生物与化学表面活性剂协同洗脱土壤中PCBs的研究

通过序批实验和土柱淋洗实验研究了由生物表面活性剂鼠李糖脂(RL)与非离子化学表面活性剂十二烷基醇聚氧乙烯(6)醚(POE(6))混合得到的复配试剂洗脱污染土壤中多氯联苯(PCBs)的作用效果及其作用机理。结果表明,同一土样中,从批实验得到的PCBs洗脱率略高于土柱淋洗实验。RL与POE(6)两种单一试剂对人工污染土样中的PCBs洗脱率均大于60%,而对陈化土样中的洗脱率均不到20%,且土壤中的TOC含量越高,PCBs的洗脱率越低。在质量浓度为301 mg/L(10 CMC)及1 505 mg/L(50 CMC)的RL-POE(6)复配试剂中,RL与POE(6)对人工污染土壤中PCBs的洗脱具有一定的协同作用。当复配试剂的浓度为301 mg/L时,RL与POE(6)对陈化土样中PCBs的洗脱没有协同作用;但当RL-POE(6)的浓度增加到1 505 mg/L时,RL与POE(6)对陈化土样中PCBs的洗脱具有明显的协同作用。     

厌氧消化和好氧堆肥对城市污泥中新污染物的削减

城镇污水处理规模的扩大使得城市污泥的产生量增加,而药物及个人护理品(PPCPs)、生物性污染物、微塑料(MPs)和雌激素等新污染物在污泥中的检出率也呈增加趋势。污泥厌氧消化制沼气、好氧堆肥制土壤改良剂具有削减污染物、回收有价值组分、降低环境风险等多重功效,然而它们对新污染物的削减效果尚待考察。以上述4种新污染物为例,比较了它们在不同国家城市污泥中的存在状况,综述了厌氧消化、好氧堆肥、厌氧消化和好氧堆肥结合以及与物化措施联合对新污染物的削减情况及存在的问题。针对污泥中多种新污染物并存的状况,提出未来应开发针对多种新污染物的去除技术,同时强化新污染物削减机制的研究,以保障城市污泥的安全利用。     

鼠李糖脂对剩余污泥中铜和镍的去除

采用批次淋洗的方法研究了鼠李糖脂浓度、pH、淋洗时间、提取次数以及重金属形态对剩余污泥中Cu和Ni去除效果的影响。结果表明,随着鼠李糖脂浓度的增加,2种重金属的去除率增加,且鼠李糖脂在碱性条件下对Cu和Ni的去除效果较好,最高去除率可分别高达80.77%和46.74%;随着振荡时间和提取次数的增加,Cu和Ni的去除率随之增加,并明显高于去离子水的提取;对污泥重金属形态进行分析发现,鼠李糖脂能有效去除酸提取态的Cu和Ni。研究结论可为剩余污泥的资源化而产生重金属安全隐患问题提供解决的参考方案和奠定理论基础。     

山羊粪污颗粒静态好氧堆肥过程的生物强化

对山羊粪便颗粒进行了理化表征,发现其外表致密内芯多孔的结构特点,且其总体C/N比为25.69~27.88,适合直接堆肥,提出采用生物接种破坏表层,强化堆肥进程的思路.研究结果表明,生物接种可以大大强化堆肥过程中的生化反应进程,缩短堆肥发酵周期.产物中N、P含量随着生物接种量的增加而增大.当以VT-1000菌剂按10 mL/kg干物质接种时,堆体温度在2 d内就达到50℃,在高温期50~60℃维持7 d以上,其堆肥腐熟后物料TN、TP分别增加0.70%和1.59%,其C/N<15,更趋于稳定化,且最终产物中粪大肠菌群数<3个/g,未检验出蛔虫卵,实现了无害化处理.     

代谢表面活性剂菌处理含油污泥的研究

试验采用异位生物修复技术堆肥法,对某炼厂油泥进行生物修复处理研究.用微生物代谢的表面活性剂对油泥进行预处理,洗脱油泥中部分油分后进行堆肥试验,投加从油田含油土壤中获得的以石油为唯一碳源、代谢高效生物表面活性剂的微生物C-2菌、F-2菌以及无机营养物和疏松剂(锯末),降解油泥中的石油污染物.经过外源微生物和内源微生物共同作用120 d,油泥中的石油烃总量由22 910 mg/kg下降到3 000 mg/kg以下.试验利用色谱-质谱联用方法分析了降解前后石油组分的变化.菌株经传统方法鉴定为蜡状芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌.     

