污泥厌氧消化搅拌条件的优化分析

借助实验和计算流体力学方法对污泥厌氧消化的混合效果及能耗进行实验和模拟分析,研究结果表明:对含水率为95%的污泥进行搅拌,随着搅拌转速的增加物料达到混和均匀所需的时间越短,在搅拌转速分别为140、180和220 r/min时,所需搅拌时间分别为40、25和15 min。但是通过功率和能耗比较分析发现转速为180 r/min时的能耗最低;同时利用Fluent软件对该反应器的速度场和浓度场的分布进行了模拟,模拟结果表明随着搅拌转速的增加,反应器内的速度呈逐渐增大的趋势,浓度场分布在转速为180、200和220 r/min时达到均匀,并且基于速度场和浓度场的模拟进行功率和能耗分析的结论和实验结果一致。因此,综合实验和模拟结果,从节能和高效的原则出发确定180 r/min的转速为该反应器混匀时的最佳转速。     

不同种泥的厌氧氨氧化反应器的启动及动力学特征

采用2套UBF反应器R1和R2,R1接种好氧硝化污泥与厌氧氨氧化-反硝化污泥的混合污泥,R2接种厌氧消化絮状污泥与厌氧氨氧化-反硝化污泥的混合污泥,采用逐渐提高进水亚硝氮和氨氮的浓度的方式富集培养ANAMMOX菌。结果表明,R1启动时间短,仅耗时36 d就成功启动了厌氧氨氧化反应器,而R2则需要53 d;R1和R2脱氮效果均较好,但R1脱氮效果优于R2且稳定。在稳定运行阶段,R1氨氮、亚硝氮和总氮去除率分别为99.92%、96.64%和81.87%左右,R2氨氮、亚硝氮和总氮去除率分别为97.54%、94.91%和80.98%左右。反应器启动成功后,Candidatus Kuenenia属在所检测出的属中丰度位列前六,在R1和R2中的相对丰度分别为3.22%和2.35%;改进的Stover-Kincannon基质去除模型和二级动力学模型对拟稳态阶段R1和R2的脱氮性能均能进行较好的拟合,经计算,R1的最大基质去除速率Umax稍大于R2,说明R1的脱氮潜力较大。     

不同VS比例的黄花和污泥联合厌氧消化的研究

采用完全混合式反应器R1~R3(加拿大一枝黄花与脱水污泥的有机质配比分别为0∶1、1∶3和1∶1),研究了污泥停留时间为30 d,半连续中温(35±1)℃的运行状态下,脱水污泥和加拿大一枝黄花联合厌氧消化的系统稳定性和厌氧消化性能。结果表明:添加黄花进行共发酵,不但降低了游离氨的浓度和VFA的积累,使系统维持更好的稳定性;而且明显改善厌氧消化性能,与污泥单独厌氧消化相比,最佳条件下单位体积甲烷产率、比沼气产率、甲烷产率分别可以提高79.5%,61.7%,29.2%。随着黄花比例的提高,VS降解率呈现出逐渐上升的趋势。R3和R2的VS降解率稍微高于R1,分别为33.8%、31.2%、30.3%。随着黄花VS比例逐渐增加到50%,沼气中的甲烷和H2S含量稍微有所下降,VFA组分中戊酸的浓度升高,而乙酸和丙酸的浓度则有所下降。     

厌氧折流板反应器固-液两相流水力特性数值模拟研究

为分析升流速度对厌氧折流板反应器(ABR)处理效率的影响,采用欧拉多相流模型和标准k-ε模型进行二维数值模拟。在固-液两相流条件下,针对流场和固含率分布变化,考察了1.0、1.5、2.0和2.5 m·h-1等升流速度对反应器水力特性的影响,并在此基础上对反应器进行了优化设计。结果表明,在升流速度为1.5～2.0 m·h-1的条件下,升流室的流场、水流速度变化和固含率分布状态相对较好,有利于水力循环和泥水混合,污泥的截留率高,无污泥流失,但底部仍存在污泥堆积现象。通过对反应器底部挡板和折流板的优化设计,可消除底部死区并防止污泥流失。     

