高含固污泥在热水解-厌氧消化工艺中的流变特性分析

对热水解-中温厌氧消化联合工艺中的高含固率调配污泥、热水解污泥和消化污泥的流变特性进行分析,考察了3种污泥的黏度、屈服应力和触变性等流变特征指标在不同工艺中的变化规律,并讨论了TSS对污泥流变特性的影响。结果表明:调配污泥、热水解污泥和消化污泥均为假塑性非牛顿流体,都可用Herschel-Bulkley模型进行描述;极限黏度与TSS之间呈指数关系;屈服应力在TSS高于7.3%时增长趋势加剧,流动性变差;热水解污泥和消化污泥的触变性与调配污泥相比降低50%以上,使用触变性动力学系数K来表征污泥的触变性较滞后环更适宜。     

MBR污泥热水解强化厌氧消化中试研究

针对MBR污泥开展热水解强化厌氧消化中试研究,考察了热水解对污泥性质、厌氧消化效率和污泥脱水性能的影响。结果表明,热水解后污泥中总固体(TS)、挥发性固体(VS)的含量基本不变,但污泥的溶解性总固体(s TS)和溶解性挥发性固体(s VS)含量提高至原泥的10倍左右,总固体解离度(TSDD)和挥发性固体解离度(VSDD)分别为31.7%和51.9%,同时污泥的黏度由927.8 m Pa·s降低至550.4 m Pa·s,污泥流动性显著增强。热水解处理可有效提高污泥厌氧消化反应效率,沼气产量和有机分解率均提高1倍,化学需氧量(COD)消减率由33%上升至44%,但热水解厌氧消化后污泥NH+4-N浓度为传统厌氧消化的2倍。此外热水解能有效改善污泥脱水性能,不添加任何药剂时,热水解污泥经板框压滤机脱水后含水率可降至33.29%。     

高含固厌氧消化污泥流变特性

采用完全混合式反应器R1、R2和R3(搅拌频率分别设为不搅拌、每10 min转动5 min和每10 min转动8min),在序批式运行的状态下,考察了不同搅拌频率对高含固厌氧消化过程中污泥流变特性的影响,探究了污泥表观黏度降低的主要原因以及污泥流变特性与各项物化指标的关系。结果表明,各个反应器消化污泥表观黏度μ值在发酵的前4天均出现大幅降低,下降幅度依次达到73.3%、77.8%和80.0%,从厌氧装置设计和运行的角度来看,脱水污泥高含固厌氧消化具有可行性。各反应器消化污泥的含固率(total solid,TS)以及挥发性固体(volatile solid,VS)占TS的比例VS/TS与表观黏度μ值以及稠度系数K值呈现显著性的指数关系,而污泥颗粒中胞外聚合物(extracellular polymeric substance,EPS)的含量与污泥表观黏度之间的相关关系则较弱。厌氧消化的初始阶段,微生物(主要是水解菌与产酸菌)的作用是污泥黏度急剧降低的主要原因。     

碱度对聚合氯化铝调理污泥脱水和流变的影响

针对厌氧消化污泥的难脱水问题,探究了不同碱度条件下污泥经聚合氯化铝调理后的脱水效果和流变特性变化。以高级厌氧消化污泥为研究对象,调节碱度后考察污泥理化性质的变化。在碱度调节的基础上投加聚合氯化铝进行调理,通过测定抽滤泥饼含固率、屈服应力和表观黏度等指标,研究不同碱度下调理污泥的脱水效果和流动性改善情况。结果表明,污泥碱度调节会对上清液中总磷和氨氮的质量浓度产生影响,可以通过碱度变化控制污泥中的P和N等元素的质量浓度。在低碱度条件下,减少聚合氯化铝的投加量可以获得较好的污泥脱水效果和流动性。当污泥碱度值为1 842.00 mg·L^-1时,添加0.02 g·g^-1的聚合氯化铝进行调理,抽滤泥饼的含固率达到最高值31.97%;同时,在这个条件下,污泥的极限黏度接近0,达到最低值,污泥的流动性得到了提升。调理污泥在具有最佳流动性能的同时达到最佳脱水效果。本研究结果可从污泥碱度变化的角度为污泥脱水性能的提升与调理剂的优化投加提供参考。     

