基于响应面分析法的微波-过氧化氢-碱预处理污泥水解酸化优化研究

为进一步优化微波-过氧化氢-碱(MW-H2O2-OH)预处理污泥的水解酸化操作参数,在前期单因素试验研究的基础上,采用3因素3水平的响应面分析法,建立了水解温度、水解酸化时间和蛋白酶投加量分别对总VFA浓度和SCOD浓度影响的回归模型,并进行了碳源组成及其可利用性的评估.结果表明,模型极显著,拟合度、可信度和精确度高,数据合理,试验误差小.通过对回归模型的求解及综合考虑,得到优化的工艺条件为水解温度53.13℃、水解酸化时间4 d、蛋白酶投加量30.14 mg·g-1(蛋白酶/总固体浓度(TS),下同).验证结果表明,总VFA浓度和SCOD浓度的相对误差均在3%以内,说明该模型能很好地优化微波-过氧化氢-碱预处理后污泥的水解酸化操作条件和预测总VFA浓度和SCOD浓度.在碳源组成方面,优化工艺条件下SCOD占TCOD(混合液总COD)的44.56%,总VFA、溶解性蛋白质、溶解性糖类分别占SCOD的66.42%、19.34%和6.89%,碳源以总VFA为主,其中,VFA以乙酸(35.11%)、异戊酸(20.14%)、正丁酸(19.94%)、丙酸(16.90%)为主.三维荧光光谱的分析结果表明,污泥上清液中以溶解性微生物产物类酪氨酸和类色氨酸为主.优化组的污泥上清液作为碳源时的反硝化速率(0.184g·g-1·d-1,以每g VSS每天反硝化的NO-3-N量(g)计,下同)远远高于未优化组(0.065 g·g-1·d-1),碳源可利用性介于甲醇和乙酸钠之间,碳源可利用性较好.     

基于微波-过氧化氢-碱预处理的污泥水解影响因素

预处理能有效提高污泥的碳源利用效果.本研究通过批量试验,考察了经过微波-过氧化氢-碱(MW-H2O2-OH)预处理后的污泥水解的影响因素,包括水解时间、接种比例和温度,并考察了优化条件下的污泥水解效果及其有机物特征.结果表明,预处理后的污泥优化水解时间为12 h,优化接种比例I/S为0.07.在此优化条件下(12 h,I/S为0.07),SCOD(溶解性COD)、溶解性蛋白质、溶解性糖类、总挥发性脂肪酸(VFA)的含量均随着温度的升高而增加,在65℃时达到最大.VFA的主要组分均为乙酸、丙酸和异戊酸,其中乙酸所占比例为42.7%~59.7%.在碳源组成方面,SCOD占污泥TCOD(混合液总COD)的37.8%~40.8%,其中溶解性蛋白质占SCOD的38.3%~41.3%,溶解性糖类占SCOD的9.0%~9.3%,VFA占总SCOD的3.3%~5.5%.污泥上清液中的COD/TN为15.79~16.50.三维荧光光谱和有机物表观分子质量分布的分析结果表明,污泥上清液中以溶解性微生物产物类酪氨酸荧光强度最强,并且荧光强度随着水解温度的升高而增强;经过MW-H2O2-OH预处理后,有机物大量释放,其中包括Mr100~350的小分子有机物,而经过水解后,Mr3 000~60 000的有机物得到降解.     