塔式自然通风好氧堆肥反应器的开发与应用

针对现有堆肥反应器处理效率低、运行和维护成本较高及堆肥效率不稳定等问题,开发了塔式自然通风好氧堆肥反应器。从物料和热量平衡、通风量优化等方面对反应器进行研究。反应器主要包括反应器主体、通风管、物料承托筛板和温度监控系统等,具有运行及维护简单、能源耗费低等优点。在通风高度为3 m,初始物料投加量5.65 kg(干重比︰粪便/锯末=1∶2.5),含水率约60%时,对人粪便进行好氧堆肥实验。结果表明,堆体温度最高至62℃,并且在50℃以上高温保持5 d;TOC和COD均呈持续下降趋势,降解率分别为64.14%和56.45%;种子发芽指数为113.64%,完全达到腐熟标准。     

表面活性剂在剩余污泥处理中的作用机制研究进展

污水处理过程产生的大量剩余污泥具有含水率高、有机物含量高以及富集了多种有毒有害物质的特性,必须进行适当预处理方能进行后续处置与利用。表面活性剂因其独特的两亲结构及表/界面活性近年来逐渐被应用于污泥处理过程。综述了常用表面活性剂对污泥脱水以及厌氧发酵过程的影响,重点对表面活性剂的作用机制进行了总结归纳：在污泥脱水过程中,表面活性剂主要发挥增溶作用;在污泥厌氧发酵产酸过程中,表面活性剂的增溶作用以及对微生物活性的改变共同影响产酸效果。最后对表面活性剂应用于污泥处理中的研究前景进行了展望。     

甲基汞和腐殖质在污泥堆肥过程中的变化特征及其相互关系

好氧堆肥-土地利用是实现污泥资源化处置的主要方式,但污泥中重金属的环境健康风险是限制污泥土地利用的重要因素。通过观测北方某工程规模的污泥好氧堆肥过程汞、甲基汞的变化,并基于三维荧光光谱区域积分分析,研究好氧堆肥过程甲基汞的变化特征及其与有机物中腐殖质变化关系。结果表明,堆肥前后,汞与甲基汞质量分数未发生明显变化,但通过质量衡算发现,堆肥结束后堆体中汞总量从(272.56±25.71) g下降到(211.10±12.97) g,出现22.5%的汞散失,而甲基汞质量从0.37 g下降至0.28 g,24.3%的甲基汞可能发生去甲基化而形态转变。在堆肥过程中,甲基汞质量与荧光区域Ⅲ（富里酸）体积积分呈显著负相关(r=−0.897,p<0.05),与荧光区域Ⅳ（微生物代谢副产物）体积积分呈显著正相关(r=0.933,p<0.01)。基于堆肥过程甲基汞和汞质量的动态变化,在堆肥前10 d的有机物快速腐熟化阶段发生了甲基汞的去甲基化,而后随好氧堆肥过程翻堆、曝气发生了汞的蒸发散失。本研究结果可为评价污泥好氧堆肥后对汞、甲基汞健康风险提供参考。     

固态微生物菌剂的制备及其在好氧堆肥中的应用

与液态微生物菌剂相比,固态菌剂的保藏时间长,菌种不易退化失活,且便于存储及运输,对降低菌剂运输及使用成本具有重要意义。在优化固态微生物菌剂制备关键影响因素的基础上,通过3因素3水平正交实验获得了最佳制备方法,即以腐熟物料作为载体,投加4%的海藻糖,含水率为15%。将所得固态微生物菌剂保存一定时间后,以食品厂污水处理剩余污泥和玉米秸秆的混合物为堆肥原料进行好氧堆肥,发现不同保存时间的固态微生物菌剂的堆肥效果相近,均可使堆体在18 h左右进入55 ℃以上的高温期,高温持续时间长,所得堆肥产品的理化性质也相差不大,且均符合我国生物有机肥标准(NY 884-2012)中的相关要求,所得固态菌剂的制备方法具有重要的实际价值。     

