超声联合低温热水解促进剩余污泥破解和厌氧消化的研究

为了探索超声和低温热水解预处理技术对剩余污泥厌氧消化性能的影响,进行了单独超声、单独热水解和二者联合的实验研究.以温度和超声能量为控制参数,研究了不同预处理技术对污泥破解度DD（Disintegration degree of SCOD）和有机质溶出的影响.结果表明：联合预处理技术对DD和有机质浓度的增加效果比超声和热水解单独作用之和分别高4.04%、36.62mg/L. DD和实际输入能量之间存在较高的线性相关性（R²=0.977）,即在本研究条件下,输入能量越高,污泥破解效果越好.超声和热水解联合预处理后污泥厌氧消化产甲烷量较原泥增加了30.2%～55.4%.DD和厌氧消化性能之间存在二次非线性关系（R²=0.821）,且厌氧消化性能最高达到877.76LCH₄/kg VSS去除,该峰值出现在超声能量12000kJ/kg TS和热水解温度80℃联合作用条件下.     

超声能量对剩余活性污泥特性的影响研究

采用从0～26 000 kJ.kg-1中的7个超声能量水平进行活性污泥的破解研究.结果表明,超声波能有效改变污泥特性,破坏污泥絮体结构和细胞壁,使污泥中固体物向液相转变,从而改变污泥的沉降性能和可生化性能.低能量超声波作用污泥时,污泥的沉降速度和上清液浊度能得到明显改善,1 000 kJ.kg-1的超声能量使污泥在45...     

剩余污泥超声提取液培养生物破乳菌Alcaligenes sp. S- XJ-1

将超声法预处理剩余污泥得到的提取液用于培养高效生物破乳菌Alcaligenes sp. S-XJ-1,以探索剩余污泥资源化利用的新途径.使用超声能量(ES)为443~56647kJ/kg TS的超声条件处理剩余污泥,获得的污泥提取液中氨氮、有机氮、总磷的浓度最高分别为171.94,142.20, 76.29mg/L,提取液中包含K、Ca、Mg、Fe等破乳菌生长必须的金属元素.将污泥提取液(ES为885~56647kJ/kg TS)作为培养基用于合成高效破乳菌Alcaligenes sp. S-XJ-1,产量较MMSM培养基可提高0.3%~68.3%,其中ES为56647kJ/kg TS时破乳菌产量最高,为2.03g/L.污泥提取液中的pH缓冲能力对菌体产量有重要影响,提取液的有机氮浓度可能是破乳菌产量提高的关键因素.污泥提取液培养的破乳菌破乳性能稳定保持在80.0%左右,菌体细胞表面疏水性与菌体C/N较MMSM培养基培养菌体无明显差异.说明以剩余污泥超声提取液作为培养基可以培养稳定高效的破乳菌Alcaligenes sp. S-XJ-1.     

剩余污泥超声提取液培养生物破乳菌Alcaligenes sp.S-XJ-1

将超声法预处理剩余污泥得到的提取液用于培养高效生物破乳菌Alcaligenes sp.S-XJ-1,以探索剩余污泥资源化利用的新途径.使用超声能量(ES)为443~56647kJ/kg TS的超声条件处理剩余污泥,获得的污泥提取液中氨氮、有机氮、总磷的浓度最高分别为171.94,142.20,76.29mg/L,提取液中包含K、Ca、Mg、Fe等破乳菌生长必须的金属元素.将污泥提取液(ES为885~56647kJ/kg TS)作为培养基用于合成高效破乳菌Alcaligenes sp.S-XJ-1,产量较MMSM培养基可提高0.3%~68.3%,其中ES为56647kJ/kg TS时破乳菌产量最高,为2.03g/L.污泥提取液中的pH缓冲能力对菌体产量有重要影响,提取液的有机氮浓度可能是破乳菌产量提高的关键因素.污泥提取液培养的破乳菌破乳性能稳定保持在80.0%左右,菌体细胞表面疏水性与菌体C/N较MMSM培养基培养菌体无明显差异.说明以剩余污泥超声提取液作为培养基可以培养稳定高效的破乳菌Alcaligenes sp.S-XJ-1.     