不同种泥的厌氧氨氧化反应器的启动及动力学特征

采用2套UBF反应器R1和R~2,R1接种好氧硝化污泥与厌氧氨氧化-反硝化污泥的混合污泥,R~2接种厌氧消化絮状污泥与厌氧氨氧化-反硝化污泥的混合污泥,采用逐渐提高进水亚硝氮和氨氮浓度的方式富集培养ANAMMOX菌.结果表明,R1启动时间短,仅耗时36 d就成功启动了厌氧氨氧化反应器,而R~2则需要53 d; R1和R~2脱氮效果均较好,但R1脱氮效果优于R~2且稳定.在稳定运行阶段,R1氨氮、亚硝氮和总氮去除率分别为99. 92%、96. 64%和81. 87%左右,R~2氨氮、亚硝氮和总氮去除率分别为97. 54%、94. 91%和80. 98%左右.反应器启动成功后,Candidatus Kuenenia属在所检测出的属中丰度位列前六,在R1和R~2中的相对丰度分别为3. 22%和2. 35%;改进的Stover-Kincannon基质去除模型和二级动力学模型对拟稳态阶段R1和R~2的脱氮性能均能进行较好地拟合,经计算,R1的最大基质去除速率Umax稍大于R~2,说明R1的脱氮潜力较大.     

接种单一/混合污泥对厌氧氨氧化反应器快速启动的影响

在两组SBR反应器R0、R1中分别接种单一类型反硝化颗粒污泥和反硝化颗粒污泥与好氧硝化污泥的混合污泥(体积比为2∶1)来启动厌氧氨氧化,旨在探求不同接种污泥对厌氧氨氧化反应器快速启动的影响.结果表明,R0用时64 d成功启动厌氧氨氧化,总氮去除负荷为0.26 kg·(m~3·d)~(-1),R1用时47 d,总氮去除负荷为0.30 kg·(m~3·d)~(-1),比R0缩短了17 d;在富集培养阶段,R1中红色污泥大量出现,系统厌氧氨氧化特征比R0更加明显;反应器启动成功后,R0的化学计量比为1.20和0.34,R1的化学计量比为1.26和0.21,比R0更接近理论值1.32和0.26,R0中污泥的MLSS和MLVSS分别恢复到初始种泥的51%(4.2 g·L~(-1))和38%(2.3 g·L~(-1)),R1中污泥的MLSS和MLVSS分别恢复到初始种泥的54%(4.4 g·L~(-1))和42%(2.6 g·L~(-1)),高于R0,可以推测,R1驯化过程中厌氧氨氧化菌(AnAOB)增殖速率比R0更快.采用混合污泥作为接种污泥能够加速厌氧氨氧化的启动进程,且启动成功之后系统的脱氮性能更加稳定.     

不同接种污泥ABR厌氧氨氧化的启动特征

采用两套相同的厌氧折流板反应器(ABR),分别接种厌氧絮状/颗粒污泥的混合污泥(R1)以及厌氧絮状污泥(R2).采用人工配水配制NH+4-N、NO-2-N负荷54.5~68.0 g·(m3·d)-1,在温度30~35℃,HRT为26 h,p H值7.5±0.5条件下,经过120 d、125 d分别成功启动厌氧氨氧化反应.两个反应器在氮素去除规律上基本相似,均经历了菌体水解期、活性停滞期、活性提高期和稳定运行期等4个阶段.在稳定运行期间,R1、R2反应器中NH+4-N、NO-2-N的平均去除率都高达90%以上,且NH+4-N、NO-2-N的平均去除负荷为57.3~67.9 g·(m3·d)-1,R1在NH+4-N的去除负荷上略高于R2.值得一提的是,90%以上的氮素都在ABR反应器的第一格室被去除.同时,随着水流的方向,污泥的颜色逐渐由少量红棕色、黄褐色向黑色转变,这与氮素去除规律一致.由此表明,接种污泥的不同并未造成ABR厌氧氨氧化反应器的启动规律和污染物去除特征有明显差异.     

