pH值调控柠檬酸污泥厌氧发酵产酸及碳源潜力研究

以柠檬酸废水厌氧颗粒污泥为接种物,在不同pH值调控条件下开展柠檬酸生产废水剩余活性污泥厌氧发酵产酸研究.通过对发酵液挥发性脂肪酸(VFAs)、有机质、氮磷和污泥脱水性能的分析,探讨了柠檬酸污泥厌氧产酸机制.结果表明,pH≥10的碱性条件更有利于有机质的溶出从而促进VFAs的产生.三维荧光光谱分析发现在恒定pH值下腐殖酸(HA)和富里酸(FA)会大量溶出降低VFAs的产量.初始pH=10是柠檬酸污泥厌氧产酸的最佳p H值,发酵4d的VFAs浓度最高达(6681.47±126.82)mgCOD/L,是文献报道中市政污泥产酸量的近2倍,其中乙酸占比49.8%,发酵后产酸功能菌Chloroflexi、Bacteroidota的相对丰度分别由初始的9.52%、10.87%增至16.84%、14.39%,污泥归一化毛细吸水时间(nCST)为(11.34±0.27)s·L/g,脱水性能良好,发酵液TP浓度为(20.45±0.33) mg/L.研究表明,利用柠檬酸剩余活性污泥碱性厌氧发酵产酸作为污水处理过程中的外加碳源具有较大潜力.     

不同预处理方法对污泥厌氧发酵产酸效果的影响

预处理污泥厌氧发酵不仅可有效处理污泥,而且可产生挥发性脂肪酸（VFAs）,实现污泥资源化利用。通过批式试验,探究酸（pH为3、4）、碱（pH为10、11）和低温（70,90 ℃）预处理条件下污泥厌氧发酵产酸效能。研究发现,在不同预处理污泥厌氧发酵过程中,VFAs的积累主要发生在发酵前24h,产酸效果表现为pH=11 > 90 ℃ > pH=10 > 70 ℃ > pH=3 > pH=4 > 控制组,碱处理产酸有较明显优势,酸处理效果最差。乙酸为VFAs的主要成分,pH=11组的乙酸浓度最高达到1232.31 mg/L,为控制组的5.2倍。甲烷产量在厌氧发酵后期逐步上升。考虑到嗜酸产甲烷菌对VFAs的消耗以及经济性,选取24 h为最佳发酵时间。     

不同电解质对电化学预处理剩余污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸的影响

电化学预处理剩余污泥(waste activated sludge, WAS)厌氧发酵(anaerobic fermentation, AF)产挥发性脂肪酸(volatile fatty acids, VFAs)具有良好的应用价值和环境效益,然而不同电解质对电化学预处理剩余污泥以及厌氧发酵的效果具有较大影响。因此,实验考查了不同电解质(空白对照,NaCl,Na₂SO₄和CaCl₂)在电流强度为1 A、预处理时间为60 min的电化学处理条件下,对剩余污泥厌氧发酵产VFAs的影响。结果表明:当0.05 mol/L NaCl作为电解质时,在电化学预处理阶段污泥有机质(溶解性COD、多糖、蛋白质等)溶出效果较其他电解质更好。在厌氧发酵阶段,该条件下VFAs最大累积量可达到2625.8 mg COD/L,相比空白对照组提升了51.6%,表明NaCl作为电解质的电化学预处理不仅能够有效促进剩余污泥中有机质溶出,而且有利于产酸微生物(如Firmicutes和Bacteroidetes)的富集,从而促进厌氧发酵产VFAs,达到提高污泥资源化利用率的目的。     