流体剪切破解剩余污泥的实验与模拟研究

污水处理过程中产生大量剩余污泥需妥善处理处置,剩余污泥的破解是众多污泥减量化与资源化处理工艺的有效预处理过程。利用组织捣碎机产生流体剪切力破解剩余污泥,考察在19 000 r/min和24 000 r/min下,破解500 m L剩余污泥0.5~10 min的效果,并应用FLUENT软件对流体剪切力破解剩余污泥的过程进行模拟。结果表明,破解10 min后,24 000 r/min时SCOD增加4.76倍,蛋白质增加2.68倍,肽聚糖由0增至387 mg/L;19 000 r/min时SCOD增加4.68倍,蛋白质增加2.63倍,肽聚糖由0增至304 mg/L。在破解的3 min内各指标增长最快,3 min后破解效率逐渐降低,持续增加破解时长,对破解效率的提高作用不大。通过FLUENT数值模拟得出,高速旋转的叶片带动污泥在容器内形成剧烈的湍流,产生了足够大的流体剪切力,使得污泥中微生物的细胞壁破碎。实验与模拟结果说明流体剪切破解污泥的是一种有效的方法。     

超声联合热碱技术促进剩余污泥破解的参数优化

为了进一步提高超声联合技术破解污泥的效果,在前期双因素的研究基础上,采用3因素3水平的响应曲面法分析了热水解温度(60,70,80°C)、加碱量(0.04,0.07,0.10g/g TS)和超声能量(4000,8000,12000k J/kg TS)对污泥破解度的影响.回归分析结果表明污泥破解度与三因素之间符合三元二次方程:Y=-196.87+6.11X_1+487.53X_2+0.0039X_3-1.742X_1X_2-0.000024X_1X_3+0.0044X_2X_3-0.0398X_1~2-2488.33X_2~2-1.33×10-7X_3~2,其中X_1、X_2、X_3分别为温度、加碱量和超声能量.模型拟合度高达97.548%,表明该模型能较好地模拟超声联合热碱预处理参数和预测污泥破解度.根据模型得出最佳预处理工艺组合为:温度73.06℃,加碱量0.085g/g TS,超声能量9551k J/kg TS.最佳工艺参数下污泥破解度实测值为60.411%.经济性分析表明,超声联合热碱预处理条件下每t污泥处理费较未处理污泥降低了20.42元,在本研究条件下具有较高的经济可行性.     

污泥超声溶胞的温度效应分析

污水处理厂污泥妥善处理处置日益引起人们广泛的关注,而促进污泥破碎溶胞是促进污泥减量化和稳定化的重要途径。文章着重探讨超声波处理污泥过程中能量输入对污泥温度效应的影响。研究结果表明,超声空化导致污泥升温效应显著;污泥经30min的超声处理后絮体破碎分解,其溶胞释放的物质BOD5/SCOD的比值达到0.25以上,具有良好的可生化性;平行实验表明超声处理污泥SCOD的提高主要由于超声产生的非热效应造成;根据能量转化效应分析表明,超声波热效应所消耗掉的功率约为其输出功率的32%,其余68%用于非热效应。     

pH值对旋流球磨破解污泥释放有机质影响的研究

剩余污泥含有大量的有机质，对污泥进行破解将有机质转化为生物处理可利用的碳源，从而实现污泥资源化与减量化。该文探讨了pH值对低速水力旋流球磨剪切破解污泥释放有机质的影响，考察了不同pH值下污泥破解液中SCOD、核酸、蛋白质的释放情况。结果表明，当pH值为9～11时，溶解性化学需氧量（SCOD）、核酸和蛋白质的释放均显著高于中性和酸性条件。碱性条件下经过4 h破解，破解液中SCOD最终释放量趋于平衡，浓度均值增加到3 730～3 830 mg/L，且基本达到释放的极限；继续增加破解时间，SCOD释放量增加不显著。当pH值为9～11时，经过3 h破解，核酸释放量趋于平衡，其浓度在690～720 mg/L。相反地，在中性或酸性条件下，SCOD、核酸和蛋白质释放速率较低，即使破解时间达到5 h,SCOD、核酸和蛋白质的释放也远没有达到平衡，且释放总量显著低于碱性条件。粒径分析结果表明，原污泥平均粒径由破解前的30.256μm降到13.66μm，粒径显著变小；在碱性条件下的破解过程中还发现出现大量峰值粒径为0.13μm的细颗粒，此粒度在中性和酸性条件破解过程中没有出现。扫描电镜表征表明，污泥破解后...     