城市污水厂污泥化学调理深度脱水机理

城市污水厂剩余污泥脱水是当前实际生产中亟待解决的问题。考察了厦门市集美污水厂剩余污泥经FeCl3和CaO,投加量分别为污泥质量分数的0.5%～0.7%和1.0%～1.5%化学调理前后污泥粒度、形态及胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)的变化。结果表明,调理后污泥比阻降低86%,污泥颗粒之间细碎紧密,细菌表面变得粗糙,经板框压滤后含水率低于60%。由三维荧光光谱(three-dimensional emission and excitation matrixs,EEM)光谱分析可知,LB-EPS(loosely bound-EPS)同TB-EPS(Tightly bound-EPS)的荧光峰整体发生红移,出现位于IV区域的色氨酸类蛋白质荧光峰Ex/Em=313/380 nm。FeCl3和CaO的加入一方面破坏了污泥颗粒的细胞结构,使EPS大量溶出,细胞结合水变成表面吸附水;另一方面Fe3+和CaO水解,中和污泥负电荷,通过压缩双电层作用破坏污泥胶体颗粒的稳定,去除表面吸附水,大幅提高了污泥的脱水性能,利于进一步板框压滤脱水。     

电渗透耦合Fe2+-过硫酸钠污泥脱水过程中EPS的变化特性

为了考察电渗透耦合Fe~(2+)-过硫酸钠污泥深度脱水的机制,采用自制装置对市政污水处理厂的污泥进行了脱水研究。系统研究了在不同电压梯度、机械压力、过硫酸钠投加量、Fe~(2+)与过硫酸钠比例、阴阳极间距等操作条件下,污泥中胞外聚合物(EPS)的组成及分布对污泥脱水效果的影响。结果表明,电渗透耦合Fe~(2+)-过硫酸钠可以改善污泥的脱水效果,过硫酸钠经过Fe~(2+)和热活化作用产生的硫酸根自由基对污泥中EPS的破坏作用明显,从而造成EPS特性改变。其中,紧密型胞外聚合物(TB-EPS)中的蛋白质和多糖、松散型胞外聚合物(LB-EPS)中的蛋白质及各层EPS中的蛋白质/多糖与污泥脱水效果存在显著相关性;黏性胞外聚合物(S-EPS)和LB-EPS中的多糖与污泥脱水效果存在显著相关性。TB-EPS、LB-EPS及其中含有的蛋白质和多糖含量是影响污泥电渗透耦合Fe~(2+)-过硫酸钠脱水效果的主要因素。     

添加餐厨油脂对高含固污泥热水解及厌氧消化的影响

针对高含固污泥热水解传热差的问题,通过向剩余污泥中添加餐厨油脂协同污泥热水解以达到加速热水解过程的目的,探究了热水解时间和油脂添加量对污泥有机物水解及中温(35±1)℃厌氧消化性能的影响。结果表明:油脂与污泥协同热水解可有效促进污泥中不溶态有机物的水解,当热水解温度为165℃、水解时间为90 min时,油脂与污泥的质量比为0.4∶1时,有机物水解效果最佳;添加油脂能提高热水解速率,当油脂与污泥的质量比分别为0.2∶1、 0.4∶1、 0.6∶1时,污泥中不溶态有机物的水解速率分别提高了23.30%、 43.63%和62.98%;油脂的添加可提高甲烷产量和产甲烷速率,但会延长延滞期,综合考虑热水解与厌氧消化的性能,建议预处理时间为90 min、油脂与污泥的质量比为0.2∶1为最佳条件。添加餐厨油脂可加速高含固污泥的热水解过程,有助于实现污泥的高效处理。     

炭材料调理改善活性污泥脱水性能的影响机制

活性污泥中的胞外聚合物EPS含黏性蛋白类物质并高度亲水,调控污泥中溶解性EPS和溶解性蛋白类物质是改善污泥脱水的有效途径。通过使用不同炭材料调理污泥的方法来观察污泥脱水性能的变化,深入解析污泥絮体及EPS含量和组分的变化特征。结果表明:炭材料调理污泥可以改善其脱水性,且炭材料吸附容量越大对污泥脱水性改善效果越好;不同炭材料对污泥絮体影响效果不同,经过未改性活性炭(AC-0)、HNO3改性活性炭(AC-1)和石墨调理的污泥絮体粒径变大,经酸碱交替改性活性炭(AC-5)调理的污泥絮体粒径变小;炭材料调理后EPS中蛋白类的荧光峰A、B和腐殖酸、富里酸的荧光峰C、D都得到有效降低,且其对腐殖酸和富里酸的吸附效果比蛋白类物质要好,对低分子质量物质和中分子质量物质的吸附效果要好于对大分子质量物质的吸附效果。     

