城市污水污泥微波热水解特性研究

在80～170 ℃进行1～30 min的城市污水污泥微波热水解,微波频率2 450 MHz,最大输出功率1 kW,考察挥发性悬浮固体(VSS)和悬浮固体(SS)溶解率,污泥上清液COD和TOC浓度、污泥粒径、形态变化和碳氢氮含量等污泥热水解特征,分析污泥离心脱水性能的改善和减量化效果.结果表明,微波加热使污泥有机物水解反应快速发生,水解过程受温度影响显著.热水解5 min时,150℃和170℃的VSS溶解率为15.8%和29.4%;10 min时COD溶解率达到19.07%和25.75%,COD和TOC浓度在170℃分别为9 860.0 mg/L和2 949.70 mg/L.超过5～10 min,VSS和COD水解率增加缓慢.通过扫描电镜(SEM)观察到污泥热水解后菌体细胞破裂.与碳和氢相比,污泥中氮的水解率更高,170℃微波热水解5 min氮的水解率达到67%.150℃和170℃热水解10 min离心脱水污泥含水率降低到73.1%和65.5%,脱水性能改善,相应减量化率为33.9%和51.7%.     

高固体污泥微波热水解特性变化

考察浓度7%、9%和13%的高固体污泥微波热水解特性,通过生化产甲烷潜能(BMP)实验,分析热处理污泥厌氧消化性能的变化.结果表明,微波加热升温速度快,污泥中悬浮性挥发固体(VSS)和悬浮固体(SS)溶解,液相COD、TOC、氨氮、TN和TP浓度增大, pH值降低.水解效率受污泥浓度影响显著,浓度13%的污泥VSS和SS溶解率低于7%和9%的污泥.170℃热水解5min,9%污泥的VSS和SS溶解率分别为23%和18%, SCOD浓度为41g/L, TOC和氨氮浓度达到30g/L和1g/L.热水解污泥厌氧消化性能提高,9%污泥的产气量在170℃、5min和10min比未处理污泥增加27%和30.8%.热水解时间对提高消化性能影响不大,热水解由5 min到10min,120℃、150℃和170℃的产气量分别增加4%、3.6%和5.7%.     

热碱处理破解污泥效果研究

利用碱热方法对污泥进行预处理,研究了污泥的破解效果及主要影响因素.研究表明:随着热水解处理温度的升高及时间延长,污泥上清波中的溶解性化学需氧量(SCOD)、氮(N)、磷(P)等浓度不断增加,而碱的使用提高了SCOD,N,P等的溶出率,且NaOH破解效果明显优于Ca(OH)2.污泥经90℃处理5h后,单独热水解、加NaOH和加Ca(OH)2预处理后的SCOD溶出率分别达到了23.1％,54.4％和32.5％;N的释放主要以有机氮为主,P的释放则是以正磷酸盐为主.碱热联合处理时污泥减量化效果突出,对污泥脱水性能影响显著,90℃时污泥中每克挥发性固体(VS)投加0.2 g Ca(OH)2处理5h,污泥离心含水率可达75.7％.     

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.     

剩余污泥的热水解试验

研究了热水解预处理对剩余污泥性质的影响.结果表明,污泥热水解时经历溶解和水解2个过程.随着热水解温度的升高和热水解时间的延长,污泥固体的溶解率增大,在210℃、75min的热水解条件下,挥发性悬浮固体(VSS)和蛋白质的溶解率分别达到60.02%和47.21%.溶解后的有机物进一步水解生成低分子物质,其中挥发性有机酸(VFA)占溶解性COD(SCOD)的30%～40%,乙酸占VFA的50%以上.经过热水解预处理,污泥SCOD浓度大幅度升高,pH值下降,碱度增大.     

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.     