基于微波预处理的酶强化污泥水解酸化研究

微波预处理能显著提高污泥上清液中溶解性有机物含量,进而可作为内碳源补充强化生物脱氮,但释放的大量溶解性有机物却存在碳源可利用性偏低问题.因此,为了提高上述碳源的可利用性,本研究通过批量试验,考察了添加中性蛋白酶和中温α-淀粉酶对微波预处理污泥水解酸化的强化效果,同时研究了水解酸化过程中污泥上清液中有机物的变化特征.结果表明,经过微波-过氧化氢-碱预处理的污泥进行水解酸化能产生较多的挥发性脂肪酸(VFA),碳源可利用性提高,但由于在水解酸化最初的2 d内存在产酸滞后期,导致水解酸化时间被延长.加入中性蛋白酶和中温α-淀粉酶不仅促进了预处理后污泥的水解酸化,而且解除了微波-过氧化氢-碱预处理导致的产酸滞后现象.在55℃、I/S(接种比)=0.07条件下,酶的最佳投加量分别为30 mg·g~(-1)(蛋白酶/总固体浓度TS)和90 mg·g~(-1)(淀粉酶/TS),最佳水解时间为0.5 d,最佳酸化时间为4 d.水解酸化过程中溶解性COD(SCOD)、溶解性蛋白质、溶解性糖类和VFA浓度均呈现先增加后降低的变化规律.水解0.5 d时,30 mg·g~(-1)(蛋白酶/TS)组和90 mg·g~(-1)(淀粉酶/TS)组的SCOD、溶解性蛋白质、溶解性糖类浓度均达到最大值.水解酸化4 d时,30 mg·g~(-1)(蛋白酶/TS)组和90 mg·g~(-1)(淀粉酶/TS)组的总VFA浓度分别为3373.39 mg·L~(-1)(以COD计,下同)和3226.79 mg·L~(-1),比预处理组分别提高了82.37%、74.45%.30 mg·g~(-1)(蛋白酶/TS)组和90 mg·g~(-1)(淀粉酶/TS)组的VFA主要组分均为乙酸、正丁酸和异戊酸,其中,乙酸占总VFA的比例分别为46.53%、45.94%,污泥上清液中的COD/总氮(TN)比分别为13.26、14.41.在碳源组成方面,在水解酸化0.5~4.0 d之内,30 mg·g~(-1)(蛋白酶/TS)组和90 mg·g~(-1)(淀粉酶/TS)组的SCOD浓度基本不变,但随着水解酸化时间的延长,溶解性蛋白质占SCOD的比例均在下降,总VFA占SCOD的比例均在提高,实现了在不改变碳源总量的条件下增加易生物降解有机物比例的目的.     

过氧化氢-敏化剂强化污泥微波预处理溶胞效果的研究

提高污泥溶胞效率是强化污泥厌氧处理的关键.为加强污泥微波预处理溶胞效果,本研究分别考察了常压、半封闭条件下二氧化钛颗粒、碳质材料作为敏化剂与过氧化氢联合进行微波污泥预处理的效果.结果表明,碳质材料敏化剂对微波、过氧化氢-微波污泥预处理产生了负作用,降低了污泥的溶胞效果,而二氧化钛能有效增加污泥中营养物质的释放.当二氧化钛颗粒投加量为0.12 g·g~(-1)干污泥时,SCOD、PO_4~(3-)-P的浓度比单独微波处理分别增加了11.86%、61%;当二氧化钛颗粒投加量为0.24 g·g~(-1)干污泥时,NH_4~+-N释放比单独微波处理高出27.78%.微波辐射作用下投加二氧化钛颗粒产生了羟基自由基,强化了过氧化氢-微波对污泥细胞的氧化作用.     

碱辅助条件下的污泥微波热水解特性研究

向污泥中加入NaOH进行微波热水解实验.结果表明,每1 g污泥悬浮固体(SS)添加NaOH 0.1 g时,污泥中的挥发性悬浮固体(VSS)快速水解,170℃的VSS溶解率达到60%以上,热水解后污泥的有机物含量(VSS/SS)降低至25%.80、120、150和170℃热水解5 min的污泥液相COD浓度分别为9.8、12.8、15.1和14.5 g/L,相应SCOD/TCOD为24.0%、31.3%、36.9%和35.6%.随温度的升高和时间的延长热水解污泥pH越低,最低值10.5.在每1 g SS添加0~0.2g NaOH的范围内,当添加量0.05 g时,VSS和SS的溶解率增加幅度降低.分别对NaOH添加量0.05 g热水解5 min和添加量0.1 g热水解1 min的污泥进行BMP厌氧消化实验.结果表明,添加量为0.05 g时热水解污泥的厌氧消化性能提高,经150℃处理污泥的产气量最大,比未处理污泥高28.5%,而在添加量为0.1 g时,污泥的厌氧消化性能受到抑制,产气量低于未处理污泥.     