高铁酸钾预处理对活性污泥脱水性能的影响

通过投入不同剂量的高铁酸钾于剩余活性污泥中,研究其对污泥絮体性质和脱水性能的影响作用。污泥絮体性质的研究包括絮体粒径的变化以及污泥EPS含量的变化。脱水性能的研究包括过滤脱水性能(以CST表征)以及脱水程度(离心泥饼含固率)。实验结果表明,高铁酸钾的强氧化性可以破坏污泥絮体结构,提高污泥的机械脱水程度;但同时污泥EPS含量增加,对污泥过滤脱水性能有负面影响。高铁酸钾氧化分解生成的Fe(OH)3具有絮凝能力,可以使污泥颗粒重新絮凝;而其混凝作用可以破坏污泥细胞的稳定性,提高污泥的沉降性能。     

剩余活性污泥和厨余垃圾续批式混合中温消化试验研究

将加碱水解和未水解剩余活性污泥与厨余垃圾混合后进行序批式中温厌氧消化,对生化产甲烷势(BMP)进行了测定.剩余活性污泥的水解通过添加NaOH进行,合理的NaOH投量为40 mmol/L,在25 ℃和35 ℃下经过6 h的水解后SCOD水解率分别提高27.4%和31.1%.厨余垃圾、25℃和35℃下水解污泥的最终甲烷产量分别为607、284、312 mL/g(VS),两种水解污泥比未水解污泥分别高出43%、57.6%,水解污泥和厨余垃圾混合消化的可降解能力要优于未水解污泥和厨余垃圾的混合进料.     

超声联合热碱预处理对剩余污泥厌氧消化的影响

以不同含固率剩余污泥为研究对象,在超声联合热碱预处理条件下,考察了污泥在厌氧消化过程中的减量以及细胞物质释放的特性。厌氧消化阶段,经过预处理作用的预处理泥挥发性悬浮固体(VSS)、溶解性COD(SCOD)的去除率均高于原泥,且VSS、SCOD去除率均随污泥含固率的增加而减少,SCOD去除率(X_(SCODr),%)和产气量(Y_(QY),mL/g)存在定量函数关系,即Y_(QY)=-0.148 7 X~2_(SCODr)+24.771 X_(SCODr)-775.68,同时SCOD去除率与VSS去除率(X_(VSSr),%)存在线性关系X_(SCODr)=0.533 3 X_(VSSr)+43.411。预处理对污泥在厌氧消化阶段氨氮、磷酸根磷的影响也随含固率的增大而减小,含固率为1.5%的预处理泥氨氮、磷酸根磷浓度相较原泥增幅最大,依次增长了97.3%、166.0%。     

污泥厌氧消化的热预处理研究进展

热预处理能够提高后续厌氧消化效率,改善污泥脱水性能。对国内外污泥热预处理的研究进行了归纳,包括热与碱、超声波和氧化法的联合预处理,重点介绍了热预处理对污泥溶解作用、厌氧消化、脱水性和流变性的影响,分析了热处理与厌氧消化整体的能量平衡。最后提出了热预处理研究中存在的问题,并展望了今后的发展趋势。     

低温热水解对污泥触变性及脱水性能的影响

污泥经过热水解预处理后,其流变和理化性质发生了不可逆的变化。为实现后续污泥处理处置过程的最优化,分别采用触变动力学系数(K)和离心脱水泥饼的总固体含量(TS)作为污泥触变性及脱水性能的评价指标,系统研究低温热水解(60～90℃)对于污泥触变性及脱水性的影响。结果表明,热水解48 h后,污泥的触变性增大,脱水性能提高,且热水解温度的升高与触变性的增大和脱水性能的提高呈对数关系。污泥脱水性的提高与触变性的增强呈良好的线性关系,触变动力学系数有望成为比较污泥脱水性能的新工具,从流变学角度提出了评价污泥脱水性能的新方法。     

污泥加热预处理对中温厌氧消化的影响

对污泥加热预处理给中温厌氧混合消化和污泥单独消化带来的影响进行了研究.研究结果表明,污泥加热预处理有利于提高混合消化对 COD 的去除率,尤其是 SCOD 的去除率由 77%增长到 93%,但不利于 TS 和 VS 的去除;而对污泥单独消化,预处理则不利于有机物的去除.采用加热预处理后的污泥进样,混合消化和污泥单独消化的甲烷产气量均有所提高.     

