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%。     

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。     

CaO_2对污泥厌氧消化性能的影响

近年来,污泥厌氧消化得到了广泛关注,一方面能够实现污泥的减量化,另一方面又能得到有价值的消化产品。由于水解过程是限制厌氧反应的重要步骤,因此利用CaO_2强化污泥厌氧消化中水解和酸化过程。结果表明,适量的CaO_2的投加量能够显著促进污泥的水解和酸化过程,但对甲烷化有抑制作用。当CaO_2投加量为0.2g/g(污泥以挥发性悬浮固体(VSS)计)时,挥发性脂肪酸(VFA)的最大积累量为253.6mg/g,但CaO_2对VFA的组成影响不大。     

电弧流溶胞技术促进污泥厌氧消化

为提高污水厂处理污泥时的厌氧消化速率,利用电弧流溶胞技术处理剩余污泥,研究电弧流溶胞技术对污泥破解预处理效果的影响.实验结果表明,与未经预处理的污泥相比,电弧流溶胞处理能够明显提高污泥厌氧消化效率,增加有机物含量和沼气产量.其中,经处理后的污泥TS、VS剩余量分别降低了8.3%和6.3%,COD增加了11.9%.厌氧系统平均产气量平均增加79.76 L/d,增加率45.82%,甲烷含量增加1.03 L/d,增加率102%.由此说明,电弧流溶胞技术可以提高厌氧消化反应中有机物的去除率,有效促进厌氧消化中污泥的水解过程,显著增加甲烷气体的产生量.在综合考虑运行费用和污泥消化效果的前提下,采取适宜的电弧流强化处理措施有一定的积极意义.     

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。     

富磷污泥厌氧消化磷释放与回收的研究进展

生物强化除磷(EBPR)工艺会产生大量的富磷污泥。富磷污泥中的聚磷菌(PAOs)在厌氧消化过程中吸收外界碳源并释放大量正磷,高浓度的磷会对厌氧消化系统中厌氧微生物的代谢产生影响,使得消化过程更加复杂。富磷污泥厌氧消化过程会产生磷、氮、有机物和金属离子等物质,其中磷的回收利用可以减少磷矿资源的开采,从而实现磷资源的可持续循环利用。因此,研究富磷污泥厌氧消化过程中磷的变化规律,既为厌氧消化系统的稳定运行提供理论依据,又为磷的资源化回收利用提供参考。对富磷污泥厌氧消化释磷的相关研究成果以及磷回收进行分析和总结,并提出了相应的研究方向。     

餐厨垃圾处置方式及其碳排放分析

在综述填埋、好氧堆肥、粉碎直排、厌氧消化产沼气及综合处置等5种餐厨垃圾处置方式原理与特点的基础上,分别罗列出各种处置方式的优缺点、应用场合以及今后仍然需要研究的方向。着眼于餐厨垃圾资源化与碳减排,厌氧消化产沼气被定位为今后餐厨垃圾处置的主要应用方向,特别是与市政污水处理剩余污泥共消化更是今后研究与应用的主流。餐厨垃圾处置全生命周期碳排放分析亦表明,厌氧消化产沼气与其他4种处置方式相比,在资源回收与碳减排方面优势明显,这就决定了厌氧消化今后在餐厨垃圾处置技术中将处于首选位置。餐厨垃圾与剩余污泥厌氧共消化产生的沼气量具有“1+1>2”的能量转化效果,这种方式可以使污水处理厂演变为“能源工厂”的角色,而且还能省去餐厨垃圾单独处置所需的各种设施。     

污泥的高温微好氧消化-厌氧消化工艺研究

城市污泥含有大量有机物和病原菌,需要稳定化处理.采用新型工艺高温微好氧与中温厌氧两级消化工艺(ATMD-MAD)处理城市污泥,与全程厌氧消化工艺(MAD)相比,不仅回收能源气体甲烷,而且缩短稳定化停留时间.55℃高温微好氧消化停留时间为2 d,后接35℃中温厌氧消化共运行24 d.结果表明,在ATMD-MAD系统中污泥的挥发性悬浮固体VSS去除率能在22 d时达到污泥稳定化要求的40%以上.ATMD-MAD工艺的单位VSS甲烷产量最高为496 mL/g VSS高于MAD工艺.在消化的前14天,可溶性挥发有机酸VFA在ATMD-MAD系统中的总量比MAD高出20%;在消化的第2天,ATMD-MAD系统中可溶性COD(SCOD)高出MAD工艺43.8%.ORP的变化反映了ATMD-MAD工艺保持了较好的厌氧状态,消化开始时的头2天限量曝气并没有给厌氧带来冲击.     

