泥减量化和资源化的有效技术手段,是实现废弃物无害处理、高能回收目标的重要举措。通过文献计量学方法,对Web of Science核心数据库中2002—2021年收录的剩余污泥高值化利用相关文献进行研究现状及热点分析。结果表明,剩余污泥高值化利用领域的论文发表量总体递增,中国的年发表量和被引次数均占据主导地位,美国和澳大利亚次之。全球研究机构中,中国科学院发表量最多(424篇),同济大学的文章总被引次数最高(16 049次)。Bioresource Technology和Water Research期刊发表的相关研究性论文分别达到1 075篇和538篇,Journal of Hazardous Materials期刊的篇均被引次数最多,达到65.18次。剩余污泥厌氧消化回收甲烷是主要研究热点,而针对污泥复杂的理化性质以及能源回收方式与应用前景等方面,采用更加先进创新的手段探索新型高能值产物的研究,将引起越来越多的关注。