超声波污泥水解酸化的研究

在室温条件下,将城市污水处理厂产生的部分剩余污泥进行超声波处理后,与原剩余污泥按一定的比例混合,置于水解罐中进行水解酸化反应,考察超声波泥投配率及水解时间对水解酸化开发碳源的影响.结果表明:超声波处理泥投配率越大,溶解性COD(SCOD)的增加量就越大,但是将全部剩余污泥进行超声波处理的水解酸化效果不及部分污泥进行超声波处理的效果好.SCOD随SRT的增加而增加,0～6 h之间的增加率较高,达20%.刺余污泥中磷和氨氮值较高,本试验对磷和氨氮在水解酸化过程中的变化情况也进行了监测,便于为后期的回收利用提供依据.     

微波预处理污泥水解产酸特性研究

以进泥不经微波预处理为对照,研究了在进泥浓度为20 g/L、温度为20℃、HRT为6 d、pH为6.0的条件下,污泥经微波预处理(功率280 W,时间480 s)后加入序批式反应器中的水解产酸效果。结果表明:微波预处理后,污泥发酵液中挥发性脂肪酸(VFAs)、溶解性总糖、SCOD、氨氮浓度最大提高率分别为33%、11%、9%、25%,溶解性蛋白质浓度最多降低46%,微波预处理有助于污泥底物释出及产酸量的提高。     

水解酸化工艺预处理混合型城市污水

采用水解酸化-厌氧-改良Carrousel氧化沟组合的脱氮除磷工艺,进行混合型城市污水处理的试验研究。在不同的水力停留时间(HRT)下,分别试验测定了水解酸化池进出水的各项指标。结果表明:最佳水力停留时间(HRT)为3 h,进水ρ(COD)为150～1 200 mg/L、ρ(NH3-N)为12～40 mg/L、ρ(TN)为14～58 mg/L、ρ(TP)为1.7～4.2 mg/L,所对应的去除率COD为-29%～66%、NH3-N为-55%～33%、TN为-45%～69%、TP为-80%～66%。可见基于水解酸化工艺预处理可成功实现混合型城市污水中有机物的水解和酸化。     

微波-过氧化氢联合作用处理污泥的影响因素

作为一种新的污泥预处理技术,微波-过氧化氢联合作用处理污泥显示出高效、快速的优势.试验考察了3个主要参数:污泥浓度(定量H2O2和等比例H2O2/TSS投加)、微波功率和pH值对微波-过氧化氢联合作用处理污泥的影响.研究结果表明:①在H2O2定量投加(5000mg·L-1)时,当污泥浓度超过22g·L-1,溶出COD没有显著增加;在H2O2与TSS等比例投加条件下,COD溶出与污泥浓度呈线性关系;②微波功率在200～1000W范围内不影响污泥处理效果;③在微波-过氧化氢联合作用处理污泥时,污泥溶解比例随着污泥初始pH值的提高而增加.     

抗生素废水水解酸化预处理试验研究

采用水解酸化反应器对抗生素生产废水进行了预处理的试验研究,考察了不同的影响因素对处理效果的影响。结果表明:水解酸化工艺对于抗生素废水是一种有效的预处理手段。     

Optimization of H2O2 dosage in microwave-H2O2 process for sludge pretreatment with uniform design method

A microwave-H₂O₂ process for sludge pretreatment exhibited high efficiencies of releasing organics, nitrogen, and phosphorus, but large quantities of H₂O₂ residues were detected. A uniform design method was thus employed in this study to further optimize H₂O₂ dosage by investigating effects of pH and H₂O₂ dosage on the amount of H₂O₂ residue and releases of organics, nitrogen, and phosphorus. A regression model was established with pH and H₂O₂ dosage as the independent variables, and H₂O₂ residue and releases of organics, nitrogen, and phosphorus as the dependent variables. In the optimized microwave-H₂O₂ process, the pH value of the sludge was firstly adjusted to 11.0, then the sludge was heated to 80℃ and H₂O₂ was dosed at a H₂O₂:mixed liquor suspended solids (MLSS) ratio of 0.2, and the sludge was finally heated to 100℃ by microwave irradiation. Compared to the microwave-H₂O₂ process without optimization, the H₂O₂ dosage and the utilization rate of H₂O₂ in the optimized microwave-H₂O₂ process were reduced by 80% and greatly improved by 3.87 times, respectively, when the H₂O₂:MLSS dosage ratio was decreased from 1.0 to 0.2, resulting in nearly the same release rate of soluble chemical oxygen demand in the microwave-H₂O₂ process without optimization at H₂O₂:MLSS ratio of 0.5.     

