离子液体强化剩余污泥厌氧发酵产酸效能研究

针对污水处理厂剩余污泥厌氧发酵过程中有机质水解慢和酸化率低的问题,本文采用离子液体预处理促进污泥增溶破胞,并考察其对污泥厌氧发酵过程中有机质水解速率和短链脂肪酸(short-chain fatty acids, SCFAs)产量的影响.结果表明:投加离子液体[Emim]OTF能显著促进污泥溶胞,提高污泥水解速率及SCFAs产量,抑制污泥发酵产气;当离子液体投加量为0.1g/g VSS时,最大SCFAs产量可达226.4mg COD/(g TS),是未经预处理污泥的3.75倍;通过微生物多样性分析发现,投加离子液体[Emim]OTF富集了水解产酸菌,强化了污泥水解和酸化过程,从而导致SCFAs产量提高.     

硫酸根自由基预处理剩余污泥产酸效能与机理

为了优化最适宜的预处理条件,探究了不同高铁酸钾（PF）亚硫酸钠（Na₂SO₃）投加量对污泥EPS剥离和有机物转化短链脂肪酸（SCFAs）的贡献情况.结果表明,Fe（VI）/S（IV）联合预处理对污泥结构,尤其是紧密附着层EPS有较强的分解作用.当PF/Na₂SO₃的物质的量比从0/1（单独Na₂SO₃组）增加至2/3时,SCFAs的最高产量由1169.5mg COD/L增加到4796.9mg COD/L（第4d）,是单独Na₂SO₃和PF实验组的4.5和1.6倍.同时,当PF/Na₂SO₃物质的量比为2/3时,溶解性糖类和蛋白质释放量达到最大值,分别为260.1和2212.2mg COD/L.因此,适宜剩余污泥发酵产酸的最佳PF/Na₂SO₃物质的量比为2：3.基于本研究结果,结合传统厌氧发酵各个阶段,阐明了Fe（VI）/S（IV）强化污泥产酸的机理,为采用基于SO₄^·-的高级氧化方法强化污泥发酵产酸技术的应用提供了理论基础.     

紫外耦合游离亚硝酸强化剩余污泥厌氧发酵产酸研究

为打破传统厌氧发酵过程中污泥破壁溶胞困难和产酸效能低的瓶颈,探究了紫外光（UV）耦合游离亚硝酸（FNA）预处理对污泥发酵产酸的影响,并与热（H）和超声法（US）耦合FNA预处理进行了对比分析.结果表明,UV辅助FNA联合预处理（FNA-UV）对细胞破碎和胞外聚合物的剥离具有协同效应,·OH和·O₂^-作为反应中间体,其强度远高于其他预处理组（FNA-US和FNA-H）,与·NO,·NO₂及ONOO^-等中间产物共同促进了溶解性有机物的释放,溶解性碳水化合物和蛋白质含量相比FNA组分别提升60%和90%,进而为后续水解产酸过程提供了充足的底物.FNA-UV组短链脂肪酸（SCFAs）浓度于第4d达到峰值,为（201.8±4.8） mg COD/g VSS,相比FNA组提升67%,乙酸占比高达56.8%.通过发酵末期对各体系进行碳平衡分析表明,紫外耦合FNA预处理在污泥减量、溶解性有机物的释放与转化、SCFAs的产生方面具有重要作用.微生物群落分析表明,FNA-UV对功能菌群的富集发挥重要作用,表现为厌氧发酵菌和反硝化菌的有效增强,相比其他各组提升了23.7%~270.6%.     

污泥发酵产酸强化技术研究及应用进展

污水氮磷排放不达标,剩余污泥处理率低是当前污水处理厂亟待解决的两大问题。由剩余污泥厌氧水解发酵产生的挥发性脂肪酸,可以作为易生物利用的碳源提高污水脱氮除磷效率,因此如何获取富含挥发性脂肪酸的污泥发酵液,实现污水与污泥的共同治理受到了广泛关注。该文综述了国内外污泥厌氧发酵产酸的研究进展;介绍了影响污泥发酵产酸过程的各因素(主要包括pH值、温度、停留时间、氧化还原电位、碳氮比等)及作用机理;重点阐述了各种提高水解效率及产酸量的强化技术(超声、热、碱、臭氧及生物强化等)及其优缺点;基于可行性和成本效益,分析了现行强化技术存在的不足;并提出了后续研究的问题和方向。     