蓝藻与污泥混合厌氧发酵产沼气的初步研究

为了实现太湖蓝藻打捞后的快速处置,对厌氧颗粒污泥、消化污泥、剩余污泥与蓝藻混合厌氧发酵产沼气进行了研究。结果表明,蓝藻与污泥混合可以有效促进沼气发酵。在蓝藻与厌氧颗粒污泥物料比为6∶1时,产气效果最佳,沼气产率为73 mL/g VS,平均甲烷含量为69%,最大产气速率为138 mL/d,累计产甲烷量为50 mL CH₄/g干物质,分别是蓝藻与消化污泥、剩余污泥混合发酵时的1.5倍和2.3倍。厌氧颗粒污泥、消化污泥、剩余污泥与蓝藻混合,其VS降解率为11.40%～13.73 %,COD减少了27.97%～46.38%。厌氧发酵对蓝藻藻毒素的含量有较大影响,分别从356、366和244 μg/L降低到检测限5 μg/L 以下。     

厌氧氨氧化菌接种污泥的选择培养过程研究

厌氧氨氧化菌的2种不同接种污泥培养实验表明,厌氧消化污泥和好氧硝化污泥均可成功启动厌氧氨氧化过程.接种厌氧消化污泥比好氧硝化污泥培养的厌氧氨氧化菌启动快,但后者去除效果较好.接种好氧硝化污泥的反应器的厌氧氨氧化速率随着氨氮基质进水浓度的增加呈线性增加.进水氨氮浓度为280 mg/L时的氨氮平均去除率达91%;而接种厌氧消化污泥的相应氨氮平均去除率仅为52%.厌氧氨氧化过程以接种好氧硝化污泥来启动为宜.     

超磁分离污泥与剩余污泥协同水解酸化

以超磁分离污泥作为研究对象,用2种不同的剩余污泥作为接种污泥,维持温度在30 ℃,探究了剩余污泥对超磁分离污泥厌氧水解酸化产物及产率的影响。结果表明：随着剩余污泥接种量的增加,混合污泥SCOD的析出量也逐渐增加;接种剩余污泥量的增加促进了混合污泥VFAs的生成;各种污泥产VFAs中,乙酸均具有明显优势,并会促进丙酸的累积;混合污泥较之于超磁分离和剩余污泥具有快速、高效的产酸优势,且随着剩余污泥接种量的增加,加快了水解酸化的速率并且加深了酸化的程度,但会延长其达到最大值的时间。污泥产酸发酵获得内碳源的同时,还存在着N元素的释放,且随着剩余污泥接种量的增加,这种伴随现象更明显。对比2种剩余污泥(W1、W2)发现,W1作为接种污泥时,并没有明显的P元素的释放;当W2作为接种污泥时,伴随着比较明显的P元素的释放。综合考虑剩余污泥对于超磁分离污泥水解酸化效果的影响发现,当剩余污泥接种量W1为12.2%,W2为13.6%时,既可以为系统提供更多的SCOD,又可以避免过高的氮负荷。     

回流比对剩余污泥厌氧发酵产酸的影响

挥发性脂肪酸（VFAs）是强化生物除磷过程中易于利用的碳源。在影响剩余污泥厌氧发酵的因素中,回流搅拌是影响因素之一。因此,确定最适SRT为10 d后,通过采用控制回流比的方法,研究了剩余污泥在不同回流比条件下厌氧发酵的情况。结果表明：回流比的增大能够促进污泥水解过程中SCOD和STOC的溶出;回流比为300%时VFAs浓度最高,可以达到284.64 mg·L-1,约为不回流情况下（146.82 mg·L-1）的2倍;回流比为300%时产酸率也要大于不回流搅拌和回流比为500%的情况,最高可达到0.58 g·g-1（以VS计）,在VFAs中以乙酸和丙酸的含量占主导。     