UV/H2O2工艺降解微囊藻毒素-LR

采用UV/H₂O₂联合工艺,研究了光强、初始浓度、H₂O₂投加量、pH及阴离子对微囊藻毒素-LR (MC-LR)去除率的影响.结果表明,单独H₂O₂对MC-LR基本无去除效果;单独UV工艺可以一定程度上降解MC-LR;而UV/H₂O₂联合工艺由于发生协同作用明显提高降解效率.试验发现,随着光强的增大,MC-LR的去除率不断提高;随着MC-LR初始浓度的增大,其去除率不断降低;随着H₂O₂投加量的增大,降解速率常数逐渐增大,当H₂O₂投加量由1 mmol/L增大到3 mmol/L时,降解速率常数由0.084 4上升到0.166 4;当pH为3.13时,在相同条件下MC-LR的去除效果最好;阴离子的投加不利于MC-LR的降解,其中CO^2-₃、NO^-₃影响最大.     

臭氧过氧化氢降解西马津试验研究

利用O3/H2O2体系降解内分泌干扰物类除草剂西玛津,对氧化产物进行了色谱分析,以评价该体系去除西玛津效能.西玛津浓度为2mg/L,过氧化氢与臭氧摩尔比为0.7,臭氧浓度为10.0mg/L,室温(26℃), pH值为7～8条件下,西玛津的去除率最高可达87.1%,说明O3/H2O2体系氧化西玛津的反应条件温和,易于工程应用;自来水本底西玛津的去除率较纯水中高约10%,达到86.9%;腐殖酸对西玛津的降解影响表现为低浓度促进高浓度抑制,碳酸氢根对西玛津降解的抑制作用较小;GC-MS检测到脱乙基西玛津的存在,通过对LC-MS谱图的分析也证明伴随西玛津的氧化,有脱乙基产物的生成;产物的IC检测结果表明存在脱氯反应过程,且有部分三嗪环被打开,说明臭氧过氧化氢系统氧化降解能力较强.     

O3/H2O2降解水中扑灭通效能研究

利用拟一级降解速率常数表征O3/H2O2对扑灭通(Prometon)的氧化效能,探讨了n(H2O2)/n(O3)、pH值、水质和碳酸氢根离子对去除的影响,对有机氧化产物进行了气相和液相质谱分析,以离子色谱法测定了反应过程中产生的NO3-,在此基础上对扑灭通降解途径进行了研究.结果表明,扑灭通初始浓度2 mg.L-1,反应温度25℃,O3投量13 mg.L-1时,最佳反应条件为n(H2O2)/n(O3)=0.7,体系pH为7～8;扑灭通在自来水中的去除效果好于纯水;HCO3-浓度>50 mg.L-1时,对扑灭通的氧化有明显的抑制作用.液质和气质的分析结果表明扑灭通并未开环,氧化过程中扑灭通三嗪环支链上的2个异丙基首先被氧化脱去,离子色谱检测到的NO3-是三嗪环支链胺基氧化的产物.     

H2O2预氧化对负载铁制备污泥炭基催化剂效能的影响

以城市污水厂二沉池污泥为原料,考察了不同H_2O_2投加量下污泥预氧化对铁负载污泥形成前驱体及其热解后制得炭基催化剂性能的影响,研究了污泥预氧化对强化铁负载制备均一分散型污泥炭基催化剂的机理.结果表明,污泥预氧化促进了污泥细胞破解,降低了絮体颗粒粒径和表面Zeta电位,使铁负载量增加、铁活性位点在污泥载体上的分散性明显增强,形成炭基催化剂保持着高催化活性,其稳定性显著增加.对模拟含铬黑T染料废水的多相芬顿降解试验说明,当污泥预氧化H_2O_2投加量为2.25%时制备的炭基催化剂,其反应120 min后铬黑T的降解率为91%,略低于未预氧化时污泥炭基催化剂的降解效率(96%);但未预氧化炭基催化剂其反应后溶液中铁离子的溶出量(18.9%)远高于预氧化后形成的催化剂(2.5%),且后者循环3次对铬黑T的降解率仍可达到86%,表现出较强的稳定性.     