投加Na2S对化学强化除磷污泥厌氧发酵释磷的影响

以在污水处理过程中采用化学强化除磷而产生的剩余污泥为研究对象,考察了硫化钠（Na₂S）投加量对污泥释磷以及厌氧发酵的影响.结果表明,在S/Fe物质的量比为0.3~1的范围内,投加的Na₂S越多,污泥厌氧释放的磷越多,当S/Fe物质的量比为1：1时,污泥S1和S2上清液中磷浓度分别达到了170和150mg/L（污泥释磷率分别为22.2%和27.23%）;投加Na₂S会导致pH值升高,碱性条件会促进有机物的释放以及产酸微生物的生长,并因此促进VFAs的产生;VSS/TSS越高的污泥,对pH值的缓冲能力越强,释放的NH₄⁺-N也越多;此外,投加Na₂S后会导致污泥上清液中Fe（Fe²⁺与Fe³⁺之和）和Al³⁺的浓度上升,而生成的FeS_x会使沉淀沉降性能变差.S/Fe物质的量比为0.3和0.5时,对生物多样性影响不大,但大于1：1后Shannon指数下降.综合考虑释磷与后续厌氧发酵以及污泥沉降性能,推荐按S/Fe物质的量比为0.3：1~0.5：1投加Na₂S,既可以保证上清液磷浓度大于50mg/L,又将上清液中Fe和Al³⁺等杂质金属离子的浓度控制在较低的水平（<10mg/L）,利于后续用鸟粪石法回收磷,同时促进产酸（VFAs为对照组的8.3倍）,且污泥沉降性能受影响较小.     

温度对超声波与碱促进污泥厌氧产酸的影响

课题组前期研究表明,超声波和碱联合作用可显著促进污泥厌氧发酵产酸。在此基础上,该研究专门考察了温度对超声波与碱联合促进污泥发酵产酸的影响。研究结果发现,在10~37℃范围内,挥发性脂肪酸(VFAs)的产量随着温度的升高而增加,10℃条件下,VFAs产量为1 078 mg/L,37℃时,VFAs产量提高到3 705 mg/L。当温度提高到55℃时,VFAs产量反而下降至2 469 mg/L。机理研究表明,10~55℃范围内,碱性磷酸酶、酸性磷酸酶、α-葡萄糖苷酶和蛋白酶4种水解酶的活性随着发酵温度的升高而逐渐增强,有利于污泥中大分子有机物向小分子有机物的转化,与产乙酸、丙酸和丁酸密切相关的产酸酶的活性均在37℃时最高,55℃条件下各产酸酶活性较37℃均有大幅度下降。温度对水解产酸反应动力学的研究表明,在温度不高于37℃的条件下,产酸动力学参数随着温度的提高而增大,继续提高温度则减小,这正是VFAs产量在37℃时最高,55℃时显著下降的原因所在。     

污泥厌氧发酵产氢的影响因素

污水生物处理过程中产生大量剩余污泥, 通常采用厌氧发酵处理并获取甲烷气体. 产氢产酸是污泥厌氧消化过程中的一个中间阶段. 本研究考察了原污泥和经碱处理的污泥在不同初始pH(3.0～12.5)条件下的产氢效果, 以及污泥性质和污泥浓度等对产氢效果的影响. 结果表明, 当初始pH为11.0时污泥发酵的产氢率达到最大值.采用原污泥发酵产氢时, 在初始pH为11.0的条件下发酵产氢获得的最大产氢率为8.1 mL/g, 而经碱处理的污泥在同样初始pH的条件下发酵产氢可将其产氢率提高一倍左右, 达到16.9 mL/g. 污泥经碱处理后厌氧发酵4d无甲烷产生, 且可有效地降低氢气消耗的速率. 另外, 污泥的VSS/SS值过低时会大大降低污泥的产氢率, 而污泥浓度对产氢率无明显影响.     

剩余污泥厌氧发酵和微塑料的相互作用机制

以聚乙烯(PE)微塑料作为典型微塑料,在恒定碱性条件(pH=10)和非恒定碱性(初始pH=10)条件下,研究PE和剩余污泥厌氧发酵之间的相互作用机制。结果表明：在污泥厌氧发酵初始阶段,PE对产酸有明显的促进作用,而在后期呈相反趋势。厌氧发酵60 d时,恒定碱性条件下,投加PE组(R2)的VFAs产量与空白组R1相比降低了31.46%;在非恒定碱性条件下,投加PE组(R4)中VFAs产量与空白组R3相比降低了15.78%,说明PE长期胁迫对污泥厌氧发酵VFAs的产生有抑制作用。同时,PE会刺激微生物分泌更多的EPS(主要成分为蛋白质),降低Zeta电位并破坏EPS的结构。另外,综合扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、水接触角分析微塑料的性质特征发现,由于环境条件和微生物活动的影响,污泥厌氧发酵会导致PE老化,且非恒定碱性条件下微塑料的老化速率更快。     