添加三氯化铁对中温污泥厌氧消化优化调理

污水处理厂产生的大量污泥已成为迫在眉睫的难题,厌氧消化是目前污泥处理的一种常用方法。然而,传统污泥厌氧消化存在效率低、沼气中硫化氢含量高以及消化污泥脱水困难等问题。全面探究了添加FeCl_3对污泥厌氧消化效率、消化污泥脱水性能、沼液处理和沼气利用的影响。结果表明,添加FeCl_3使产气量和产甲烷量分别提升了29.7%和37.4%,有机物去除率从28.1%提升到29.6%。添加FeCl_3能改善消化污泥脱水性能。此外,厌氧消化后,添加FeCl_3使沼液中的氨氮浓度降低12 mg·L~(-1),磷酸盐浓度降低20.7%,沼气中硫化氢浓度降低了63.3%。     

热水解超声组合预处理对污泥厌氧消化产气潜力的影响研究

针对城市污泥厌氧消化由于融胞困难所导致的消解速率低、产气量低等问题,采用热水解与超声组合的方法对污泥进行预处理,考察经预处理后污泥融胞效率的变化及对厌氧消化产气潜力的影响.结果显示,热水解与超声波组合工艺对污泥的破胞作用明显,在30 min热水解与0.53 W/mL超声声能密度组合工艺反应60 min条件下,相对于处理前污泥,预处理后污泥溶解性COD(SCOD)溶出率可提高41.6％,蛋白质增加值达282.7 mg/L,污泥厌氧消化的产气潜力显著增加;30 min热水解分别与0.53、0.33 W/mL超声声能密度组合工艺对污泥破胞效率的差异不大;随着超声时间的延长,在组合预处理工艺前20 min内SCOD的溶出速率较慢,20260 min时溶出速率逐渐提高.试验结果可为城市污泥厌氧消化预处理工艺的选择提供一定的理论依据.     

污泥流变学及其厌氧消化混合特性数值模拟研究进展

污泥作为一种非牛顿流体,其流变特性对厌氧消化过程中的传质、传热、搅拌和物料输送等有着重要影响。系统阐述了污泥流变学属性,如流变特性的影响因素、流变模型以及其测试方法。由于污泥在厌氧消化反应器中流场的复杂性及其本身的不透明性,难以对其流场进行高效的实验测试,利用计算流体力学(CFD)技术结合流变学参数对流场进行数值模拟是一种有效工具。因此,综合分析了CFD技术在污泥厌氧消化过程中的研究现状及其搅拌混合过程中旋转桨叶处理方法的选择,并对污泥厌氧消化过程中进行数值模拟存在问题及进一步研究方向进行了展望。随着深入研究,以污泥流变学、计算流体力学为基础结合污泥厌氧消化生化反应过程联合数值模拟研究,将会为控制污泥的厌氧消化工艺提供更加全面和重要的技术措施。     

厌氧系统中碱处理对污泥减量的影响

碱解预处理污泥和原污泥按一定比例进行混合后,投入厌氧反应器中进行消化,研究其对污泥减量化的影响。结果表明,该处理既可以提高污泥减量率,又能改善污泥厌氧消化性能,提高污泥产气量。当碱处理污泥和原污泥混合比为1∶3时,在混合初期由于稀释作用和水解中和作用,溶液的pH能迅速恢复到中性。SS减少48%,较对照组提高了10%;SCOD减少约80%,较对照组提高20%,而空白对照组因未发生溶胞作用,各参数值均处于较低水平,降解率也维持在较低水平。     

脉冲弧光放电等离子体水解活性污泥

活性污泥水解对提高污泥的稳定性、缩短厌氧消化时间和增大甲烷产率具有重要意义。研究了脉冲弧光放电等离子体(PADP)水解活性污泥方法,考察水解效果、影响因素和水解后的污泥性状。结果表明:随着峰值电压、频率和电导率的增加,污泥上清液营养物质含量呈增长趋势,溶胞率(R)升高;随着放电时间的增加,R增加,氨氮物质(NH_4~+-N)先增加后降低,可证明NH_4~+-N降解率逐渐上升且最终高于其释放率;污泥在14kV、25 Hz、1600μS·cm~(-1)条件下放电150min,R增加到51.3%,NH_4~+-N、蛋白质和多糖等有机物大量释放;经过PADP处理,污泥沉降性降低,絮凝体结构改变,含固量和颗粒尺寸降低,污泥生物大量死亡,水解污泥生物由光滑、完整的表面结构变得粗糙、破裂,细胞壁(膜)受损明显,污泥发生水解。     

热处理对脱水污泥溶解特性及厌氧消化性能的影响

分别对脱水污泥在100、130和170℃条件下进行热处理,研究热处理对脱水污泥溶解特性的影响。此外,在半连续式完全混合反应器中进行厌氧消化实验研究不同热处理污泥的厌氧消化性能。实验结果表明,在100、130和170℃条件下,污泥COD溶解率由处理前的5.23%分别提高至20.08%、22.50%和27.20%,脱水污泥热处理规律和效果与高含水率污泥(总固体含量<5%)基本一致。经130℃2 h和170℃30 min高温热处理后污泥甲烷产率显著提高,较原泥分别提高24.64%和38.61%,沼气中甲烷含量稍有降低。