微波、碱及其联合技术预水解市政污泥的研究

以SCOD/TCOD(可溶性COD/总COD)、毛细吸水时间(CST)为主要考察指标,研究了微波、碱及其联合技术预水解市政污泥的效果。结果表明,采用不同微波功率单独处理时,相对于原污泥,SCOD/TCOD均有显著提高,在高火档(功率为863 W)下,当处理时间为2 min,可由原污泥的1.40%增加到28.66%,且对应的CST相对原污泥亦有明显下降,即该处理既有利于污泥中不溶性COD转化为SCOD,亦可改善污泥的脱水性能。碱单独预处理污泥可使污泥的SCOD/TCOD从未处理的2.68%提高至25.83%,但毛细吸水时间亦显著增加,增加至原污泥的14倍,碱处理虽然可增加污泥中COD的溶出,但不利于污泥的脱水。而碱-微波(先碱后微波处理)联合预处理可使SCOD/TCOD从原污泥的1.23%增加至34.95%,优于碱或微波单独处理或者微波-碱联合处理效果,但不利于改善污泥的脱水性能。     

碱处理促进剩余污泥解的试验研究

研究了热碱水解法对剩余污泥特性参数(溶解性化学需氧量、挥发性脂肪酸、氨氮、pH值与污泥浓度等)的影响.碱的加入减弱了污泥细胞壁对高温的抵抗力,加剧了剩余污泥细胞内有机质的释放与水解,改变了污泥的性质.在反应温度为170℃、pH 13、反应时间为75 min的条件下,溶解性化学需氧量(SCOD)达到了最大融出量17956 mg/L,此时SCOD与总化学需氧量(TCOD)之比为0.65.在pH 13,反应时间为60 min时悬浮固体(SS)、挥发性悬浮固体(VSS)均达到了最大溶解率,其值分别为67%和72%.经热碱水解处理后的剩余污泥SCOD随着原污泥浓度的增大而增大,呈现了良好的线性关系,相关系数R2达到了0.97以上,而且随着pH值的增大,融出率也不断增大,在pH 13时达到最高值672 mg/g.另外,通过正交试验可以得出170℃时各因素对SCOD影响的重要性,依次为污泥浓度、DH值、反应时间.     

碱水解法处理脱水污泥的有机物溶出特性

碱水解法是一种有效的脱水污泥减量化方法,但碱水解法处理脱水污泥过程中产生的高浓度有机物溶液性质尚不明确。试验研究了脱水污泥在不同碱浓度处理下所得碱提取液中化学需氧量(TCOD)和溶解性化学需氧量(SCOD)、蛋白质、多糖、核酸的含量,明确了碱提取液中有机物组成,为实现碱水解液的综合利用,消除碱水解法用于污泥减量化过程中的二次污染提供了理论依据。研究结果表明,在碱处理浓度介于0.1¹ mol/L的条件下,提取物中SCOD浓度可达4 196.45 mg/L、SCOD/TCOD为90%、蛋白质浓度可达448.43 mg/L、多糖浓度为92.96 mg/L、核酸浓度为35.91 mg/L,且各指标整体碱浓度增大而增大。碱处理过程中脱水污泥中有机物发生了显著的溶解,污泥中的细菌被水解破碎。碱提取液具有将其作为生物处理设施外加碳源、动物饲料等潜在的利用价值。     

热水解预处理改善污泥的厌氧消化性能

先将污泥进行热水解预处理 ,其后测定生物化学甲烷势(BMP)来研究热水解对污泥厌氧消化性能的影响 .结果表明 ,热水解预处理能加速污泥中固体有机物的溶解 ,溶解后的有机物进一步水解生成低分子物质 ,其中挥发性有机酸占溶解性COD(SCOD)的30%～40% ,从而污泥的厌氧消化性能得到明显改善 .最合适的热水解温度和热水解时间为170℃、30min.此条件下 ,污泥厌氧消化时总COD(TCOD)去除率从预处理前的38.11%提高到56.78% ,污泥中TCOD的沼气产率从16.0mL/g提高到250mL/g .     

酸碱预处理对常压微波辐射剩余活性污泥磷释放的影响

考察了污泥酸、碱预处理在常压微波处理过程中对碳、氮、磷释放的影响.结果表明,NaOH预处理将污泥磷释放率从28.8%提高到59.1%,但同时引起了碳、氮的大量释放.同碱预处理相比,硫酸预处理能够将常压微波辐射作用下污泥磷的释放率提高3倍,达到84.5%,并可达到选择性释放碳、氮、磷的效果（氮和COD释放少,而磷释放显著）,有利于后续的磷回收.优化试验表明,pH为2.1～2.2是常压微波辐射作用下污泥磷释放的最佳硫酸预处理条件.     

