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。     

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。     

臭氧预处理对剩余污泥特性及厌氧消化的影响

研究了臭氧预处理对剩余污泥特性及厌氧消化的影响,考察了臭氧投加量对污泥特性的影响,并进行了预处理后污泥厌氧消化产气的实验。结果表明,当臭氧处理时间为15 min时,污泥上清液中SCOD含量达到最高为1 006.08 mg·L-1,较未处理污泥提高了420.85%。污泥上清液中蛋白质和多糖含量在臭氧处理时间为10 min时达到最高。氨氮的含量在15 min时达到最大值。三维荧光结果显示随着臭氧投加量的增加污泥中的富里酸类物质有不同程度的减少,在臭氧处理时间为20 min时富里酸类物质减少量最为明显。显微镜和扫描电镜结果显示随着臭氧投加量的增加污泥中的微生物细胞结构受到了不同程度破坏。厌氧消化结果显示当臭氧处理时间为10 min时,污泥产甲烷率达到最高为318.39 mL·（g·VS）-1,较空白对照组提高了396.00%。     

超声与次氯酸钠耦合预处理剩余污泥的中温厌氧消化效果

以某城市污水处理厂剩余污泥为对象,通过实验研究了超声与次氯酸钠预处理对污泥的溶胞效果,以及对后续厌氧消化的影响。结果表明,超声与次氯酸钠耦合作用最优操作条件为超声声能密度1.0 W/mL,作用时间50 min。在此条件下,次氯酸钠投加量为4.023 mg/g SS时,对污泥厌氧消化改善效果最明显,剩余污泥产气率及甲烷含量较对照组分别提高了69.73%和10%。同时污泥VSS去除率由11.11%提高到21.24%,在一定程度上实现了污泥减量。     

碱解+低温水热预处理改善剩余污泥中温厌氧消化性能工艺

以城市污水厂剩余活性污泥为对象,研究在不同碱解药剂和剂量以及不同水热预处理温度和水热时间下"碱解+低温水热预处理"的破胞效果。通过对预处理泥样进行中温((35±1)℃)厌氧消化生物化学甲烷势(biochemical methane potential,BMP)实验来评价该预处理工艺对中温厌氧消化性能的影响。实验结果表明,SCOD的溶出效果及VSS的减量化程度随着加碱剂量、水热温度的增加而呈现先升高后略有下降的趋势,且在碱解条件为0.05 g NaOH/g TS和水热条件为70℃、9 h时的预处理条件下破胞效果最为显著;在该预处理条件下,SCOD的溶出率可达52.3%,VSS的降解率达到33.3%。BMP实验结果显示,在最佳预处理条件下,与对照组相比,TCOD去除率提高了77.1%,甲烷产气量是对照组的2.7倍,甲烷产气率可达354 mL CH4/g VS。     

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.     

臭氧预处理对高固污泥厌氧消化的影响

高固污泥的厌氧消化速率低下,严重限制了有机物的利用。在序批式反应器中探究了臭氧预处理对高固污泥厌氧消化的影响。实验结果表明臭氧预处理能够显著促进高固污泥的消化,且最佳臭氧的剂量为80 mg·g-1（SS）,相应的最大甲烷产量为238 mL·g-1（VSS）,是空白对照组的1.36倍。进一步研究表明,臭氧的投加能够促进溶解性化学需氧量（SCOD）,溶解性蛋白质和多糖的溶出。最后NH4+-N和PO43--P的溶出量进一步验证了臭氧能够促进高固污泥的溶出。     

微好氧预处理对市政污泥厌氧消化产甲烷的影响

针对目前市政污泥处理资源化与减量化效率低的问题,利用微好氧预处理技术进行预处理,提高其甲烷产量。利用有机物溶出效率、VSS减量、甲烷产量3项指标对预处理效果进行了评价;研究了不同参数条件下微好氧预处理对市政污泥厌氧消化产甲烷的影响;探讨了微好氧预处理对污泥胞外聚合物的影响。结果表明,微好氧预处理可以促进污泥溶解性有机物释放、提高VSS去除率;在最佳反应条件下(曝气强度0.30 m³·(min·m³)⁻¹、预处理时间12 h),相对于未经过预处理的工况,甲烷产量可提高26.77%;微好氧预处理对剩余污泥活性细胞的影响主要发生在胞外聚合物部分,同时也存在对活性微生物的破解作用。市政污泥经过微好氧预处理后,可有效提升后续中温厌氧消化或高温厌氧消化的甲烷产量。     

超声与碱耦合作用破解剩余污泥的效能分析

超声与碱耦合方法破解污泥,可破坏污泥絮体结构,使污泥胞内外物质进入水相.本试验采用超声与碱耦合方法破解剩余污泥,研究污泥破解过程前后SCOD、pH值以及氨氮的变化.经超声与碱耦合预处理后,污泥上清液SCOD有大幅度提高.当加碱调节污泥pH为12,超声破解30 min后,污泥溶液SCOD溶出率从3.96%增加到27.88%.加碱后污泥经超声破解,其pH值有所下降,污泥溶液氨氮值会有所增加,但变化幅度不大.污泥温度随破解时间的延长而明显提高,这有利于后续污泥厌氧消化.     