O3/H2O2氧化苯乙烯气体性能及机制

O3/H2O2体系能产生大量自由基,臭氧与自由基的耦合氧化作用能提高苯乙烯的氧化去除效率.采用O3/H2O2氧化高浓度苯乙烯有机废气,研究了臭氧投加量、停留时间、H2O2体积分数、循环液喷淋密度和O3/C8H8摩尔比对苯乙烯去除率的影响.结果表明,O3/H2O2气液两相氧化能高效净化苯乙烯有机废气,苯乙烯去除率可达85.7%.适宜运行条件:停留时间为20.6 s,H2O2体积分数为10%,喷淋密度为1.72 m3·(m2·h)-1,O3/C8H8摩尔比为0.46.采用GC-MS分析O3/H2O2气液两相高级氧化苯乙烯出口气样,研究结果表明苯甲醛(C6H5CHO)和苯甲酸(C6H5COOH)为O3/H2O2氧化苯乙烯的中间产物,并推测出苯乙烯的降解机制.     

厌氧水解酸化-好氧氧化A1/A2/O工艺剩余污泥减量

在碱减量印染废水A₁/A₂/O生物处理系统,通过污泥回流、把剩余污泥回流到A₁段,利用A段污泥的水解、酸化和O段微生物的好氧氧化作用可有效实现对回流剩余污泥的减量,同时O段好氧污泥的表观产率系数下降,系统产生的剩余污泥量减少.厌氧水解酸化-好氧氧化A₁/A₂/O工艺实现污泥减量由3段共同完成:A₁段实现回流剩余污泥的“液化”和惰性化;A₂段对系统污泥减量起到了强化作用;而O段微生物的合成作用在逐渐减弱.6个月连续运行的动态试验表明,在A₁段的容积负荷(COD_Cr)为2.54 kg·(m³·d)^-1、水力停留时间为7.56h条件下,A₁段利用水解酸化作用对回流剩余污泥的减量达到67.87%,系统O段好氧污泥的表观产率系数也下降到试验初始时的45.5%.在A₁/A₂/O污泥减量系统中,各段污泥性状发生了变化,A₁段污泥[MLVSS/MLSS]值从试验开始时的0.718 2下降到0.592 2,A₂段污泥[MLVSS/MLSS]值从0.667 3下降到0.526 7,剩余污泥的减量是活性污泥逐渐惰性化过程,污泥的粒度分析也证明了这一点.     

静电纺丝法制备CaIn2O4-In2O3纳米带及其光催化性能

利用静电纺丝技术原位制备了准一维结构CaIn_2O_4-In_2O_3纳米带.采用XRD、SEM、TEM、EDS、UV-vis DRS、N_2吸附-脱附曲线等对合成的光催化剂进行表征,并以对苯二甲酸(TA)为分子探针物质,结合荧光技术探讨了光催化反应过程中·OH自由基的变化.以亚甲基蓝(MB)为降解目标物,考察了CaIn_2O_4-In_2O_3纳米带的光催化活性,并研究了溶液pH及MB初始浓度对其光催化活性的影响.研究结果表明,宽度约为(663±75) nm的CaIn_2O_4-In_2O_3纳米带由直径约为80 nm的纳米颗粒组成,且纳米颗粒之间有一定的孔隙.模拟太阳光辐照120 min,MB的降解率为76%,且降解过程服从一级动力学模型.CaIn_2O_4-In_2O_3纳米带在酸性环境中显正电性,且光催化反应体系中·OH自由基的生成量随反应时间线性增加.CaIn_2O_4与In_2O_3的耦合使得合成的光催化剂在模拟太阳光下具有良好的光催化活性.