Acidibility established as a characteristic of high strength organic wastewater quality

Acidification processes of the alcohol wastewater on molasses and the sugar-peptone manual make-up water were studied to determine their acidification capability. The two types of wastewater were both diluted into serial gradient dilutions and acidified separately. The volatile fatty acids (VFAs) and were detected daily until acidification reached a maximum state. The degraded COD in each dilution, which were considered as degraded VFAs and analyzed. The ratio of the sum of produced VFAs and degraded VFAs to the initial COD of dilutions was defined as acidibility (V/C). It showed that within a large concentration extent, the V/C values were consistent for different dilutions of each wastewater. Thus acidibility becomes a characteristic of high strength organic wastewater quality. The acidibility of the alcohol wastewater on molasses was analyzed to be 0.71, and the acidibility of sugar-peptone manual make-up water was 0.76. In a practicable view, it is meaningful to set up acidibility as a new water quality index, which can be used to guide the design of acidification technique in various high concentration organic wastewater treatment practices.     

基于仿生学的一体式两相厌氧反应器的运行研究

反刍动物瘤胃对纤维素类物质具有强大的消化能力,在厌氧发酵领域备受关注.为了增加秸秆等物质的资源化利用途径,本文基于仿生学的原理,设计了一体式两相新型厌氧反应器,并以秸秆、猪粪和河道底泥为底物进行干式共发酵,研究了该反应器的水解酸化和产甲烷性能.结果表明：反应器在1～6 d的产气速率较快,单位体积累积产气量的增长速率为366.87 mL/d,最快产气速率为22.3 mL/(g·d)(以每g挥发性固体每天产生的沼气体积计);发酵过程挥发性固体的产气量为0.13 L/g;发酵过程中pH在7.3～8.2之间变化,p H与挥发性脂肪酸(VFAs)浓度整体上呈现相反的变化趋势,说明反应器内未发生氨抑制现象;第1～21天,主反应室产生的溶解性化学需氧量(SCOD)在次反应室中被充分利用,实现了水解过程和水解产物利用过程的分离;厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)是反应器中最丰富的两个菌门,均具有水解和产酸能力.基于瘤胃设计的反应器既具有不同水解程度底物分层和持续吸收VFAs的效果,又有上部水解和产酸、下部产甲烷的一体式两相厌氧发酵效果.研究显示,该反应器可有效延长...     

利用剩余污泥水解酸化液合成聚羟基脂肪酸酯的研究

以城市污水处理厂剩余污泥水解酸化产物为原料,研究了罗氏真养菌(Ralstonia eutropha)H16在水解酸化液中的生长规律和聚羟基脂肪酸酯(PHAs)积累特性,同时分析了H16对水解酸化液中各种有机酸组分的利用规律. 结果表明,以剩余污泥52℃中温水解酸化48h的水解酸化液为培养基,在HAc水解酸化液(C/N/P=100/10/1, TOC＝2881mg/L,乙酸占总有机酸含量36.1%)中,H16最先利用乙酸和正丁酸来进行自身的生长和PHAs的合成,合成的主要产物是聚羟基丁酸酯(PHB);随后开始利用丙酸和正戊酸,在此过程中聚羟基戊酸酯(PHV)的含量也逐步上升,菌体量同步增长, H16在40h左右处于平稳期,并且达到最大积累率为12.51%(占菌体干重);最后利用的是异丁酸和异戊酸,但是此时H16已经进入衰亡期,菌体量和PHAs合成率都在下降.当以HVa水解酸化液(C/N/P=100/10/1, TOC＝2358mg/L,异戊酸占总有机酸含量29.0%)为培养基时, H16在18h达到生长的峰值,24h达到PHAs合成率的最大值为32.14%(占菌体干重),PHV为PHAs的主要形式.     