剩余污泥发酵产酸特征及基质释放规律研究

剩余污泥发酵既能实现污泥减量,又能获得污水生物脱氮除磷所需的挥发性脂肪酸VFAs等。采用序批式污泥发酵实验,在(30±1)℃的条件下,研究剩余污泥投配比对序批式污泥发酵系统污泥减量、产酸以及基质释放过程的影响,探索VFAs生成最大化的条件。实验结果表明:投加接种污泥不能明显提高序批式污泥发酵系统剩余污泥的减量效果,但可以改善污泥的产酸特性;当污泥投配比大于50%时,发酵过程中将出现2个VFAs浓度峰,且第二次峰浓度更大;较为理想的序批式污泥发酵投配比是60%~80%、发酵时间为5 d或25 d,前者VFAs表观转化率最大(约24%),后者发酵液中VFAs浓度最高(约600 mg/L);发酵过程中,NH4+-N总体呈上升趋势,磷浓度发酵5 d时达到最大值。     

剩余污泥水解酸化液磷去除的影响因素研究

城市污水厂剩余污泥水解酸化后可产生高浓度挥发性有机酸(VFAs),其中的乙酸和丙酸是增强生物除磷(EBPR)工艺的有利基质.但水解酸化液中含有大量的磷,如不进行处理就作为碳源回用到污水处理工艺中,势必增加除磷负荷.利用鸟粪石沉淀法可以去除污水中的磷.对城市污水厂剩余污泥水解酸化液形成鸟粪石的影响因素进行了试验研究.结果表明,在最佳工艺条件下,正磷和总磷的去除率分别可达92.5%和83.8%.     

污泥性质对污泥水解酸化效果的影响

采用3组构造一致的完全混合流态水解酸化反应器,分别以同等浓度的絮凝污泥、初沉污泥和剩余污泥作为底物污泥,在温度35℃,初始pH=10的反应条件下,研究污泥性质的差异对污泥水解酸化产物及产率的影响。实验结果表明:与初沉污泥、剩余污泥相比,絮凝污泥更易水解产酸发酵,至第9天水解产SCOD达到最大值2 713.2 mg/L,第7天酸化产VFAs达到峰值1 392.7 mg/L。3种污泥酸化产VFAs的主要组分均为乙酸和丙酸,但絮凝污泥VFAs组分中乙酸、丙酸这种优势更加明显,其所占比例分别高达48.9%和27.2%。此外,3种污泥水解酸化产碳源的同时均伴随着氮、磷元素的释放,整体而言,絮凝污泥产酸发酵中氮、磷元素的释放量及释放率均较低。     

不同比例乙酸和丙酸对活性污泥微生物合成聚羟基脂肪酸酯的影响

聚羟基脂肪酸酯（PHA）是一种生物可降解塑料,利用活性污泥合成PHA具有节约成本、操作方便的优点。研究选择污泥发酵液挥发性脂肪酸（VFAs）中比重相对较高的乙酸和丙酸作为碳源自配营养液,深入研究不同质量浓度比对PHA合成的影响。结果表明,乙酸为主要碳源时更有利于PHA的合成,最大合成量12.3%出现在乙酸作为唯一碳源的条件下。此外,PHA合成量随着底物中有机酸比重的增加而增加,充分展现了利用挥发性脂肪酸大量合成PHA的良好前景。     

剩余污泥在微氧条件下利用VFAs合成PHAs的工况优化

针对2种脱氮除磷工艺的剩余污泥,在微氧条件下,以花生渣厌氧发酵产生的VFAs为碳源,控制反应时间为5 h,DO≤0.2 mg·L⁻¹,COD为650~750 mg·L⁻¹,对比2种不同工艺的剩余污泥合成聚羟基脂肪酸酯(PHAs)的量,并探究了增设前置曝气对微氧条件下剩余污泥合成PHAs的影响。结果表明,在微氧条件下,连续流中同步亚硝化反硝化脱氮除磷系统二沉池的剩余污泥(R1)和采用A²O工艺的实际水厂的剩余污泥(R2)合成PHAs最高量分别为108.6 mg·g⁻¹和58.58 mg·g⁻¹,R1比R2更具有合成PHAs的能力;在增设前置曝气实验中,曝气时间的延长和曝气量的增大均可促进PHAs的合成;当曝气气量为50 L·h⁻¹时,曝气20 min后,R1合成的PHAs最高为172.5 mg·g⁻¹。氧化还原电位(Eh)是微氧条件下PHAs合成过程中的重要指示参数,当Eh值为最低时,PHAs合成量最多。以上结果可为脱氮除磷工艺剩余污泥利用廉价碳源合成PHAs提供参考。     