pH值对化学-生物混合污泥厌氧发酵释磷的影响

以污水处理厂化学除磷工艺产生的常见化学磷(AlPO4和FePO4)沉淀为研究对象,考察了两种化学磷分别与剩余活性污泥(即生物污泥)混合厌氧发酵过程中化学磷和生物磷的释放情况.结果表明:在纯水中,AlPO4在强酸强碱条件下均能释出部分磷,FePO4只在强碱条件下才能溶解释磷.在(35±1)℃,不同pH值下将含AlPO4的混合污泥厌氧发酵时,强酸性厌氧发酵能释出较多的化学磷,但微生物活性被抑制,不利于发酵产酸;碱性发酵(pH=10~11)能释出28%~55%的化学磷,43%~49%的生物磷,总释磷量比中性条件下高17.5%~62.7%,同时利于发酵产酸,维持pH 10和11时产酸量分别比中性条件高233%和117%;对于含FePO4的混合污泥厌氧发酵,中性条件下即能释放FePO4中40%的磷和生物污泥中50%的磷,释磷量高于pH=11的碱性厌氧发酵释磷量.     

pH值对化学－生物混合污泥厌氧发酵释磷的影响

以污水处理厂化学除磷工艺产生的常见化学磷(AlPO4和FePO4)沉淀为研究对象,考察了两种化学磷分别与剩余活性污泥(即生物污泥)混合厌氧发酵过程中化学磷和生物磷的释放情况.结果表明:在纯水中,AlPO4在强酸强碱条件下均能释出部分磷,FePO4只在强碱条件下才能溶解释磷.在(35±1)℃,不同pH值下将含AlPO4的混合污泥厌氧发酵时,强酸性厌氧发酵能释出较多的化学磷,但微生物活性被抑制,不利于发酵产酸;碱性发酵(pH=10~11)能释出28%~55%的化学磷,43%~49%的生物磷,总释磷量比中性条件下高17.5%~62.7%,同时利于发酵产酸,维持pH 10和11时产酸量分别比中性条件高233%和117%;对于含FePO4的混合污泥厌氧发酵,中性条件下即能释放FePO4中40%的磷和生物污泥中50%的磷,释磷量高于pH=11的碱性厌氧发酵释磷量.     

电刺激条件下初始pH值对剩余污泥厌氧消化效果的影响

在厌氧消化反应器中施加0.6V电压刺激,考察初始pH值(3,5,7,9,11)对剩余污泥厌氧消化效果的影响.结果表明,当初始pH值为9、厌氧消化至32d时,污泥挥发性固体有机物去除率为38.1%,甲烷产率为224mLCH₄/g VS;同样的消化时间内,初始pH值为7的对照组,其挥发性固体有机物去除率为32.2%,甲烷产率仅为162mLCH₄/g VS.调节初始pH值可加速污泥水解酸化过程,其中pH值为11时,水解酸化效果最好,比其他pH值条件下产生更多的挥发性脂肪酸(VFAs).在产酸高峰期,初始pH值为3、11时,乙酸和丁酸是主要产物;初始pH值为5、7、9时,主要产物是乙酸和丙酸.调节初始pH值能加速氨氮的释放,且pH值为酸性(3,5)时的氨氮浓度高于碱性条件下(9,11)的浓度.     

不同有机废水厌氧产酸过程的研究

主要研究了不同类废弃有机物厌氧产酸过程中产生的挥发性脂肪酸的产量和组成比例。研究发现,废糖蜜溶液、蛋白废液和淀粉废液在达到最高产酸量时,超过50%的VFAs是乙酸,其次是丙酸,还含有少量的丁酸和戊酸。废甘油溶液在达到最高产酸量时,产生的VFAs的主要成分是丙酸。4种有机废液中,相同初始COD浓度条件下,淀粉废液产生的VFAs产量最多,初始COD为5000mg/L时最高产量为2.321g/L,其次是废甘油溶液,最高产量是2.244g/L。     