堆肥对污泥中四环素类抗生素及抗性基因的影响

近年来,抗生素及抗性基因的污染与扩散成为全球关注的热点。污泥,作为污水处理系统的副产物,是环境中抗生素抗性基因的重要存储库。污泥经堆肥后可作为肥料施用于农田,然而关于污泥堆肥过程中抗性基因丰度变化的研究却很少。对污泥堆肥过程中四环素类抗生素(四环素、土霉素和金霉素)和四环素类抗性基因(tet(A), tet(C), tet(M), tet(O)和tet(X))的动态变化进行了定量研究。结果表明,四环素、土霉素和金霉素的浓度经堆肥处理后分别减少85.6%, 91.4% 和 85.3%。高温是导致四环素类抗生素降解的主要因素。经堆肥处理后,tet(A)和tet(X)的相对丰度增加,tet(C)、tet(M)和tet(O)的相对丰度略微下降,说明堆肥处理对污泥中四环素类抗性基因的削减效果有限。     

复合微生物菌剂对污泥堆肥的作用效果研究

为了研究复合微生物菌剂对污泥堆肥的作用效果,以消化污泥、锯末和回流堆肥为原料,接种不同剂量(0、0.2%、0.5%)的复合微生物菌剂进行室外露天堆肥,分析了温度、含水率、pH值、全碳(TC)、全氮(TN)、种子发芽指数(germination index,GI)的动态变化,结果表明:各堆体温度保持在50℃以上的时间均超过7 d,满足堆肥卫生标准;接种复合微生物菌剂的堆体升温速率和温度最高值均大于未接种堆体,接种复合微生物菌剂有利于增加堆体水分散失量,加快堆体有机质降解速度,降低堆体氮的损失量,提高GI值;其中微生物菌剂接种量为0.5%的堆体,接种处理对水分散失、氮损失的控制和GI值的增加效果较明显.     

利用污泥熟肥作为高含水率污泥堆肥调理剂

采用静态强制通风好氧堆肥的方法,以木屑作为对比,考察了利用污泥熟肥作为调理剂对污泥堆肥过程的影响。结果表明,与以木屑作为调理剂的污泥堆体(对照组)相比,以污泥熟肥作为调理剂的污泥堆体(实验组)升温快,高温阶段(>50℃)持续时间长达10 d,满足粪便无害化卫生标准的要求,而对照组仅持续了2 d;实验组腐熟的堆肥含水率从60%降到39%,下降了21%,pH维持在7.5～8.5范围内,微生物活性较强,而对照组含水率仅下降15%,pH始终低于7.5;实验组种子发芽指数(GI)在第14天就回升到80%以上,基本上去除了植物毒性,而对照组GI在第22天才回升到50%。总体而言,污泥熟肥能显著改善堆肥中微生物的微环境,促进有机物的降解,缩短堆肥腐熟时间,是一种优质的调理剂。     

高温堆肥与蚯蚓堆肥对城市污泥重金属形态的影响

采用高温堆肥和蚯蚓堆肥工艺,研究了城市污泥与锯末、粉煤灰或磷矿粉按不同比例混合堆肥前后重金属（Cu、Pb、Zn、Cd和As）交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残留态的变化。研究表明：高温堆肥和蚯蚓堆肥前后各试验污泥的重金属形态和含量呈现出不同的变化,都可以降低污泥中交换态Cu、Pb、Zn、Cd和As的含量;对于Cu和Pb,高温堆肥优于蚯蚓堆肥;对于Zn、Cd和As,蚯蚓堆肥优于高温堆肥。2种堆肥方式中,粉煤灰用量为10%的钝化效果优于20%,磷矿粉的钝化效果同粉煤灰一样。     

基于新型分层结构的污泥好氧堆肥处理

为了提高堆肥效率以及改进传统的堆肥方式,采用分层的堆置方式,以竹炭作为分隔材料,进行好氧堆肥实验,系统地分析了堆肥过程中常规理化特性的变化以及氮素损失情况。结果表明:木屑处理组(A)和竹炭处理组(B)中温度均经历了升温期、高温期以及降温期3个阶段,满足堆肥3阶段理论;以竹炭作为分层材料使高温期pH值降低至8.23,低于A组(8.98),而pH值的降低有利于控制氨气挥发;堆肥结束时,B组中DOC降解率为75.3%,明显高于A组(60.2%)。B组处理中氨气累积释放量为2 127.8 mg,小于A组的2 522.8 mg,可见竹炭作为堆体分隔材料对堆肥过程有机质的降解利用以及氨气挥发的控制均有一定的促进作用。     