pH值调控柠檬酸污泥厌氧发酵产酸及碳源潜力研究

以柠檬酸废水厌氧颗粒污泥为接种物,在不同pH值调控条件下开展柠檬酸生产废水剩余活性污泥厌氧发酵产酸研究.通过对发酵液挥发性脂肪酸(VFAs)、有机质、氮磷和污泥脱水性能的分析,探讨了柠檬酸污泥厌氧产酸机制.结果表明,pH≥10的碱性条件更有利于有机质的溶出从而促进VFAs的产生.三维荧光光谱分析发现在恒定pH值下腐殖酸(HA)和富里酸(FA)会大量溶出降低VFAs的产量.初始pH=10是柠檬酸污泥厌氧产酸的最佳p H值,发酵4d的VFAs浓度最高达(6681.47±126.82)mgCOD/L,是文献报道中市政污泥产酸量的近2倍,其中乙酸占比49.8%,发酵后产酸功能菌Chloroflexi、Bacteroidota的相对丰度分别由初始的9.52%、10.87%增至16.84%、14.39%,污泥归一化毛细吸水时间(nCST)为(11.34±0.27)s·L/g,脱水性能良好,发酵液TP浓度为(20.45±0.33) mg/L.研究表明,利用柠檬酸剩余活性污泥碱性厌氧发酵产酸作为污水处理过程中的外加碳源具有较大潜力.     

乙醇预发酵对餐厨垃圾与酒糟水解酸化和甲烷发酵的影响

为了解决餐厨垃圾与酒糟干式甲烷发酵过程易酸化问题,考察了两种乙醇预发酵方式-餐厨垃圾单独预发酵和餐厨垃圾与酒糟混合预发酵对底物水解酸化和甲烷发酵的影响,并与不进行乙醇预发酵的对照组比较.结果显示,对照组、餐厨垃圾单独预发酵组(简称“FW预发酵组”)、餐厨垃圾与酒糟混合预发酵组(简称“FW+DG预发酵组”)的甲烷总产率分别为22.8, 222.4, 231.3mL/gVS.乙醇预发酵可以促进发酵底物的水解,预发酵结束后,FW预发酵组发酵底物中的乙醇、总挥发性脂肪酸(TVFA)、乙酸浓度与对照组相比分别提高了4.5、1.4、4.9倍,FW+DG预发酵组则分别提高了7.8、1.6、5.9倍.另外,在甲烷发酵过程中,预发酵组的乙醇浓度显著高于对照组,而乙酸、丙酸和TVFA浓度明显低于对照组,表明乙醇预发酵使有机物更多的转化为乙醇,减少了有机酸的生成,有效缓解甲烷发酵过程中的酸积累、产甲烷受抑制等问题.     

污泥厌氧发酵液燃料电池的性能及电子供体分析

采用剩余污泥厌氧发酵液为阳极燃料、铁氰化钾溶液为阴极电子受体,成功启动了双室微生物燃料电池(MFC).考察了厌氧发酵过程中剩余污泥上清液中各种挥发性脂肪酸(VFAs)含量的变化,研究分析了污泥厌氧发酵液燃料电池的产电过程、燃料消耗及电子供体. 结果表明,污泥厌氧发酵液中乙酸含量最高(约占总VFAs的50%),异戊酸和丙酸含量次之(分别约占总VFAs的18%及15%),正丁酸和异丁酸含量较少(均低于总VFAs的10%),正戊酸含量最低(低于总VFAs的1%);MFC实现了250h稳定电压输出(0.65±0.05V),库伦效率为9.09%;阳极总化学需氧量(TCOD)、溶解性化学需氧量(SCOD)、VFAs均呈现整体下降趋势, TCOD和SCOD的去除率分别为74.9%和86.4%; VFAs的完全消耗伴随着反应器产电性能迅速变差,表明VFAs是主要电子供体;在MFC产电过程中, VFAs的消耗与产生同时存在,消耗总体快于产生;各种VFAs消耗快慢依次为:乙酸>正丁酸>丙酸>正戊酸>异戊酸>异丁酸.     