超声破解促进污泥两相厌氧消化产气性能研究

以超声波对城市污水处理厂剩余污泥进行超声破解。试验结果表明,超声破解能提高污泥的溶解性化学需氧量(SCOD)、总挥发性固体(VS)去除率、生物产气量、产气率和甲烷含量,促进两相厌氧消化产气性能。声能密度和破解时间是影响污泥破解效应的主要因素,超声频率是影响污泥破解效应的次要因素。     

超声波耦合Fenton氧化对污泥破解效果的研究 ——以粒径和溶解性物质为例

提出超声波和Fenton氧化协同作用来破解污泥,比较了单独的Fenton氧化和超声波耦合Fenton氧化对污泥粒径,溶解性物质和污泥上清液中多聚糖与蛋白质的影响.结果表明,污泥经过Fenton氧化和超声波耦合Fenton氧化处理后,污泥比表面积明显增加,体平均粒径和索太尔平均径都明显降低,污泥的絮凝体结构遭到了氧化破解,污泥的脱水性能和稳定性能得到了改善.超声波耦合对于污泥破解促进作用十分明显,表现在污泥的比表面积变得更大,粒径降低幅度更明显.这2种氧化对于污泥中SCOD的增加促进作用都十分明显,Fenton氧化处理后污泥SCOD从120.45mg/L增加到585.47mg/L,增加3.9倍,而超声波耦合Fenton氧化处理后,污泥中SCOD则能从120.45mg/L增加到767.47mg/L,增加5.4倍.单独的Fenton氧化处理,污泥上清液中多聚糖最高浓度为209.74mg/L,相对于原污泥的57.81 mg/L增加了2.6倍,而超声耦合Fenton氧化处理后污泥上清液中多聚糖最高浓度则为433.68mg/L,相对于原污泥增加了6.5倍.2种氧化对上清液中的蛋白质的作用则是先增加后下降.     

低温热水解和超声联合破解污泥优化工艺的参数研究

针对国内低温热水解和超声联合技术应用于低有机质剩余污泥厌氧消化预处理领域的实验研究和工艺参数缺陷问题,探讨了低于100℃的低温热水解和超声波技术联合破解剩余污泥的技术可行性及工艺参数的优化.以热水解温度和超声能量为控制参数,以污泥破解度、溶解性蛋白质和多糖浓度为分析指标,通过Box-Behnken设计实验,并根据响应曲面法(RSM)构建了污泥破解的二次多项式预测模型,进而得到各影响因素作用下的最佳破解工艺参数.结果表明,温度对污泥破解的影响较超声能量明显.低温热水解和超声联合作用下,最佳工艺组合为温度80℃和超声能量12000kJ/kgTS,该工艺下的污泥破解结果为污泥破解度39.01%,溶解性蛋白质1360.59mg/L和多糖334.52mg/L,该结果与预测值吻合度较高,表明响应曲面模型所得参数较为可靠,能够为实际应用和推广提供参考.     

Combined alkaline and ultrasonic pretreatment of sludge before aerobic digestion

Alkaline and ultrasonic sludge disintegration can both be used as pretreatments of waste activated sludge (WAS) for improving the subsequent anaerobic or aerobic digestion. The pretreatment has been carried out using different combination of these two methods in this study. The effect was evaluated based on the quantity of soluble chemical oxygen demand (SCOD) in the pretreated sludge as well as the degradation of organic matter in the following aerobic digestion. For WAS samples with combined pretreatment, the released COD was in high level than those with ultrasonic or alkaline treatment. When combined with the same ultrasonic treatment, NaOH treatment resulted in more solubilization of WAS than Ca(OH)2. For combined NaOH and ultrasonic treatments with different sequences, the released COD were in the order: simultaneous treatment > ultrasonic treatment following NaOH treatment > NaOH treatment following ultrasonic treatment. For simultaneous treatment, low NaOH dosage (100 g/kg dry solid), short duration (30 min) of NaOH treatment, and low ultrasonic specific energy (7 500 kJ/kg dry solid) were beneficial for sludge disintegration. Using combined NaOH and ultrasonic pretreatment with the optimium parameters, the degradation efficiency of organic matter was increased from 38.0% to 50.7%, which is much higher than with ultrasonic (42.5%) or with NaOH pretreatment (43.5%) in the subsequent aerobic digestion at the same retention time.     

冻融破解预处理剩余污泥及强化微生物电解池处理效能

针对微生物电解池(MEC)处理剩余污泥时水解速率慢、有机质降解率低的问题,采用冻融破解预处理剩余污泥,探讨了冻融对污泥泥质的影响及对后续MEC处理效能的强化作用.结果 表明:冻融处理可以有效促进污泥絮体解散、细胞破裂及有机物溶出,在-18℃冷冻72 h,26℃融解3h后,污泥SCOD增加了2.58倍.以冻融污泥为底物的...     