电化学预处理对餐厨垃圾-污泥耦合厌氧发酵产挥发性脂肪酸的影响

利用餐厨垃圾-污泥耦合厌氧发酵产挥发性脂肪酸（volatile fatty acids,VFAs）具有广泛的经济和应用价值。本实验考察了在1 V电化学预处理条件下,研究餐厨垃圾占比（空白对照,0%,5%,10%,质量分数）对厌氧发酵生成VFAs产量的影响,从而得出产VFAs的最优条件。研究表明:经过60 min 1 V电化学预处理后,随着餐厨垃圾占比从0%增加到10%,水体中溶解性COD浓度随时间变化迅速增加,最高可达到969~1266 mg/L,随着厌氧发酵的进行转化成VFAs。其中,当餐厨垃圾占比为10%时,VFAs在15 d内最高浓度可达到132.2 mg/L。实验结果表明,电化学预处理可改善餐厨垃圾-污泥特性,加快厌氧发酵过程,同时餐厨垃圾可增加污泥中有机质含量,增加VFAs产量,实现餐厨垃圾-污泥产VFAs的资源化利用途径。     

投碱种类和氨吹脱对污泥碱性发酵产酸的影响

采用完全混合式厌氧反应器,比较了NaOH和Ca(OH)2 2种碱试剂对污泥厌氧发酵产酸的作用效果,结合氨吹脱作用考察了NH4+浓度的降低对各有机物水解酸化程度的影响.结果表明在pH值为10的条件下,以NaOH调节的体系中各种有机物尤其是挥发性脂肪酸(VFAs)的量明显高于以Ca(OH)2调节的体系.Ca(OH)2调节的体系中释放出的蛋白质有部分沉淀,磷酸盐含量也较低,小于40mg/L;氨吹脱的体系发酵液中氨氮含量减少了43%,增大了VFAs的积累量;在NaOH和氨吹脱的组合条件下,污泥水解酸化程度最好,SCOD为6732mg/L,蛋白质为2029mg/L,碳水化合物374mg/L,VFAs总量2545mg/L,且氨氮含量低于200mg/L;分析认为氨吹脱作用增大VFAs积累量的原因主要是NH4+浓度的减小,促进了产酸菌对于碳水化合物的发酵.     

正交设计优化剩余污泥厌氧发酵产生VFA的条件

为了充分利用污泥厌氧发酵液中的挥发性脂肪酸(VFA),设计L9(33)正交试验,研究了pH、发酵温度、发酵天数3个因素对污泥厌氧发酵产生的VFA总量及其组分的影响。通过VFA总量、乙酸、丙酸含量的综合比较,得到调节初始pH是对污泥厌氧产酸过程影响最大的因素,其次为发酵天数,而发酵温度的影响最小。最优条件组合为调节初始pH为11,发酵温度为30℃,发酵时间3 d。在正交试验基础上进行了不同pH下的单因素试验,确定出使VFA产量及其组分优化的组合为初始pH为10,发酵温度为30℃,发酵时间3 d,VFA产量达到332.31 mg/L,其中乙酸占82%以上。     

市政污泥发酵产VFAs的预处理工艺研究进展

市政污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸(VFAs)强化城市污水脱氮除磷是污泥处理、处置的有效方式之一,实现了污水处理行业“以废治废”的目的。水解环节是污泥发酵产酸的限制性步骤,对污泥进行预处理提高污泥水解效率是解决污泥发酵产酸产率和产量低的有效途径之一。目前报道的污泥预处理方法众多,改善发酵过程的机理和效果不尽相同。总结和对比分析了目前常见的促进污泥发酵产VFAs的预处理工艺,阐述了各预处理工艺的原理、特性和应用效果,对比分析了其经济成本,综合分析了当前存在的问题,并对未来发展方向进行了展望,以期为污泥发酵产酸工程方案设计和优选提供文献借鉴。     

热碱预处理后得克隆对污泥厌氧发酵产酸及污泥特性的影响

为了探究新兴污染物得克隆(DPs)对剩余活性污泥(WAS)发酵产酸及污泥特征的影响,以WAS及DPs为研究对象,建立序批式反应器,在中温条件下探究了不同含量的DPs对WAS发酵的影响.结果表明,DPs对污泥厌氧发酵产短链脂肪酸(SCFA)具有明显的抑制作用,当DPs含量为300.0mg/kg TSS时,SCFA的最大产...     