城镇污水厂剩余污泥厌氧发酵产酸工程示范研究

鉴于污泥厌氧发酵产酸技术的生产规模性研究较少,为深入了解城镇剩余污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸（VFAs）工程的长期运行特征,基于0.3 t/d规模的生产线平台进行了为期240 d的稳定运行研究,考察了长期运行条件下的污泥预处理效果、产酸水平、VFAs回收和经济可行性.结果表明:污泥经热-混碱预处理后溶解性有机物浓度〔ρ（SCOD）,以溶解性COD计〕比原污泥提高了29倍,水解率达到56%.当ρ（TSS）（TSS为总悬浮固体）分别为30和70 g/L时,污泥预处理水解率分别为56%和59%;厌氧发酵产酸率〔以每g污泥有机物生产多少mg VFAs计,R_VFAs〕分别为277和256 mg/g;ρ（TVFAs）（TVFAs为总挥发性脂肪酸）最高可达9.1 g/L,其中乙酸占61.6%.采用聚合氯化铝（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）联合调理能够有效提高发酵污泥的脱水性能,与对照组相比,泥饼的含水率由84.8%降至64.0%,发酵液的回收率由33.7%升至75.7%.经济效益分析表明,设置处理规模为100 t/d时,运行成本为346.6元/t,收益为451.4元/t.研究显示,城镇污水厂剩余污泥厌氧发酵产酸生产线运行稳定,能够实现较好的有机物生物转化与资源化效果,经济可行,具有显著的应用前景.      

剩余污泥与废弃油脂混合厌氧消化产气缓滞因素研究

通过完全混合式厌氧消化反应研究了底物中添加30%(以VS计)的厨余提取物,且底物与接种物的VS比为1.87时厌氧消化过程中产气迟滞的影响因素.结果表明,反应过程中氨氮含量小于500 mg·L^-1时,游离氨对比甲烷累积产气率基本没有影响.挥发性脂肪酸(VFAs)的富集及反应器酸化是影响产气缓滞的直接因素,VFAs中乙酸的大量累积使得反应器酸化严重,pH降至6.4,产生了10~15 d的产气迟滞,之后随着VFAs的降解和碱度的缓冲,产气恢复正常.完全混合式反应器在各个阶段出现的不同污泥颗粒体现了反应进行的不同阶段和反应的酸化情况.     

Impact of undissociated volatile fatty acids on acidogenesis in a two-phase anaerobic system

This study investigated the degradation and production of volatile fatty acids(VFAs)in the acidogenic phase reactor of a two-phase anaerobic system.20 mmol/L bromoethanesulfonic acid(BESA)was used to inhibit acidogenic methanogens(which were present in the acidogenic phase reactor)from degrading VFAs.The impact of undissociated volatile fatty acids(un VFAs)on"net"VFAs production in the acidogenic phase reactor was then evaluated,with the exclusion of concurrent VFAs degradation."Net"VFAs production from glucose degradation was partially inhibited at high un VFAs concentrations,with 59%,37% and 60% reduction in production rates at 2190 mg chemical oxygen demand(COD)/L undissociated acetic acid(un HAc),2130 mg COD/L undissociated propionic acid(un HPr)and 2280 mg COD/L undissociated n-butyric acid(un HBu),respectively.The profile of VFAs produced further indicated that while an un VFA can primarily affect its own formation,there were also un VFAs that affected the formation of other VFAs.     

电刺激条件下初始pH值对剩余污泥厌氧消化效果的影响

在厌氧消化反应器中施加0.6V电压刺激,考察初始pH值(3,5,7,9,11)对剩余污泥厌氧消化效果的影响.结果表明,当初始pH值为9、厌氧消化至32d时,污泥挥发性固体有机物去除率为38.1%,甲烷产率为224mLCH₄/g VS;同样的消化时间内,初始pH值为7的对照组,其挥发性固体有机物去除率为32.2%,甲烷产率仅为162mLCH₄/g VS.调节初始pH值可加速污泥水解酸化过程,其中pH值为11时,水解酸化效果最好,比其他pH值条件下产生更多的挥发性脂肪酸(VFAs).在产酸高峰期,初始pH值为3、11时,乙酸和丁酸是主要产物;初始pH值为5、7、9时,主要产物是乙酸和丙酸.调节初始pH值能加速氨氮的释放,且pH值为酸性(3,5)时的氨氮浓度高于碱性条件下(9,11)的浓度.     