Biodegradation behavior of agricultural pesticides in anaerobic batch reactors

This study explored the biodegradation potential of two agricultural pesticides (2,4-D and isoproturon) as well as their effect on the performance of the anaerobic digestion process. Three 3.5 L batch reactors were used, having the same initial isoproturon concentration (25 mg/L) and different 2,4-D concentrations (i.e. 0, 100, or 300 mg/L, respectively). All systems were fed with equal amounts of primary sludge and digested sludge and operated at the low mesophilic range (32 ± 2°C). Following an acclimation period of approximately 30 days, complete 2,4-D removal was achieved, whereas isoproturon biodegradation was practically negligible. The presence of 2,4-D did not have a direct effect on acidogenesis since soluble organic carbon [expressed either as volatile fatty acids (VFAs) or as total organic carbon (TOC)] peaked within the first 10 days of operation in all bioreactors. Utilization of VFAs however appeared to follow two distinct patterns: one pattern was represented by acetate and butyrate (i.e. no acid accumulation) while the other was followed by propionate, isobuturate, valerate and isovalerate (i.e. acid accumulation, duration of which was related to the initial 2,4-D concentration). On the whole, all reactors exhibited a successful digestion performance demonstrated by complete VFAs utilization, considerable gas production (containing 45 to 65% methane by volume), substantial volatile suspended solids (VSS) reduction (42 to 50%), as well as pH and alkalinity recovery.     

Biodegradation behavior of agricultural pesticides in anaerobic batch reactors

This study explored the biodegradation potential of two agricultural pesticides (2,4-D and isoproturon) as well as their effect on the performance of the anaerobic digestion process. Three 3.5 L batch reactors were used, having the same initial isoproturon concentration (25 mg/L) and different 2,4-D concentrations (i.e. 0, 100, or 300 mg/L, respectively). All systems were fed with equal amounts of primary sludge and digested sludge and operated at the low mesophilic range (32 +/- 2 degrees C). Following an acclimation period of approximately 30 days, complete 2,4-D removal was achieved, whereas isoproturon biodegradation was practically negligible. The presence of 2,4-D did not have a direct effect on acidogenesis since soluble organic carbon [expressed either as volatile fatty acids (VFAs) or as total organic carbon (TOC)] peaked within the first 10 days of operation in all bioreactors. Utilization of VFAs however appeared to follow two distinct patterns: one pattern was represented by acetate and butyrate (i.e. no acid accumulation) while the other was followed by propionate, isobuturate, valerate and isovalerate (i.e. acid accumulation, duration of which was related to the initial 2,4-D concentration). On the whole, all reactors exhibited a successful digestion performance demonstrated by complete VFAs utilization, considerable gas production (containing 45 to 65% methane by volume), substantial volatile suspended solids (VSS) reduction (42 to 50%), as well as pH and alkalinity recovery.     

剩余污泥超声预处理后水解酸化特性

为探讨剩余污泥超声预处理后的水解酸化特性,考察了0.6 W/mL、5 min和1 W/mL、5 min 2种超声预处理条件下污泥水解酸化过程有机质、氮、磷的释放情况。实验结果表明,2种超声预处理均可促进污泥水解酸化,并且0.6 W/mL比1 W/mL的超声预处理更有利于SCOD的释放、VFAs的产生以及氮和磷的释放;水解酸化初期,超声预处理比未经超声预处理的污泥在有机质、氮、磷释放率上差异非常明显,随着水解酸化的进行,有机质和氮释放率差异仍很明显,而磷释放程度逐渐接近;经0.6 W/mL超声预处理,污泥水解酸化3 d后,SCOD释放率、VFAs浓度、TN释放率和NH4+-N释放率分别是未经处理污泥的1.85、2.63、1.85和1.41倍,而TP和PO43--P释放率较未经处理污泥仅分别多2.44和1.23个百分点。研究表明,控制适宜的声能密度、超声时间和水解酸化进程是超声预处理强化剩余污泥水解酸化效果的关键。