基于不同接种污泥复合型厌氧氨氧化反应器的快速启动特征

为获得快速启动厌氧氨氧化的最佳污泥源及厌氧氨氧化颗粒污泥的快速形成工艺,采用本实验室自主研发复合型CAMBR反应器(厌氧折流板反应器(ABR)+膜生物反应器(MBR),分别接种厌氧颗粒污泥(R1)和絮状反硝化污泥(R2),考察不同接种污泥的厌氧氨氧化启动特征和颗粒化程度.结果表明,R1与R2反应器分别耗时45 d和60 d均成功快速启动厌氧氨氧化,其启动过程均可分为活性停滞期、活性提高期、活性稳定期3个阶段,但每个阶段氮素的去除规律略有不同,稳定运行期内,R1和R2反应器内NH_4~+-N和NO-2-N的平均去除率均高达95%以上;此外,R1反应器中形成了直径0.8~1.6mm为主的厌氧氨氧化红色颗粒污泥,R2反应器则以不规则块状和絮状为主,颗粒化程度较低,两个反应器内均可观察到红色颗粒污泥上浮现象;稳定运行期内NH_4~+-N、NO-2-N和NO_3~--N之间的定量关系分析表明:R1反应器内可能存在着硝酸盐型厌氧氨氧化,致使NH_4~+-N过量转化,R2反应器内则为典型亚硝酸盐型厌氧氨氧化.     

MIC反应器处理酒精废水的污泥颗粒化研究

颗粒污泥是厌氧反应器稳定运行和高效能的载体。以MIC厌氧反应器处理高浓度酒精废水为例,采用城市污水厂的消化污泥启动MIC反应器,其培养过程分为3个阶段:驯化启动期、颗粒污泥出现期和颗粒污泥成熟期。污泥完成颗粒化后,MIC反应器COD容积负荷稳定在20kg·m-3·d-1,COD去除率为90%以上。并讨论了颗粒污泥的粒径分布、沉降性能等性质,为培养国产的厌氧颗粒污泥积累经验。     

石化废水剩余污泥厌氧消化预处理技术

石化废水剩余污泥在厌氧消化时,污泥停留时间长,且产气量较低,并且反应器容积较大,所需资金投入较高。污泥厌氧消化预处理能够改变污泥特性,缩短了后续消化时间,提高甲烷产量,减少剩余污泥量。综述了各种污泥预处理技术的最新进展,分析了石化污泥厌氧消化预处理的可行性。     

Fe2+和Fe3+对厌氧氨氧化污泥活性的影响

通过接种厌氧氨氧化污泥研究了Fe离子浓度及价态变化对厌氧氨氧化污泥活性的影响.短期浓度影响结果表明,当进水铁离子浓度由0升高到5 mg·L-1时,厌氧氨氧化污泥活性因受刺激而逐渐增强;当进水铁离子浓度大于5 mg·L-1时,因厌氧氨氧化反应产碱,铁离子形成氢氧化物沉淀,生物活性未受到影响.不同价态铁离子浓度变化对厌氧氨氧化污泥活性的影响无明显区别.长期价态影响结果表明,经过71个周期培养,含Fe2+进水的厌氧氨氧化反应器R1脱氮效能(以氮计)由0.28 kg·(m3·d)-1升高到0.65 kg·(m3·d)-1,是含Fe3+进水反应器R2的1.28倍.因此Fe2+更适合厌氧氨氧化菌生长的需求.实验结果进一步表明,Fe3+易导致厌氧氨氧化反应器R2内氨氮过量转化,亚硝氮与氨氮转化比(1.17)明显低于含Fe2+进水的反应器R1内亚硝氮与氨氮转化比(1.24).     