污泥的超声破解及其对微生物活性的影响

同步测定了超声处理过程中污泥破解程度、微生物活性、颗粒大小等参数的变化,并分析了不同参数之间的内在联系及超声参数对污泥微生物活性的影响.结果表明,污泥颗粒的超声处理过程可以分为2个阶段:首先絮体破碎为直径十几μm的小凝集体,胞外有机质溶出,微生物游离出来,活性增强;随后小凝集体被进一步破坏,污泥颗粒直径降至10μm以下,微生物胞内有机质溶出,活性明显下降.由于污泥的不均匀性,2个阶段并非截然分开,短时间内,污泥破解程度低于20%时,以絮体破碎为主,污泥活性提高20%以上;当污泥破解程度在20%~40%之间时,部分微生物开始受到损伤,污泥活性提高不到20%;当污泥破解程度高于40%时,大部分微生物受到损伤,污泥活性迅速下降.低强超声可以在较长处理时间内使大部分污泥颗粒停留在絮体破碎阶段,有效避免微生物的破坏,因此适用于增强污泥微生物活性.     

污泥超声处理及其在好氧消化中的应用

污泥好氧消化工艺可以有效实现污泥的稳定和减量,为了进一步提高好氧消化的效率,促进有机质的降解,在对污泥超声处理性能研究的基础上,考察了不同超声辅助处理手段对污泥好氧消化的影响.结果表明,经1.0 W/mL超声处理10 min后,污泥上清液中溶解性COD增加了5.4倍,污泥总悬浮固体减少了16%;而经0.05 W/mL超声处理10 min后,污泥比耗氧速率可提高29%.用这2种超声预处理好氧消化的进泥时,污泥有机质降解率没有明显改变,但用1.0 W/mL超声处理好氧消化的回流污泥时,污泥有机质降解率提高了15%,而且消化污泥的沉降性能良好,上清液中有机质含量增加很少,因此,后者可以用于改善污泥好氧消化工艺.     

剩余污泥的超声破解与影响因素程度分析

采用超声波技术破解污泥絮体及污泥微生物细胞壁结构 ,可使固体性有机物与胞内物质变为溶解性有机物(SCOD)。SCOD溶出率随超声作用时间、声强及声能密度的增加而增加 ,在一定声能密度下 ,SCOD溶出率随时间延长呈线性增长趋势 ,即污泥破解反应遵从一级反应动力学规律。VSS的变化规律同SCOD溶出率的变化规律相似。利用多元统计学中t分布检验方法分析诸因素对破解效果所产生的影响 ,得出各因素影响程度从大至小顺序为 :超声作用时间 >声能密度 >声强     

OSA剩余污泥超声波处理试验研究

分别采用不同超声功率、超声时间及脉冲比的超声波处理OSA工艺产生的剩余污泥,研究超声作用对细胞内容物的释放、酶活和污泥粒径的影响。研究结果表明,声能密度越大、超声处理时间越长,污泥被破坏程度越大,释放出的有机物浓度也就越高;较低的声能密度在短时间内可以促进微生物脱氢酶活性。从总体上看超声作用会降低微生物的脱氢酶活性和碱性磷酸酶活性;超声处理在较短时间内即可实现对污泥絮状结构的解体,此后污泥颗粒的粒径分布保持相对稳定状态。     

污泥碱解和超声破解预处理的效果研究

为提高污水厂污泥的厌氧消化速率,采用多频率多功率槽式超声发生器,研究了超声波、碱解、以及两者的组合作用对污泥破解预处理效果的影响.结果表明,碱和超声波的组合预处理方式,对污泥溶解性COD的释放效果和VSS减少效果明显优于单独的超声波和单独的碱处理.单独超声预处理,污泥VSS的最大减少率为15.98%;单独碱解(NaOH/TS=0.04)时为22.12%;先碱解(NaOH/TS:0.04,24 h),再超声(60 min)以及碱(NaOH/TS=0.04)和超声(60 min)同时作用的预处理方式,可将污泥VSS减少率分别提高到51.45%和54.45%.破解作用引起污泥的水解分为快速水解和缓慢水解2个阶段,对快速水解阶段进行动力学分析可知,同时采用碱和超声的预处理方式不但可以获得最高的水解速率,而且降低了碱的投加量,缩短了超声破解的时间.