微塑料对剩余污泥-废油脂共发酵产酸的影响

基于剩余污泥-废油脂碱性共发酵,考察聚乙烯微塑料对产短链脂肪酸（SCFA）的影响。实验结果表明,微塑料对发酵液中的SCFA浓度影响明显,但对SCFA的组成影响较小。微塑料在低赋存水平下抑制产酸,高水平时反而促进。微塑料10个/(g TS)时产酸量最低,SCFA浓度较对照低245.6 mg COD/L。微塑料200个/(g TS)时产酸量最高,最大SCFA浓度和酸产率较对照分别提升了24.7%和37.13 mg COD/(g VS)。微塑料高含量时多糖和蛋白质的水解酸化减弱,废油脂水解产物LCFA的降解得到加强。进一步的高通量测序结果显示,微塑料改变了发酵体系的微生物群落结构,高含量时反应器中存在较多氢自养反硝化菌(Pseudomonas,Alcaligene)代谢消耗发酵体系中的氢气,改善了LCFA的降解状况,提高了共发酵体系SCFA尤其是乙酸的积累。     

聚乙烯和页岩陶粒对污泥厌氧发酵产酸的影响

研究了两种廉价的常用填料聚乙烯（PE）和页岩陶粒（SC）对污泥厌氧发酵产酸的影响.结果表明,PE和SC的加入促进了污泥颗粒的分解和溶胞,总短链脂肪酸（TSCFAs）的浓度分别是对照组的1.2和1.1倍.PE和SC组挥发性固体（VS）的降解率（29.7%和29.1%）高于对照组（24.9%）,这是造成两组高SCFAs浓度维持较长时间的主要原因.高通量测序结果表明,PE和SC的加入使合成SCFAs的变形菌门（Proteobacteria）的相对丰度增加,而利用SCFAs的厚壁菌门（Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidetes）的相对丰度则减少,说明合适的填料促进SCFAs产生的方式可能与产酸微生物种类的富集有关.     

活化方式对过硫酸盐强化剩余污泥发酵的影响

对比考察了二价铁（Fe²⁺）、零价铁（ZVI）、超声波（US）3种活化方式对过硫酸盐（S₂O₈^2-）预处理剩余污泥的溶胞性能,并研究其对污泥厌氧发酵产酸进程的促进效能.结果表明,相对比未预处理污泥,S₂O₈^2-能够明显促进剩余污泥溶胞和发酵产酸进程;同时,活化后的S₂O₈^2-预处理效果明显优于未活化预处理实验组,其中S₂O₈^2-+Fe²⁺预处理体系的促进作用最为明显.Fe²⁺、ZVI和US活化S₂O₈^2-的3组溶胞率分别为42.6%、36.5%和32.9%,相比未活化实验组（22.3%）提高了10.6%～20.3%;3组活化体系最大挥发酸浓度分别为8052,6613,4996mg COD/L,而未活化组仅为3296mg COD/L.此外,不同方式活化S₂O₈^2-预处理对溶解性有机物溶出及挥发酸组分分布也有一定影响.从环境和经济角度来看,S₂O₈^2-+Fe²⁺体系对促进污泥发酵进程具有更大意义.     

混合外源菌强化剩余污泥微氧水解产酸

利用外源投加酵母菌与醋酸菌的方式促进了剩余污泥水解产生短链挥发性脂肪酸（SCFAs）的产量,考察了混合投加模式下污泥水解溶出的正磷酸盐、氨氮和溶解性COD的浓度,研究水解过程胞外聚合物（EPS）组分中蛋白质及多糖的变化特征.结果表明,在酵母菌和醋酸菌投加量分别为10和20g/L时,发酵第5d实现了最高的SCFAs产量,达到719mgCOD/gVSS,其中乙酸含量为328.78mgCOD/gVSS,占总SCFAs的45.72%.投加两种菌显著促进了剩余污泥水解产生SCFAs,且以乙酸为主.外源菌投加促进了水解酸化过程氨氮和正磷酸盐的释放,最佳反应条件下最大释放量分别为80.66和22.38mg/gVSS,有利于从剩余污泥中回收氮磷.投加外源菌后EPS中的蛋白质和多糖从内层向最外层释放,为污泥水解产酸提供底物.外源投加酵母菌与醋酸菌是促进剩余污泥水解酸化的有效手段.     

混碱调控剩余污泥碱性发酵实现LDHs高效提取短链脂肪酸

氢氧化钙调控剩余污泥碱性发酵,可有效提高发酵液原位合成层状双金属氢氧化物(LDHs)提取短链脂肪酸(SCFAs)的效率.本文拟利用氢氧化钙和氢氧化钠混碱调控剩余污泥碱性发酵,提高发酵过程SCFAs产量,进一步提高SCFAs提取效率.通过配置不同氢氧化钠和氢氧化钙混合比例的碱液,用于调控剩余污泥碱性发酵实验,发现混碱比例为25∶75时,可避免钙离子对污泥水解产酸影响,发酵液中SCFAs浓度达到6581.4 mg·L~(-1)(以每COD计,下同),是空白对照组(4179.4 mg·L~(-1))的1.6倍.同时,碱液提供的钙离子可将污泥发酵过程释放的无机阴离子去除,CO■、PO■浓度分别低至3.7 mmol·L~(-1)和0.5 mg·L~(-1).利用氢氧化钠和氢氧化钙调控剩余污泥进行混碱厌氧发酵,可有效提高SCFAs的产量,消除主要无机阴离子对发酵液原位合成层状双金属氢氧化物(LDHs)提取SCFAs的干扰,合成的LDHs中SCFAs的含量为52.3 mg·g~(-1) LDHs,是空白组(18.9 mg·g~(-1)LDHs)的2.8倍.     