气升装置对厌氧氨氧化污泥形态及性能的影响

通过接种粒径小于0.9 mm的厌氧氨氧化污泥,启动具有气升装置的上流式厌氧反应器.利用厌氧氨氧化过程产生的氮气作为动力,研究了气升回流系统在厌氧反应器中对厌氧氨氧化污泥形态和性能的影响.结果表明,在反应器启动初期,反应器脱氮速率较低,产气量很小,导致厌氧氨氧化污泥易于凝聚.当脱氮速率达到3.4 kg·(m3·d)-1时,气升产生的回流量明显,反应器自回流系统形成.经过183 d运行,污泥颗粒中MLVSS含量随着污泥粒径增加而不断增长,粒径分布主要集中在1.6~2.5 mm,占污泥总体积的53.2%.与外置回流泵相比,气升装置具有同样功能,产生的回流有利于厌氧氨氧化反应器内污泥的颗粒化,同时减少回流泵所需要的动力消耗和设备费用.     

UASB反应器处理CMC废水的启动特性研究

采用上流式厌氧污泥床(UASB)反应器,以高浓度羧甲基纤维素(CMC)废水为处理对象,研究了中温条件下UASB反应器的启动、颗粒污泥特性和废水处理效果.结果表明,采用接种颗粒污泥与消化污泥的混合泥进行培养,并逐步提高进水CMC废水浓度,运行80 d后,可实现UASB反应器的启动;当进水COD值达到4 000 mg/L,容积负荷6.86 kg/(m3.d),COD去除率在80%以上;反应器内污泥实现颗粒化,且颗粒污泥的比产甲烷活性良好.     

剩余污泥共厌氧消化改善脱水性能研究

为改善剩余污泥厌氧消化脱水性能,减少后续处理费用,研究了剩余污泥添加废物酒精糟液在高温(55℃)下共厌氧消化后污泥脱水性能,并对影响脱水性能因素进行了回归分析。结果表明:共厌氧消化提高了剩余污泥的碳氮比、有机负荷和产气率,减少了胞外聚合物中有机成分蛋白质和碳水化合物含量,增加颗粒尺寸,明显提高厌氧污泥脱水性能。当进样总体积为450mL、剩余污泥与酒精糟液二者体积比为2:1、污泥停留时间为11.1d时,厌氧消化污泥的脱水性能最好,毛细吸收时间为127s;当有机负荷继续提高时会出现酸化现象,可导致厌氧污泥脱水性能变差。对厌氧消化污泥脱水性能影响明显的因素是污泥颗粒尺寸、紧密粘附胞外聚合物含量。     

外源CO_2对污泥中温厌氧消化产甲烷性能的研究

以青岛某水产品加工厂剩余污泥为研究对象,研究了4组厌氧反应器的溶解性COD(s COD)、氨氮和p H变化情况及产甲烷量。结果表明,反应器曝气(CO_2∶N_2=1∶3混合气体)时甲烷日产量在第12天达到峰值62 mL,甲烷总产量为934 mL,比对照组提高了160%。投加碳酸氢钠时甲烷总产量为609 mL,比对照组提高了70%。厌氧消化反应结束后,4组反应器总氮(TN)含量分别占反应前总氮含量的96.29%、94.52%、85.09%和67.30%。4组厌氧消化过程氨氮浓度在102.8~209.5 mg/L之间,厌氧消化没有发生酸抑制现象。     

厌氧处理含氯酚废水的颗粒污泥形成过程研究

在选择适宜的接种污泥前提下，即使有毒物五氯酚 存在，也完全可以使氯酚驯化污泥在模拟上流式厌氧消化反应器的启动、运行过程中颗粒化，形成降解并矿化ＰＣＰ的颗粒污泥，反应器运行性能随污泥颗粒化进程而逐步得到改善；分析了反应器内不同高度的颗粒污泥中不同营养类群细菌的数量垂直变化规律，并通过光学，电子显微镜观察了颗粒污泥的表面结构和主要微生物形态，发现丝状菌和杆菌是该颗粒污泥的优势菌。     

