应用高固体浓度厌氧消化工艺转化污泥产沼气研究

应用高固体浓度厌氧消化工艺在中温(35±1)℃条件下,考察了进料总固体(TS)含量为17%的污泥在5 L反应器中批式厌氧消化产沼气的发酵过程,并探讨了高固体浓度厌氧消化工艺转化污泥产沼气的可行性.结果表明,沼气和CH4的累积产量在整个厌氧消化期间(73 d)经历产气高峰、相对稳定和结束3个阶段,累积产气量分别达121....     

秸秆高固体厌氧消化预处理实验研究

农作物秸秆含有大量难降解的木质素,难于直接被厌氧微生物利用,降低了高固体厌氧消化技术处理农作物秸秆的效率.本研究采用4种不同化学药剂浸泡的方法对秸秆进行预处理以破坏木质素结构、加快高固体厌氧消化的进程.实验分别利用浸泡液COD浓度、COD溶出总量和14 d加速产气实验结果来表征预处理效果,考察了预处理药剂种类、浓度,预处理时间、温度,秸秆种类及其破碎程度等因素对预处理效果的影响.结果表明,NaOH溶液是预处理效果最好的药剂,提高秸秆的破碎程度和预处理温度,同样能提高预处理效果.利用4 mg/L的NaOH进行秸秆预处理,14 d加速产气实验共产气约1?500 mL(10　g秸秆);预处理24 h后其浸泡液COD浓度达到39?000　mg/L.经过NaOH溶液预处理,秸秆中难降解木质素的含量从28%下降到19%,有利于提高高固体厌氧消化技术处理秸秆的效率.     

常温下内循环厌氧反应器的启动研究

研究了内循环厌氧反应器(IC反应器)在常温下处理葡萄糖配水的启动特性。结果表明:在运行温度为25~35℃的条件下,反应器经70 d启动完成,且IC反应器具有较好的处理效果,反应器内能形成大量的颗粒污泥。启动完成后,进水COD浓度在3 000 mg/L左右时,COD去除率一直保持在95%以上,出水COD浓度维持在200 mg/L左右。当HRT为5.8 h,容积负荷为11.9 kg/(m3.d)时,出水VFA低于200 mg/L,产气量为33 L/d,反应器运行正常。     

不同来源污泥产氢CSTR的启动和运行特性研究

分别利用好氧污泥和厌氧污泥作为厌氧接触制氢系统的接种污泥,以连续搅拌槽式反应器(CSTR)的运行为基础,探讨了不同接种污泥反应器的启动运行特性。反应器在接种量为6 g MLVSS/L、HRT为8 h、系统温度(35±1)℃、初始进水COD浓度为1 000 mg/L,等条件下启动。好氧种泥系统在33 d内达到稳定的乙醇型发酵,乙醇和乙酸之和的质量百分数占液相末端发酵产物总量的80.4%,系统平均产气速率和产氢速率分别达到35 L/d和14 L/d,系统pH值和碱度分别维持在4.7和510 mg/L左右。厌氧种泥系统在27 d内达到乙醇型发酵,乙醇和乙酸之和的质量百分数占液相末端发酵产物总量的84.7%,平均产气速率和产氢速率分别达到9 L/d和2.4 L/d,系统的pH值和碱度分别维持在4.6和630 mg/L左右。     

高含固率对高氮污泥厌氧消化产气的影响

在接种量20%和35℃条件下,采用2.5 L单相厌氧消化反应器对含固率(TS)为7%、10%、13%的三组高氮污泥进行厌氧消化实验,分析污泥在消化过程中各项指标的变化和产气情况。结果表明,15 d时系统顺利启动,污泥没有产生酸抑制现象,三组实验的单位挥发性固体(VS)产气量达到991 ml/g、1 354 ml/g和441 ml/g。TS 10%组运行较其他两组稳定。     