城镇污水厂剩余污泥厌氧发酵产酸工程示范研究

鉴于污泥厌氧发酵产酸技术的生产规模性研究较少,为深入了解城镇剩余污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸（VFAs）工程的长期运行特征,基于0.3 t/d规模的生产线平台进行了为期240 d的稳定运行研究,考察了长期运行条件下的污泥预处理效果、产酸水平、VFAs回收和经济可行性.结果表明:污泥经热-混碱预处理后溶解性有机物浓度〔ρ（SCOD）,以溶解性COD计〕比原污泥提高了29倍,水解率达到56%.当ρ（TSS）（TSS为总悬浮固体）分别为30和70 g/L时,污泥预处理水解率分别为56%和59%;厌氧发酵产酸率〔以每g污泥有机物生产多少mg VFAs计,R_VFAs〕分别为277和256 mg/g;ρ（TVFAs）（TVFAs为总挥发性脂肪酸）最高可达9.1 g/L,其中乙酸占61.6%.采用聚合氯化铝（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）联合调理能够有效提高发酵污泥的脱水性能,与对照组相比,泥饼的含水率由84.8%降至64.0%,发酵液的回收率由33.7%升至75.7%.经济效益分析表明,设置处理规模为100 t/d时,运行成本为346.6元/t,收益为451.4元/t.研究显示,城镇污水厂剩余污泥厌氧发酵产酸生产线运行稳定,能够实现较好的有机物生物转化与资源化效果,经济可行,具有显著的应用前景.      

pH对厨余垃圾厌氧发酵产酸的影响

在接种比例为4∶1,温度为37℃的条件下,采用污泥加热灭菌的方法,研究初始pH对厨余垃圾厌氧发酵产酸的影响.结果表明,发酵产物的组成与pH有关,乙酸在不同的pH条件下总为主要产物;当pH=7时,乙酸和VFA产量在第5天达到最大值11.91 g/L和17.44 g/L,气体组分中CO2是主要成分COD去除率达到35.3%...     

pH值调控对柑橘废渣与污泥厌氧共发酵产酸影响

为提高挥发性脂肪酸(VFA)的产量,探究了柑橘废渣和剩余污泥不同VS(挥发性固体)配比及调控发酵过程pH值对产VFA性能的影响.结果表明:调节共发酵系统pH值为6对VFA的积累有促进作用,柑橘废渣VS/剩余污泥VS为2时的最大VFA产量为11183.12mg/L,是未控制pH值组最高VFA浓度的1.75倍.柑橘废渣中的...     

污泥厌氧发酵液燃料电池的性能及电子供体分析

采用剩余污泥厌氧发酵液为阳极燃料、铁氰化钾溶液为阴极电子受体,成功启动了双室微生物燃料电池(MFC).考察了厌氧发酵过程中剩余污泥上清液中各种挥发性脂肪酸(VFAs)含量的变化,研究分析了污泥厌氧发酵液燃料电池的产电过程、燃料消耗及电子供体. 结果表明,污泥厌氧发酵液中乙酸含量最高(约占总VFAs的50%),异戊酸和丙酸含量次之(分别约占总VFAs的18%及15%),正丁酸和异丁酸含量较少(均低于总VFAs的10%),正戊酸含量最低(低于总VFAs的1%);MFC实现了250h稳定电压输出(0.65±0.05V),库伦效率为9.09%;阳极总化学需氧量(TCOD)、溶解性化学需氧量(SCOD)、VFAs均呈现整体下降趋势, TCOD和SCOD的去除率分别为74.9%和86.4%; VFAs的完全消耗伴随着反应器产电性能迅速变差,表明VFAs是主要电子供体;在MFC产电过程中, VFAs的消耗与产生同时存在,消耗总体快于产生;各种VFAs消耗快慢依次为:乙酸>正丁酸>丙酸>正戊酸>异戊酸>异丁酸.