高浓度中温厌氧膜生物反应器处理城市污水厂污泥的厌氧消化效果

利用厌氧消化技术处理城市污泥等有机废弃物,可以生成以甲烷为主要成分的沼气,同时实现废弃物减量化。传统的污泥厌氧消化技术存在水力停留时间长,处理水质差,反应器对环境变动敏感,运行不稳定等缺陷。使用有效体积15 L的实验室规模厌氧膜生物反应器（AnMBR）对初沉污泥与剩余污泥混合的城市污水厂污泥进行高浓度厌氧消化处理。AnMBR通过膜过滤方式将悬浮固体（SS）截留在反应器内,增强了反应器运行的稳定性并促进有机物的分解。AnMBR反应器在中温35℃,HRT为15 d,有机负荷为4.66 g-COD/（L·d）的条件下进行了为期155 d的长期运行实验。实验过程中,反应器运行稳定,没有出现氨氮抑制和挥发性脂肪酸的积累。沼气收率为0.48 L/g-VS,甲烷平均含量为63.32%。膜过滤水中COD浓度为0.77 g/L,COD去除率高达98%以上。通过物质衡算,基质总COD的54.38%转化为甲烷,仅有0.6%残留在膜过滤水中。在保持反应器污泥浓度25 g/L的高浓度条件下,实现了工作模式为4 min抽吸,1 min休息,平均膜通量9.6 L/（m2·h）的连续稳定运行。通过膜阻力抵抗值的计算,污染膜总阻力为11.87×1012/m,其中附着在膜表面的泥饼层和导致膜孔闭塞的有机层为膜污染形成的主要因素。通过长期连续实验的产甲烷情况及膜过滤效果,验证了AnMBR在有机废弃物减量化和能源回收应用上的可行性。     

碱耦合机械法处理剩余污泥强化厌氧消化

厌氧水解反应是传统污泥厌氧消化的瓶颈,为提高厌氧消化效率和沼气产量。该实验通过对剩余污泥投加碱耦合机械破解的方式对污泥进行预处理,研究SCOD的溶出效果和污泥粒径的变化以及对后续厌氧消化的影响。结果表明:在投加碱调节污泥pH=11后机械破解20 min可以使污泥的SCOD从267 mg/L达到15 824 mg/L,粒径从初始的61.37μm减小到6.06μm。50%的投配比加入到厌氧反应器中进行消化反应后,与对照组相比,污泥稳定时间缩短了8 d,产气率提高70%以上,甲烷含量提高了22%,同时污泥VSS去除率提高了9.73%,厌氧消化效果明显改善,在一定程度上实现了污泥减量与资源化。     

厌氧膜生物反应器在污泥厌氧消化中的应用

结合厌氧消化和膜分离特点的厌氧膜生物反应器(AnMBR)应用于污泥处理,形成可提高污泥厌氧消化效率的污泥AnMBR。污泥AnMBR是目前污泥厌氧消化的重要研究方向,对污泥AnMBR的发展、研究和应用现状进行总结,分析了污泥AnMBR的膜污染及其影响因素,重点讨论了污泥混合液对污泥AnMBR膜污染的影响,并对污泥AnMBR下一步研究进行了展望。     

温度对微好氧消化处理高含固厌氧消化污泥的影响

采用微好氧消化对高含固厌氧消化污泥进行后处理,考察了在常温、中温及高温条件下反应器的运行性能以及污泥植物毒性的改善。结果表明:在污泥停留时间为8 d,供气量为2.4 L/min的微氧条件下,高含固厌氧消化污泥VS进一步降解,比耗氧速率降低,挥发性脂肪酸及氨氮等小分子物质浓度显著降低,污泥趋于更加稳定的状态。随着处理温度的提高,污泥VS、比耗氧速率和总氨氮呈逐渐下降趋势。种子发芽实验表明:经微好氧消化处理后,污泥对向日葵、矢车菊、牵牛花等种子发芽的抑制作用均逐渐下降,说明微好氧消化有利于改善高含固厌氧消化污泥的植物毒性。而且随着处理温度的增加,处理后污泥的植物毒性呈增加趋势,这可能与挥发性脂肪酸含量的增加有重要关系。总体看来,与常温和高温条件相比,中温微好氧消化是改善高含固厌氧消化污泥土地利用性能更为可行的工艺。