超声与碱预处理低有机质剩余污泥特性分析

以某城市污水处理厂低有机质剩余污泥（VSS/SS为0.42）为对象,通过实验研究了超声与碱（NaOH和CaO）预处理对其特性的影响,分析了加碱和未加碱时污泥上清液中pH值、ORP（氧化还原电位）、SCOD、TP和NH₃-N等随超声处理时间的变化规律。结果表明,在超声处理30～120 min范围内,超声加碱处理可使污泥上清液中ORP明显下降;超声加碱处理可明显提高污泥上清液中的SCOD释放量,且加NaOH比加CaO更为明显;NaOH加超声处理可促进污泥中TP的释放,但CaO加超声处理则与此相反;无论是否加碱,超声处理对污泥上清液中NH₃-N释放影响较小;超声加碱处理剩余污泥可明显改善污泥絮体,使其更为紧密。     

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。     

超声与碱耦合作用破解剩余污泥的效能分析

超声与碱耦合方法破解污泥,可破坏污泥絮体结构,使污泥胞内外物质进入水相.本试验采用超声与碱耦合方法破解剩余污泥,研究污泥破解过程前后SCOD、pH值以及氨氮的变化.经超声与碱耦合预处理后,污泥上清液SCOD有大幅度提高.当加碱调节污泥pH为12,超声破解30 min后,污泥溶液SCOD溶出率从3.96%增加到27.88%.加碱后污泥经超声破解,其pH值有所下降,污泥溶液氨氮值会有所增加,但变化幅度不大.污泥温度随破解时间的延长而明显提高,这有利于后续污泥厌氧消化.     

硝酸盐对富磷剩余污泥厌氧消化的影响试验

以某采用 A/O 生物除磷工艺水质净化厂排出的富磷剩余污泥为研究对象,利用棕色消化瓶设计了 4 组厌氧消化试验,通过向其中投加NaNO3,考察硝酸盐对污泥消化过程的影响.结果表明,硝酸盐的存在导致 VSS 平均变化速率比空白样快 28.09 mg/(L·d),并且对污泥消化过程中的产甲烷阶段有一定的抑制作用;当硝酸盐存在时,厌氧氨氧化作用的发生导致上清液中的 N-NH4 变化速率减慢,硝酸盐对污泥消化过程中磷的释放有明显的抑制作用,当硝酸盐浓度高于 60 mg/L时,抑制作用明显.     

污泥加热预处理对中温厌氧消化的影响

对污泥加热预处理给中温厌氧混合消化和污泥单独消化带来的影响进行了研究.研究结果表明,污泥加热预处理有利于提高混合消化对 COD 的去除率,尤其是 SCOD 的去除率由 77%增长到 93%,但不利于 TS 和 VS 的去除;而对污泥单独消化,预处理则不利于有机物的去除.采用加热预处理后的污泥进样,混合消化和污泥单独消化的甲烷产气量均有所提高.     

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。     

超声预处理对剩余污泥酶活性的影响

为了研究不同工况下超声波预处理对剩余污泥酶活性变化的影响,对剩余污泥进行不同输入能量、频率的超声预处理,测定了预处理后污泥蛋白酶和脱氢酶的变化规律。结果表明：1）超声预处理在低能量输入条件下对污泥蛋白酶和脱氢酶活性存在促进作用,而随着超声能量的进一步增加,酶活性逐渐降低直至出现抑制现象;2）超声频率对污泥酶活性影响较为显著,其中20 kHz超声频率对蛋白酶和脱氢酶活性的促进效果最高,其次分别为25和33 kHz;3）当输入能量高于8 000 kJ·（kg TS）-1后,25和33 kHz频率超声预处理对污泥蛋白酶和脱氢酶活性存在抑制效应,引起该现象的原因分析可能是高频超声空化现象及伴随的热化学效应引起的生物酶失活导致的。     

微波预处理对秸秆厌氧消化影响的研究

以秸秆为研究对象,比较不同的微波强度预处理作用下对秸秆厌氧消化产气特性的影响,研究日产气量、pH值、甲烷气体浓度及生物降解率4个参数的变化趋势,结果表明:微波预处理对秸秆厌氧消化有明显效果,平均日产气量由未被预处理的6.21 mL/g VS上升到 8.16 mL/g VS,上升了31.33%,达到最大日产气量时间由原来的第12 d,提前至第2～第7 d不等,最大日产气量由原来的23.43 mL/g VS上升到43.49 mL/g VS;在360～900 W范围内,微波强度越大,反应的pH值下降越快,秸秆厌氧消化最大日产气量越提前;经过微波预处理的甲烷浓度平均浓度由原来的50%提高至62%左右,其生物能范围也由未处理前的17.58 MJ/m³提高至23.46 MJ/m³,物降解率由未预处理的44.12%,提高至71.55%。     

不同园林废弃物对污泥和餐厨垃圾厌氧消化的影响

将甘蔗叶、小心叶薯和合欢按不同的物料配比加入到污泥和餐厨垃圾中,考察了3种园林废弃物对污泥和餐厨垃圾厌氧消化处理的影响.实验结果表明,添加小心叶薯、甘蔗叶和合欢可显著提高污泥厌氧消化的沼气总产量以及甲烷总产量.当污泥与甘蔗叶以5:3的湿质量比混合时厌氧消化效果最佳,此时沼气总产量、甲烷总产量分别为污泥对照组的22.4、37.7倍.然而,甘蔗叶对提高餐厨垃圾厌氧消化效果的作用有限,合欢对餐厨垃圾厌氧消化具有明显抑制作用,添加合欢后沼气总产量比餐厨对照组低48％.     

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28.1 Nm3/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%。     

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。