残留过氧化氢对微波-过氧化氢-碱预处理后污泥水解酸化的影响

前期研究发现,由于残留过氧化氢的影响,经过微波-过氧化氢-碱MW-H2O2-OH(p H=10)预处理的污泥进行水解酸化时存在产酸滞后期.因此,本研究通过批量试验,考察了残留过氧化氢对MW-H2O2-OH(p H=10和p H=11,MHO10和MHO11)预处理后污泥水解酸化的影响.结果表明,过氧化氢酶比二氧化锰具有更高效率的过氧化氢分解能力,能够在10 min内完全降解过氧化氢.水解酸化的8 d时间内,四组试验的SCOD(溶解性COD)浓度和总挥发性脂肪酸(VFA)浓度均呈现先增加后降低的趋势,优化水解时间均为0.5 d;MHO10组、MHO10+过氧化氢酶组(MHO10C)和MHO11+过氧化氢酶组(MHO11C)的优化水解酸化时间均为3 d,MHO11组的优化水解酸化时间为4 d.残留过氧化氢对MHO10预处理后污泥的水解酸化有抑制作用,存在产酸滞后期.与MHO10预处理相比,MHO11预处理释放的SCOD提高了19.29%,释放了更多的有机物,进而显著提高了总VFA产量,5 d时总VFA产量显著提高了84.80%,且MHO11组可以轻微缩短产酸滞后期.投加100mg·L-1过氧化氢酶,明显缩短解除了MHO10组和MHO11组0.5 d的产酸滞后期,并提高了总VFA产量,3 d时,MHO10C组、MHO11C组的总VFA浓度分别比MHO10组提高了23.61%、50.12%.MHO10组、MHO10C组和MHO11C组VFA的主要组分均为乙酸、异戊酸、正丁酸,而MHO11组VFA的主要组分为乙酸、丙酸、异戊酸,在各组的优化水解酸化时间,3种主要的VFA组分之和均占总VFA的75%以上,其中乙酸所占比例均在41%以上.     

四环素类抗生素污染畜禽粪便的厌氧消化特征

应用间歇试验研究了外源添加四环素(TC)和金霉素(CTC)的猪粪中温(35℃)厌氧消化特征及抗生素的降解过程.结果表明,猪粪厌氧水解酸化过程中产生的挥发性脂肪酸以丙酸为主,乙酸次之;相比于CTC添加组,TC+CTC混合添加组对易降解有机物的水解酸化有明显的抑制作用;添加TC、CTC和TC+CTC组在45 d的消化期内累积产甲烷量分别为386.4、406.0和412.1 mL,与不添加TC和CTC的对照组(464.6 mL)相比,分别减少了16.8%、12.6%、11.3%.四环素和金霉素的降解过程符合一级反应动力学方程;四环素降解的半衰期为14～18 d,金霉素为10 d.经过45 d厌氧消化处理后,四环素的降解率达88.6%～91.6%,金霉素达97.7%～98.2%.因此,畜禽粪便厌氧消化处理不仅能回收生物质能源,还能降解残留的四环素类抗生素,有效地降低抗生素污染产生的生态风险.     

投碱种类和氨吹脱对污泥碱性发酵产酸的影响

采用完全混合式厌氧反应器,比较了NaOH和Ca(OH)2 2种碱试剂对污泥厌氧发酵产酸的作用效果,结合氨吹脱作用考察了NH4+浓度的降低对各有机物水解酸化程度的影响.结果表明在pH值为10的条件下,以NaOH调节的体系中各种有机物尤其是挥发性脂肪酸(VFAs)的量明显高于以Ca(OH)2调节的体系.Ca(OH)2调节的体系中释放出的蛋白质有部分沉淀,磷酸盐含量也较低,小于40mg/L;氨吹脱的体系发酵液中氨氮含量减少了43%,增大了VFAs的积累量;在NaOH和氨吹脱的组合条件下,污泥水解酸化程度最好,SCOD为6732mg/L,蛋白质为2029mg/L,碳水化合物374mg/L,VFAs总量2545mg/L,且氨氮含量低于200mg/L;分析认为氨吹脱作用增大VFAs积累量的原因主要是NH4+浓度的减小,促进了产酸菌对于碳水化合物的发酵.     