高含固污泥水热预处理中碳、氮、磷、硫转化规律

以城市污水处理厂脱水污泥为对象,探讨其在165℃下经50 min水热预处理的碳、氮、磷、硫转化规律.结果表明,水热预处理可有效水解污泥中有机组分,VSS水解率达43.35%.碳、氮、磷、硫在水热预处理过程中表现出不同的转化规律,蛋白质和碳水化合物的水解率分别为54.36%和65.12%,溶解态有机物的主要组分为溶解态蛋白质(52.18%);不溶态有机氮的水解率54.23%,氨氮占溶解态凯氏氮的22.13%,水解液中的氮主要以有机氮形式存在;总磷水解率为30.52%,磷酸盐占溶解态总磷的79.84%,说明在水热预处理过程中聚磷酸盐在聚磷菌细胞破碎后极易被水解为磷酸盐;总硫水解率为50.03%,硫化物占溶解态总硫的0.50%,而有机硫很难水解为硫化物.通过水热预处理后物质转化及组分分析,旨在为高含固污泥有效处理提供一定的理论参考.     

浓度对高固体污泥热水解特性及流动性的影响

考察固体浓度为7%、9%和13%的高固体污泥的热水解特性,通过生化甲烷潜能(BMP)试验,考察热水解处理高固体污泥厌氧消化性能的变化,通过流变性试验,考察污泥浓度与流动性的关系.结果表明,随着热水解时间延长,污泥中有机物溶解率增大,30min后变化趋于平缓.水解效率受固体浓度影响,浓度7%污泥的有机物溶解率高于9%和13%的污泥.170℃热水解30min,7%的污泥SS、VSS和COD的溶解率分别为43%、47%和42%,VFA/SCOD为20.2%.热水解污泥厌氧消化性能提高,相比未经热水解处理的污泥,浓度7%、9%和13%的污泥在170℃热水解30min后产气量分别增加了44%、27%和9%,沼气产率分别增加了63%、74%和37%.固体浓度对污泥厌氧消化性能的影响显著,浓度9%的污泥产气中甲烷含量以及沼气产率均高于7%、13%的污泥.固体浓度9%时,污泥屈服应力增长缓慢,固体浓度大于9%时,污泥屈服应力增长快速,流动性急剧下降.     

强化污泥利用水解反应器改善碳源与污泥减量作用研究

通过改进传统水解池,强化水解池中的初沉污泥水解,以改善优质碳源比例.强化污泥利用水解反应器集悬浮物的沉淀分离和污泥的水解酸化为一体,经强化污泥利用水解反应器处理后,废水中SS去除率达到81.4%,SS/BOD5由进水的2.4下降至0.4;SCOD/COD、COD0.45～5/COD分别提高了35.4%和17.7%,而COD>100/COD下降了53.2%;BOD5/TN从3.7提高至4.7;BOD5/TP从23.8提高至36.4.废水的碳源结构得到了改善.同时,在强化污泥利用水解反应器中完成了对污泥的处理,污泥水解率达到51.9%,实现了污泥的资源化与减量化.     

酶法水解提取剩余活性污泥蛋白质条件实验

以凯式定氮法为测试方法,对6种蛋白酶在各自最优条件下水解剩余活性污泥蛋白质,进行污泥提蛋白实验。实验结果表明,碱性蛋白酶水解效果最好,最佳水解条件是:pH值为8.0,温度55℃,加酶量为2%,反应时间4 h,液固比4:1。最佳工作条件下,污泥蛋白质提取率为52.5%。污泥蛋白提取液中重金属及有害金属含量低于国家饲料卫生标准。     

生物表面活性剂强化污泥水解的研究

为了解生物表面活性剂对剩余污泥水解效果的影响,采用向污泥中投加鼠李糖脂的方式,研究了水解时间、生物表面活性剂投加量以及pH值对污泥水解过程的影响.结果表明,鼠李糖脂显著降低了污泥水解液的表面张力,促进了悬浮固体的溶解和胞外酶的溶出,从而强化了污泥水解.污泥水解过程中,SCOD、蛋白质和还原糖的浓度均呈现先增加后降低的趋势,前6 h内符合一级反应动力学.在鼠李糖脂最佳投加剂量0.3 g.g-1下反应6 h,SCOD、蛋白质和还原糖的浓度分别由371.9、93.3和9.0 mg.L-1上升到3 994.5、800.0和401.7 mg.L-1.生物表面活性剂对污泥水解的强化作用受pH值的影响,随着pH值的增大,水解效率不断增大.当pH=11时,水解效率达到最大值,SCOD、蛋白质和还原糖的浓度分别为5 249.9、1 658.3和597.1 mg.L-1.