氢氧化镁对剩余污泥碱性发酵及脱水性能的影响

剩余污泥厌氧发酵可产出短链脂肪酸(SCFAs)发酵液用作碳源时,可改善污水脱氮除磷效果,但发酵液中的氮磷会增加污水厂的氮磷负荷.此研究分别采用Mg(OH)2和NaOH调节剩余污泥厌氧发酵时的pH值,考察Mg(OH)2能否促进剩余污泥碱性发酵同时去除发酵液中的氨氮和磷,及其对发酵后污泥脱水性能的影响.结果表明:Mg(OH)2可促进剩余污泥碱性发酵,发酵液最大SCFAs含量为2336.3mgCOD/L,同时Mg(OH)2能去除发酵液中的磷,在发酵的第4d,其磷含量接近0;Mg(OH)2调节碱性发酵后的剩余污泥脱水性能优于NaOH调节的,前者剩余污泥毛细吸水时间(CST)较后者短42.3s.     

次氯酸钙预处理对污泥厌氧发酵合成中链脂肪酸的影响研究

探究了次氯酸钙(Ca(ClO)₂)预处理对活性污泥厌氧发酵合成中链脂肪酸(MCFAs)的影响,结果表明Ca(ClO)₂能显著提高污泥的降解性能,且发酵液中可溶性有机物增量与Ca(ClO)₂浓度梯度呈正相关.当预处理浓度为80 mg·g^-1时,产出MCFAs浓度达到峰值(5691.9 mg·L^-1),是空白组的2.6倍.然而,更高Ca(ClO)₂(240 mg·g^-1)预处理浓度下其对污泥中的微生物过程(水解、酸化过程)的抑制作用导致MCFAs产出浓度有所降低.本研究为拓展污泥高值化处理技术提供了新思路.     

pH值调控对柑橘废渣与污泥厌氧共发酵产酸影响

为提高挥发性脂肪酸(VFA)的产量,探究了柑橘废渣和剩余污泥不同VS(挥发性固体)配比及调控发酵过程pH值对产VFA性能的影响.结果表明:调节共发酵系统pH值为6对VFA的积累有促进作用,柑橘废渣VS/剩余污泥VS为2时的最大VFA产量为11183.12mg/L,是未控制pH值组最高VFA浓度的1.75倍.柑橘废渣中的...     

Kinetic analysis of waste activated sludge hydrolysis and short-chain fatty acids production at pH 10

The accumulation of short-chain fatty acids (SCFAs), a preferred carbon source for enhanced biological phosphorus removal microbes, was significantly improved when waste activated sludge (WAS) was fermented at pH 10. The kinetics of WAS hydrolysis and SCFAs production at pH 10 were investigated. It was observed that during WAS anaerobic fermentation at pH 10 the accumulation of SCFAs was limited by the hydrolysis process, and both the hydrolysis of WAS particulate COD and the accumulation of SCFAs followed first-order kinetics. The hydrolysis and SCFAs accumulation rate constants increased with a increasing of temperature from 10 to 35℃, which could be described by the Arrhenius equation. The kinetic data further indicated that SCFAs production at pH 10 was a biological process. Compared with the experiment of pH uncontrolled (blank test), both the rate constants of WAS hydrolysis and SCFAs accumulation at 20℃ were significantly improved when WAS was fermented at pH 10.     

直链烷基苯磺酸盐促进剩余污泥产生短链脂肪酸的研究

采用批试试验的方法研究了十二烷基苯磺酸钠(C12-LAS)对剩余污泥在厌氧发酵过程中产生的短链脂肪酸(SCFAs)的影响.结果表明,C12-LAS的投加极大地提高了剩余污泥厌氧发酵过程中的SCFAs产量.当C12-LAS加入量低于0.1g·g-1时,SCFAs产量随着C12-LAS加入量的增加而增加,然而,当C12-LAS加入量高于0.1g·g-1时,SCFAs产量反而有所降低.从污泥产酸量以及经济成本考虑,C12-LAS的最佳投加量为0.02g·g-1,此时剩余污泥的SCFAs最大产量出现在第6天.进一步的研究表明,C12-LAS不仅促使大量的碳水化合物和蛋白质脱离污泥颗粒并溶解到液相中,而且抑制了产甲烷菌的活性.尽管剩余污泥经历着酸化过程,但由于其释放出大量的NH4 -N,污泥在整个厌氧发酵过程中的pH值逐渐升高.     