基质投加方式对污泥碱性发酵性能的影响

为了研究低温条件(15±2)℃下投加方式对剩余污泥碱性发酵的影响,将剩余污泥分别在NaOH、KOH、Ca(OH)2和混合碱(Ca(OH)2和KOH) 4种碱性(pH=10±0.2)系统中进行发酵,并在系统稳定后依次改变污泥投加方式(1次投加污泥、平均2次投加和平均3次投加),分别对发酵体系的剩余污泥溶液化、溶解性蛋白质、溶解性多糖、挥发性脂肪酸(SCFAs)和关键酶(水解酶和辅酶420(F420))进行研究.研究发现,4种碱性发酵体系中,不同投加方式对剩余污泥的水解和酸化性能具有显著的影响,其中SCOD随着污泥投加次数的增加略有减小,但是发酵液中可溶性的蛋白质和多糖有增加趋势.水解酶活性随着污泥投加次数的增加而降低,但是在NaOH和KOH发酵体系中,辅酶420随着投加次数的增加而增大,混合碱发酵体系中其活性基本不变,而在Ca(OH)2发酵体系中其活性则降低.NaOH、KOH和混合碱发酵体系产酸能力随投加次数的增加而下降,但是Ca(OH)2 发酵体系酸化能力则先增大后少量降低,由此发现,Ca(OH)2发酵体系水解及产酸能力较为稳定,同时该体系中乙酸/SCFAs最大,高于其他发酵体系的10%左右.     

酸碱性调节对初沉污泥氮磷和有机质释放的影响

在调节pH值分别为3.0和10.0的条件下,与pH值保持原状相对比,研究了15～20℃下初沉污泥水解酸化过程中氨氮、磷酸盐和溶解性COD(SCOD)、碳水化合物、蛋白质和挥发性脂肪酸(VFAs)等有机质组分的释放。结果表明,强酸条件,特别是强碱会抑制氨氮的释放,试验周期结束时,碱性条件氨氮的释放量为1.28 mg/g TS,远小于对比试验(6.97 mg/g TS);磷酸盐的释放量表现为酸性>碱性>对比试验,反应至第4天时各条件下的释放量即趋于稳定,分别为2.47 mg/g TS、1.23 mg/g TS和1.18 mg/g TS;碱性条件下,各有机质组分的释放量大于其他条件,其中总VFAs波动较大,在第8天左右的产生量接近最大值,为201.59 mg COD/g VS,且以乙酸为主,其余组分在较短的时间里接近或达到最大值后保持相对稳定。     

蒸发过程早期渗滤液中有机酸挥发规律研究

对早期填埋场渗滤液进行了常规和载气蒸发实验,通过定时分批截留冷凝液并测定其TOC和挥发性脂肪酸（volatile fatty acids, VFAs）浓度,研究了不同pH条件下早期渗滤液中有机污染物的挥发规律.结果表明,pH=4时蒸发冷凝液中TOC呈由高而低的变化趋势,pH=7时TOC变化趋势截然相反.冷凝液中VFAs（乙酸除外）浓度变化规律与TOC相似,并且结构越复杂相对挥发速率越大.分析表明,早期渗滤液蒸发冷凝液中有机物主要由VFAs组成.是否具有载气及载气量多少对早期渗滤液有机物蒸发的影响不明显.     

聚丙烯微塑料对污泥厌氧消化效能作用影响

以聚丙烯（PP）微塑料为研究对象,考察不同浓度PP微塑料对污泥厌氧消化产CH₄和产酸效能的作用影响,同时采用荧光定量PCR方法定量检测了乙酸激酶（AK）和mcrA基因在不同PP微塑料作用下的丰度变化.结果表明,PP微塑料对污泥厌氧消化产CH₄和产酸效能具有促进影响,CH₄和乙酸累计产量随PP微塑料投加量的增大而升高,当PP微塑料投加量为0.2g/g VSS时,CH₄和乙酸累计产量与空白对照相比分别提高148.2%和15.2%,达227.1mL/g VSS和1291.2mg/L.相应地,mcrA基因丰度随之提高98.2%,表明PP微塑料对产甲烷菌的生长和繁殖具有促进作用,进而强化污泥厌氧消化产CH₄效能.     