污泥与秸秆共基质中温两相厌氧消化特性

以污泥和秸秆为共基质,以沼气产量、ρ（VFA）（VFA为挥发性脂肪酸）和COD_Cr去除率等为指标,探究污泥与秸秆配比（以COD_Cr计,质量比分别为1:0、1:1、2:1、3:1）对中温两相厌氧消化工艺运行效能的影响,以及最佳配比时SRT（污泥停留时间）对产甲烷相厌氧消化稳态特性的影响.结果表明:与污泥试验组相比,添加秸秆试验组的厌氧消化效能均较好;污泥与秸秆的最佳配比为2:1,该稳定状态下产酸相COD_Cr的去除率最高,为17.5%,ρ（VFA）为752 mg/L;产甲烷相COD_Cr的去除率为33.5%,ρ（VFA）为250 mg/L,产气量为47.7 mL/d,总体运行效能较高.在最佳污泥与秸秆配比（2:1）并设定产甲烷相反应器的SRT为20 d时,稳定状态下产甲烷相各组分的变化情况:COD_Cr去除率为41.20%,ρ（VFA）为238 mg/L,产气量为51.3 mL/d,沼气产率为8.4 mL/（d·g）.研究显示,当控制污泥与秸秆配比为2:1、SRT为20 d时,中温两相厌氧消化工艺运行效果良好.      

污泥与餐厨垃圾共消化系统启动策略

考察并对比分析了接种和不接种厌氧消化污泥时污泥与餐厨垃圾共消化系统的启动情况。结果表明:接种消化污泥的共消化系统从第13天开始稳定运行,对应的沼气平均日产量为32.8 L/d,甲烷含量达56%;而不接种消化污泥的系统未能成功启动,沼气平均日产量仅有0.4 L/d,甲烷含量占35%;运行结束时不接种消化污泥系统中短链脂肪酸(SCFAs)浓度高达6 703.8 mg/L,远高于接种消化污泥系统的34.9 mg/L;接种消化污泥的共消化系统pH为7.07～7.27,而不接种消化污泥系统的pH<6.50。因此,pH偏低是导致不接种消化污泥系统产气量少的主要原因,为了快速且成功启动污泥与餐厨垃圾共消化系统,有必要接种厌氧消化污泥。     

UASB反应器处理CMC废水的启动特性研究

采用上流式厌氧污泥床(UASB)反应器,以高浓度羧甲基纤维素(CMC)废水为处理对象,研究了中温条件下UASB反应器的启动、颗粒污泥特性和废水处理效果.结果表明,采用接种颗粒污泥与消化污泥的混合泥进行培养,并逐步提高进水CMC废水浓度,运行80 d后,可实现UASB反应器的启动;当进水COD值达到4 000 mg/L,容积负荷6.86 kg/(m3.d),COD去除率在80%以上;反应器内污泥实现颗粒化,且颗粒污泥的比产甲烷活性良好.     

餐厨垃圾厌氧消化运行试验研究

采用猪粪厌氧消化的消化污泥为接种物,在中温(37℃)条件下,以连续进料的方式对餐厨垃圾的湿式厌氧消化进行了启动以及运行试验,监测整个实验过程中产气量、pH、VFA、碱度等能够反映厌氧消化的系统指标。结果表明:本实验中系统最佳有机负荷为2.8 kg/(m~3·d)(以VS计),超过此负荷后,依靠系统自身恢复和人工调节,pH很难恢复正常运行状态。正常运行过程中,pH稳定在7.5~8.0,VFA稳定在2 000 mg/L左右,碱度在6 000~9 000 mg/L,氨氮在1 500~2 000 mg/L,底物含水率为96%~98%。系统超负荷运行后,产气量和pH下降,VFA浓度上升,碱度、氨氮、含水率基本保持稳定。     

有机垃圾单级高固体厌氧消化启动实验研究

在中温（35 ℃）条件下,应用连续式单级高固体厌氧消化技术对有机垃圾进行了实验室规模的处理研究.在启动阶段,垃圾进料量随反应器内pH值及产气量的变化作适当调节.结果表明,在反应器进料有机垃圾的含固率（TS）达到24.79%,挥发性固体物质（VS）达到230.62 g/kg的情况下,系统的产气效率以进料VS计达到了705.77 L/kg.反应器启动30 d后,内部料液的pH值稳定在6.9～7.3之间.在稳定运行阶段,以进料VS计,高固体厌氧消化反应器的有机负荷率（OLR）达到6.98 kg/(m³·d),水力停留时间（HRT）为35 d,启动实验取得了较为理想的效果.     