CaO2投加量及投加方式对剩余污泥厌氧发酵产生短链脂肪酸的影响

以污水处理厂剩余活性污泥作为研究对象,在中温条件下,按照不同投加量和投加方式投加过氧化钙（CaO₂）进行预处理,考察其对污泥发酵产酸和产甲烷的影响,以期确定CaO₂最佳投加量和投加方式.结果表明,在（35±1）℃条件下,投加CaO₂可提高剩余污泥发酵液pH值,从而促进有机物的快速溶出.在同样投加剂量条件下,一次性投加比多次投加更有利于污泥的溶解以及短链脂肪酸的积累.当一次性投加0.2g CaO₂/g VSS时,发酵液中乙酸浓度在第7d达到最高值（169mg COD/g VSS）,同时乙酸在6种主要酸中所占比例达到最大（71.0%）.与一次性投加方式相比较,多次投加CaO₂对产甲烷的抑制作用较小,不利于SCFAs的积累.     

A new process to improve short-chain fatty acids and bio-methane generation from waste activated sludge

As an important intermediate product, short-chain fatty acids(SCFAs) can be generated after hydrolysis and acidification from waste activated sludge, and then can be transformed to methane during anaerobic digestion process. In order to obtain more SCFA and methane,most studies in literatures were centered on enhancing the hydrolysis of sludge anaerobic digestion which was proved as un-efficient. Though the alkaline pretreatment in our previous study increased both the hydrolysis and acidification processes, it had a vast chemical cost which was considered uneconomical. In this paper, a low energy consumption pretreatment method, i.e. enhanced the whole three stages of the anaerobic fermentation processes at the same time, was reported, by which hydrolysis and acidification were both enhanced, and the SCFA and methane generation can be significantly improved with a small quantity of chemical input. Firstly, the effect of different pretreated temperatures and pretreatment time on sludge hydrolyzation was compared. It was found that sludge pretreated at 100°C for 60 min can achieve the maximal hydrolyzation. Further, effects of different initial p Hs on acidification of the thermal pretreated sludge were investigated and the highest SCFA was observed at initial p H 9.0with fermentation time of 6 d, the production of which was 348.63 mg COD/g VSS(6.8 times higher than the blank test) and the acetic acid was dominant acid. Then, the mechanisms for this new pretreatment significantly improving SCFA production were discussed. Finally,the effect of this low energy consumption pretreatment on methane generation was investigated.     

The effect of salinity on waste activated sludge alkaline fermentation and kinetic analysis

The effect of salinity on sludge alkaline fermentation at low temperature(20°C) was investigated, and a kinetic analysis was performed. Different doses of sodium chloride(Na Cl, 0–25 g/L) were added into the fermentation system. The batch-mode results showed that the soluble chemical oxygen demand(SCOD) increased with salinity. The hydrolysate(soluble protein, polysaccharide) and the acidification products(short chain fatty acids(SCFAs), NH+4–N, and PO_4~(3-)–P) increased with salinity initially, but slightly declined respectively at higher level salinity(20 g/L or 20–25 g/L). However, the hydrolytic acidification performance increased in the presence of salt compared to that without salt.Furthermore, the results of Haldane inhibition kinetics analysis showed that the salt enhanced the hydrolysis rate of particulate organic matter from sludge particulate and the specific utilization of hydrolysate, and decreased the specific utilization of SCFAs. Pearson correlation coefficient analysis indicated that the importance of polysaccharide on the accumulation of SCFAs was reduced with salt addition, but the importance of protein and NH+4–N on SCFA accumulation was increased.     

矿化垃圾对剩余污泥厌氧水解、酸化的影响

通过向剩余污泥发酵系统中加入不同剂量的矿化垃圾的方法,探究了矿化垃圾对剩余污泥厌氧水解、酸化过程的影响.结果表明,添加1/3g/g TSS(总悬浮固体)剂量以内的矿化垃圾能显著提高WAS的水解、酸化过程,且矿化垃圾的最佳投加量为1/3g/g TSS,在此条件下,试验组SCOD/TCOD以及最大产酸量(183.45mg COD/g VSS,发酵时间为6d)均高于空白组(79.45mg COD/g VSS,发酵时间为10d).机理研究表明,矿化垃圾能够促进污泥的溶解、蛋白质和多糖的水解以及氨基酸和葡萄糖的酸化.在投加矿化垃圾的反应体系中与水解、酸化有关酶的活性也均高于空白试验组,进一步证实了矿化垃圾能够强化污泥厌氧发酵的水解酸化反应.