投加方式和通风速率对脱水污泥堆肥效果的影响

为了在降低能耗的前提下获得更高的污泥堆肥效率和提高堆肥产品质量,利用梨形筒式好氧堆肥反应器,设置2种物料投加方式和3种通风速率,研究堆肥过程中温度、含水率、总氮以及发芽指数（GI）的变化特性。结果表明,与间歇式堆肥相比,连续式堆肥可以显著提高堆体温度和堆体腐熟度,降低堆体含水率及缩短腐熟期,但氮素损失也显著增大（P-1的连续式堆肥,堆体维持高温时间最长,且最终温度稳定在较高温度47～48 ℃,堆末含水率最低,氮素损失处于三者的中间水平,腐熟期最短。综合分析,在通风速率为1.95 L·min-1的连续运行方式下,梨形筒式反应器用于污泥稳定高效堆肥是可行的。     

城市污水厂污泥高温好氧堆肥氮素转变行为研究

采用两段式高温好氧堆肥工艺 ,研究了污泥堆肥中氮素转变规律。研究表明 ,硝化作用受到温度和NH+ 4 N含量的影响显著。一次发酵中 ,堆料平均温度高于 4 0℃ ,硝化作用受到强烈抑制 ;二次发酵后期 ,由于NH+ 4 N浓度降低 ,故硝化过程减缓。不同调理剂及操作条件对氮素损失影响较大 ,利用腐熟堆肥作为调理剂可以减少氮素损失。适当降低堆料温度、增加初始含水率及适当减少初始挥发份含量等措施均可在一定程度上减少氮素损失     

超声波预处理提高污泥好氧消化性能研究

为评价超声波预处理对提高污泥生物消化的作用,采用超声波预处理与好氧消化衔接,测试了污泥消化的溶解性有机物(SCOD)、TSS及蛋白酶变化过程.结果表明,污泥超声波预处理效果较好的能量密度与时间分别为12 kW/L和10 min,此时有机物释放与能量输入之比较优;在此条件下,经预处理后的污泥好氧消化性能明显比未处理的高.消化时间为10.5 d时,经超声波预处理的污泥TSS减量42.7%,而未处理的污泥仅减量20.9%.经超声波预处理后,污泥中的蛋白酶活性明显提高;同时,超声波预处理释放出较多的可溶性物质.因此,增加的可溶性物质与蛋白酶活性使得污泥迅速降解,提高了污泥好氧消化效率,缩短了污泥好氧消化时间.     

自来水污泥堆肥化研究

研究了自来水污泥脱水防粘预处理技术、高温好氧堆肥技术及其应用于园林种植效果。机械组成测定和电镜扫描结果表明,调理剂QS可以显著改善自来水污泥的粘结性及脱水性能;堆肥实验结果表明,预处理的自来水污泥与枯枝落叶按体积比3∶7混匀,加入尿素调节碳氮比,27 d后,可达腐熟,EM菌可以加快堆肥物料腐熟,19 d后,即可达腐熟要求;桉树盆栽实验结果表明,自来水污泥经堆肥化处理后,保水性提高,促进桉树生长,而且堆肥过程中添加EM菌可以进一步促进桉树生长。     

蚯蚓处理污水污泥制取土壤改良剂

将污水污泥和秸秆按不同比例混合后进行30 d预堆肥处理,然后在实验室条件下接种爱胜蚓(Eisenia fetida)开展60 d蚯蚓处理实验,研究污水污泥理化性质变化规律及其影响因素,并分析最终产品(蚯蚓粪)质量。结果表明,蚯蚓处理使污水污泥pH、有机碳(TOC)、C/N和病原菌含量显著降低,电导率(EC)升高,TN、TP、TK(总钾)、碱解氮、速效磷、速效钾分别升高26.8%～40.8%、26.7%～52.4%、25.9%～44.8%、43.0%～120.0%、88.6%～406.8%、38.2%～113.2%,发芽指数(GI)达到80%以上。由于基质分解矿化引起质量损失,使蚯蚓粪中重金属相对含量增加,但仍在土地改良允许范围内。蚯蚓放养密度和物料含水率及其交互作用对蚯蚓处理效果存在显著影响,处理污水污泥的最优工况为:放养密度2.5 kg/m2、含水率60%。堆肥-蚯蚓处理组合工艺可将污水污泥转化为无害的、有价值的土壤改良剂。