不同类型秸秆对污泥厌氧消化特性及细菌群落结构的影响

为促进污水处理厂污泥及农作物秸秆的资源化利用,探讨不同类型秸秆（玉米、小麦、水稻）对污泥厌氧消化特性、产气效果及细菌群落结构的影响,在中温〔（35±1）℃〕下,研究了污泥与秸秆按不同质量比（1:0、1:0.5、1:1、1:1.5）联合厌氧消化对污泥C/N（碳氮比）和厌氧消化环境中pH、ρ（NH₄+-N）、ρ（VFAs）（VFAs为挥发性脂肪酸）、日均沼气产量及φ（CH₄）、细菌群落的特征变化,以未添加秸秆的污泥厌氧消化为CK（对照）.结果表明:不同类型秸秆的添加对厌氧消化体系的pH、ρ（NH₄+-N）、ρ（VFAs）均产生显著影响,秸秆的加入明显提高了厌氧消化体系的产气量.联合厌氧消化可通过优化厌氧消化底物的C/N,从而增加ρ（VFAs）和φ（CH₄）.其中,污泥与玉米秸秆质量比为1:1.5时对厌氧消化的促进作用最为显著;其沼气日产量为2 303.08 mL,比CK（536.15 mL）提高了3倍以上,而沼气中φ（CH₄）最高为54.49%,比CK（37.07%）提高46.99%.此外,不同类型秸秆的添加也可通过改变细菌群落结构从而促进秸秆降解,增加ρ（VFAs）和提高沼气产量,特别是添加秸秆后,Bacteroidetes会逐渐取代Proteobacteria成为主要的产酸菌种,从而导致ρ（VFAs）增加.研究显示,污泥与秸秆联合厌氧消化可改善污泥营养结构,改变细菌群落结构,提高沼气产量.      

碱处理玉米秸秆与超声预处理污泥混合厌氧消化效果研究

以碱处理玉米秸秆和超声预处理污泥为发酵原料,在恒温35±1℃及底物浓度为15 gVS/L的条件下,采用正常运行的大型沼气池沼液作为接种物,研究不同配比(VS污泥:VS秸秆分别为1:0、2:1、1:1、1:2、1:4)对混合厌氧消化效果的影响.研究表明,VS污泥:VS秸秆的比例为1:2时累积产气量最高,VS产气率达到了472.33 mL·g-1,甲烷产量在发酵稳定后达到了60.52%.进一步研究得出,将超声预处理污泥与碱处理玉米秸秆按一定比例混合发酵可以将产气高峰提前.     

热水解污泥-香蕉秸秆改善厌氧消化性能实验

采用添加高有机质含量的香蕉秸秆协同厌氧以及高温高压热水解预处理的方法,可显著提高低有机质污泥甲烷产率和厌氧消化性能。生化甲烷潜力实验结果表明:经过预处理后的污泥、香蕉秸秆及其混合物厌氧消化最大累积甲烷产量分别为388,372,537 mL/gVS,甲烷提升产量及协同效应显著。在污泥、香蕉秸秆及其混合物各自的最佳预处理条件下,甲烷产量达到80%的时间(T80)分别为12,19,17 d;SCOD溶出值分别为预处理前的14.4,2.8,5.9倍;厌氧消化结束后,SCOD去除率分别为93.7%、89.8%、94.5%;VS去除率分别为48.4%、48.8%、59.2%;热水解预处理使液相中溶解性蛋白质和VFA、溶解性多糖的浓度增加明显,分别为预处理前的14.5,5.1,8.2倍,随后的厌氧消化阶段的去除率分别为94.4%、94.9%和95.2%,稍高于单独厌氧消化的有机质降解率。     