酸-碱预处理促进剩余污泥厌氧消化的研究

为提高剩余污泥的厌氧消化效率,投加酸和碱对污泥进行预处理,对比分析了不同预处理方式（单独碱处理、酸-碱处理和碱-酸处理）对污泥水解酸化的影响,并研究了各种预处理方式对后续厌氧消化产甲烷效率的影响.结果表明,单独碱处理的溶解性化学需氧量（SCOD）溶出量比酸碱联合处理要大16%左右,预处理第8 d,达到5 406.1 mg.L-1.采用先酸（pH 4.0,4d）后碱（pH 10.0,4 d）预处理,在污泥水解酸化过程中,乙酸产量及其占总短链脂肪酸（SCFAs）的质量分数均高于其他预处理方式,其乙酸产量（以COD/VSS计）可达到74.4 mg.g-1,占总SCFAs的60.5%.酸-碱预处理后污泥混合液的C∶N比值为25左右,C∶P比值在35～40之间,这比单独碱处理和碱-酸处理后的C∶N和C∶P比值更有利于后续厌氧消化.通过对比研究发现,酸-碱预处理后,厌氧消化到第15 d,酸-碱预处理污泥的累积甲烷产量（CH4/VSS加入）达到136.1 mL.g-1,分别是空白对照、碱-酸预处理和单独碱预处理方式的2.5、1.7和1.6倍,厌氧消化效率最高.经过8 d酸-碱预处理和15 d的厌氧消化,挥发性悬浮固体（VSS）总去除率达到60.9%,污泥减量效果比其他预处理要好.很显然,酸-碱预处理方式更有利于污泥厌氧消化及污泥减量化.     

剩余污泥微波-淘洗及零价铁强化发酵性能

为解决微波预处理高含固率污泥存在碳源溶出率低和释放的碳源有效性低的问题,本文选用淘洗的方法,同时将零价铁（ZVI）添加到淘洗污泥的混合液和上清液中进行厌氧发酵以强化碳源的有效性.结果表明,淘洗显著提升了微波预处理高含固率（TS=11%~17%）污泥的碳溶出率,水淘和碱淘较未淘洗时碳源溶出率分别提高了13%~68%、146%~308%.ZVI的加入不仅显著提高了挥发性脂肪酸（VFAs）溶出率,还能将大分子碳源定向转化为乙酸、丙酸等低分子碳源.混合液+ZVI、上清液+ZVI发酵的VFAs溶出量分别为317和354mg/g VSS,超过微波污泥VFAs溶出量的30倍.添加ZVI发酵后,丙酸、乙酸、丁酸等小分子碳源的比例有所上升,混合液中的占比分别为34%、26%、18%,上清液中的占比分别为39%、27%、20%,提升了污泥碳源的利用价值.研究表明,微波-淘洗预处理联合ZVI发酵技术能够有效提高剩余污泥中高效碳源的溶出率,这为剩余污泥的碳源化提供了一条新思路.     

零价铁对污泥高温厌氧消化过程中四环素抗性基因及第一类整合子的消减影响

为研究污泥高温厌氧消化过程中零价铁(Fe0)对抗生素抗性基因的消减影响,采用荧光定量PCR方法定量检测了7种四环素抗性基因(TC-ARGs,包括tetA、tetC、tetG、tetM、tetO、tetW和tetX)及第一类整合子int I1基因在厌氧消化过程中的丰度变化,同时检测分析了挥发性脂肪酸(VFAs)的质量浓度变化,并探讨了目标基因与VFAs之间的相关关系.结果表明,适量Fe0(如0.10 g·g~(-1),以Fe0/VSS计)不仅可以强化污泥厌氧消化进程,显著提高总VFAs和乙酸的产生量,而且能够增强TCARGs和int I1基因的消减效果.尽管如此,过量Fe0(如1.17 g·g~(-1),以Fe0/VSS计)对污泥高温厌氧消化过程中TC-ARGs和int I1基因消减的增强效果并不显著,推测可能是由于基因水平转移的发生所导致的.通过相关性分析可知,TC-ARGs(除tetO基因外)和int I1基因与乙酸之间存在显著负相关性,表明乙酸可能对TC-ARGs和int I1基因的消减具有促进作用.