污泥生物处理技术在长江大保护中的应用前景

污泥是污水处理的副产物,是污水处理过程的延续和必然要求.截至2017年,长江经济带11省市污泥产量接近2 000×104 t/a,大量污泥没有得到妥善处置,严重制约着“长江水质根本好转”目标的实现.厌氧消化与好氧发酵是两种主流的污泥生物处理技术,都已有广泛的应用案例,但是也存在运营不畅的现象.为识别长江大保护中污泥生物处理项目的问题并提出解决方案,分析了长江经济带的污泥产率及性质,梳理了污泥生物处理技术的发展及适用性.结果表明:长江经济带各省市污泥产量约占全国污泥产量的40%,污泥产率普遍低于全国平均水平,长江经济带各省市污泥有机质含量低于55%,pH为中性、总养分含量超过5.0%、重金属含量存在超过GB 4284—2018《农用污泥污染物控制标准》标准限值的风险;高级厌氧消化、协同厌氧消化和高含固厌氧消化等技术的发展破解了由于长江经济带污泥有机质含量普遍较低而导致的污泥厌氧消化稳定性低的问题,降低了污泥厌氧消化工程的成本;污泥好氧发酵过程重金属钝化技术的发展在一定程度上破解了由于长江经济带污泥重金属含量过高而导致的污泥发酵产物出路不畅的问题.研究显示,污泥生物处理技术仍具有一定的局限性,但通过合适的规划,污泥生物处理技术可与其他污泥处理处置技术高效耦合,具有广泛应用于长江大保护污泥处理处置项目的潜力.      

剩余污泥热碱处理及其对污泥厌氧消化的强化研究进展

剩余污泥的处理处置已成为污水处理厂面临的一个重大挑战。厌氧消化是一种常用的污泥处理方法。传统的污泥厌氧消化存在许多不足,而污泥热碱处理能使之改善。综述了近年来污泥热碱处理的研究,从热碱处理的机理出发,总结了热碱处理对污泥性质和厌氧消化的影响,分析了影响污泥热碱处理效果的因素,并通过能耗分析讨论了热碱处理强化污泥厌氧消化的可行性,最后指出污泥热碱处理及其强化污泥厌氧消化存在的问题,并提出了建议和展望。     

市政污泥与玉米秸秆混合高温厌氧发酵产甲烷研究

以实验室自主驯化的二沉池污水为接种物,对我国天津、昭通、太原3个城市的市政污泥和玉米秸秆混合物进行了高温(55℃)厌氧发酵,考察了不同发酵体系下发酵液pH、单日产气量、累积产气量、甲烷产率等指标随发酵时间的变化情况。结果表明:污泥单独发酵几乎不存在酸化现象,稳定后的发酵液pH值高于混合发酵试验组;污泥单独发酵系统的最大单日产气量出现在第1,2天,发酵系统加入玉米秸秆后最大单日产气量出现的时间有所延迟;天津污泥单独发酵(20 g-TS)的累积产气量达到2004 mL,高于其他2组;所有发酵系统的VS去除率均达到40%以上;随着发酵过程稳定,甲烷含量维持在70~85 vol.%,天津污泥单独发酵的甲烷产率达到141.01 mL/g-VS;Modified Gompertz拟合表明污泥单独发酵不符合"S"曲线,该系统下发酵停滞期较短,污泥与玉米秸秆质量比为3:1或2:1时甲烷产率、产甲烷速率和发酵停滞期具有一定优势。     

NZVI对低有机质污泥厌氧消化系统及微生物群落的影响

采用投加不同剂量纳米零价铁（NZVI）（0,0.1,0.3,0.5 g/g VS）的低有机质污泥进行半连续中温厌氧消化试验,研究了反应器在不同NZVI投加量下的产甲烷特性及微生物群落变化。研究表明:NZVI的投加前期对产甲烷具有促进作用,随着反应器中NZVI累积逐渐对产甲烷产生抑制,且投加量越高抑制效果产生越早,抑制作用也越强。投加NZVI反应器未造成酸化或氨抑制,厌氧消化系统稳定性较好,系统上清液中磷酸盐去除率最高达到97.78%。NZVI的投加可以促进Firmicutes、Proteobacteria等水解产酸菌和Methanosarcina等多数氢营养型产甲烷菌的生长,而对严格的乙酸型产甲烷菌Methanosaeta生长有一定抑制作用。     

污泥热处理及其强化污泥厌氧消化的研究进展

污水生物处理的广泛应用产生了大量剩余污泥,剩余污泥的处理与处置已成为污水处理厂面临的一个重大挑战.厌氧消化是一种常用的污泥处理方法,传统的污泥厌氧消化处理方式存在许多不足,而污泥热处理却能使之改善.本文综述了近几年来污泥热处理的研究进展,从污泥热处理的机理出发,总结了热处理对污泥的作用过程及其对污泥特性的影响,分析了污泥热处理的影响因素.在阐述热处理对污泥厌氧消化的强化作用及其强化机理的基础上,深入分析了影响热处理强化污泥厌氧消化的主要因素.同时,对污泥热处理及其强化污泥厌氧消化存在的不足及其今后的发展方向作了简要的分析和展望.     

泥处理处置路径碳排放分析

根据联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)提供的核算准则,结合生命周期评价(LCA),对我国常见的污泥处理处置路径包括填埋、焚烧、热解、好氧堆肥、厌氧消化和湿式空气氧化进行了碳排放核算,并对敏感因子污泥有机质含量进行了影响分析.结果表明,对于有机质含量40%~50%的脱水污泥(含水率80%),净碳排放排序为填埋>焚烧>热解>厌氧消化>好氧堆肥>湿式空气氧化;而对于有机质含量60%~70%的脱水污泥,排序为填埋>焚烧>热解>好氧堆肥>湿式空气氧化>厌氧消化.对不同污泥处理处置组合路径进一步分析表明,独立焚烧相对于污泥水泥窑协同处置和燃煤电厂混烧碳排放更低.水解-厌氧消化-土地利用组合路径因提高有机质利用率而降低碳排放.1t脱水污泥处理处置全生命周期碳排放分析的结果表明,当污泥有机质含量低于60%时,上述路径都会产生2.07~494.45kg CO₂eq/t不等的碳排放;当污泥有机质含量达到60%时,热水解-厌氧消化-土地利用组合路径可以实现负碳排放,为-37.91kg CO₂eq/t,厌氧消化及湿式空气氧化路径接近于零碳排放;当有机质含量达到70%时,湿式空气氧化､厌氧消化及组合路径均可以实现负碳排放.     

死菌DNA对厌氧消化污泥中抗生素抗性基因及微生物群落分析的干扰

为评估死菌DNA对厌氧消化污泥抗生素抗性基因(ARGs)和微生物群落分析的潜在干扰,本研究对3种不同类型厌氧消化污泥进行叠氮溴化丙锭(PMA)处理,比较在PMA屏蔽死菌DNA PCR扩增情况下污泥ARGs和微生物群落分析结果与未经PMA处理情况下的差异.结果表明,经PMA处理后,剩余污泥自厌氧消化样品和高含固厌氧消化污泥样品中的ARGs丰度分别下降了41%～86%和74%～98%;污泥水解液厌氧消化15 d后的污泥样品中ARGs下降幅度相对较小,但降幅最高也达到34%.PMA处理对3个来源不同的厌氧消化污泥微生物群落组成分析结果呈现不同程度的影响,对高含固厌氧消化污泥的微生物群落结构分析影响最为显著.在经PMA处理与未经PMA处理两种情况下,厌氧消化污泥ARGs与微生物群落组成相关性分析的结果也截然不同.研究证明了死菌DNA对厌氧消化污泥ARGs和微生物群落分析的潜在干扰,采用PMA预处理能够更准确地反映厌氧消化污泥中的微生物群落及菌体携带ARGs的特征.