冻融破解预处理剩余污泥及强化微生物电解池处理效能

针对微生物电解池(MEC)处理剩余污泥时水解速率慢、有机质降解率低的问题,采用冻融破解预处理剩余污泥,探讨了冻融对污泥泥质的影响及对后续MEC处理效能的强化作用.结果 表明:冻融处理可以有效促进污泥絮体解散、细胞破裂及有机物溶出,在-18℃冷冻72 h,26℃融解3h后,污泥SCOD增加了2.58倍.以冻融污泥为底物的...     

敏化剂特性及其耦合微波强化污泥破解研究

采用污泥活性炭（SAC）、TiO₂/SAC、Fe₃O₄/SAC作为敏化剂,结合微波处理技术对污泥进行了预处理,通过分析滤液中COD、DNA、氮、磷、有机物的含量及组分,探索微波+敏化剂的最佳处理条件.SAC负载TiO₂和Fe₃O₄后强化了其对电磁波的介电损耗和磁滞损耗,tan δ_ε分别增加了1.8和1.3倍,tan δ_μ分别增加到0.26和0.67.TiO₂/SAC投加量为0.25g/gSS时,样品滤液的COD浓度是1900mg/L,是原污泥和单独微波处理的4.52倍和1.86倍;Fe₃O₄/SAC投加量为0.35g/gSS时,样品滤液的COD浓度是2540mg/L,是原污泥和单独微波处理的6.05倍和2.45倍,Fe₃O₄/SAC强化污泥破壁效果更好.此时,样品滤液中TN、TP、蛋白质、多糖浓度分别为原污泥的7.7倍、16倍、7.49倍和71.69倍,微生物胞内和胞外聚合物中的物质大量释放,滤液中的溶解性有机物大大增加.微波+敏化剂的预处理方法有利于对污泥中氮、磷及有机物进行资源化利用与回收.     

热碱法处理污泥沼渣及其厌氧发酵性能研究

针对污泥沼渣中有机质难以回收利用的问题,利用热碱法破解污泥沼渣,探究了不同条件对沼渣破解率和有机物溶出率的影响,确定了热碱法处理污泥沼渣的最佳条件为：pH=13、T=80℃、t=8 h。此条件下,污泥沼渣的破解率为40.9%,COD、蛋白质、多糖的溶出率分别为722.2,79.7,73.7 mg/g VSS。利用热碱处理后的污泥沼渣破解液进行厌氧发酵产甲烷,比较了不同初始pH值对厌氧发酵的影响,发现初始pH值的改变对有机物降解率的影响较小,但初始pH值的增加会提高发酵过程中CH₄的产率,降低CO₂的产率,提高产气中CH₄含量。因此确定初始pH值=13时污泥沼渣破解液产甲烷效果最好,此时COD去除率为61.1%,CH₄产率达到65.0 mL/g VSS,产气中CH₄含量能够达到81.0%。该研究证明热碱处理可提高污泥沼渣的可生化性,具有应用于厌氧发酵产甲烷的潜力。     

高铁酸钾破解剩余污泥的水解效能分析

为了有效提高污泥水解效率、缩短厌氧消化时间,以K₂FeO₄为氧化剂破解剩余污泥,考察K₂FeO₄投加量（50~500 g/kg,以干质量计）对污泥破解率的影响,分析水解液各项特征指标并对其可生化性能进行预测,探究该方法作为污泥厌氧预处理的可行性.结果表明:污泥水解效率随着K₂FeO₄投加量的增加而升高,当搅拌速率为500 r/min、反应时间为2 h、K₂FeO₄投加量为500 g/kg的条件下,可实现最高的污泥破解率（34.6%）.污泥水解液中有机物以多糖、蛋白质为主,并有少量挥发性有机酸;污泥破解过程也伴随着P和NH₄+-N的释放,上清液中ρ（TP）最高可达496 mg/L,且以正磷酸盐为主（约310 mg/L）,可对其进行回收.采用三维荧光体积积分的方法对污泥水解液的可生化性能进行预测,发现污泥经K₂FeO₄预处理后,水解液中RB（易降解有机质）和PB（难降解有机质）荧光强度均明显增加,当K₂FeO₄投加量为50 g/kg时,F_digestion（生物可降解性指数）达到最大值（4.75）,预测此时污泥的可生化性能最佳.以K₂FeO₄为氧化剂预处理污泥可有效提升污泥水解效率,但若作为厌氧消化预处理,应综合考虑污泥破解率和可生化性能.研究显示,搅拌速率为500 r/min、反应时间为2 h、K₂FeO₄投加量为50 g/kg预处理条件下污泥的可生化性能最佳.      

应用解蛋白菌生物预水解剩余污泥

本文比较了解蛋白菌——地衣芽孢杆菌在不同接种比(0.17%、0.66%、1.16%和1.65%,以TS比计)条件下,生物菌剂预水解对剩余污泥液化效果和脱水性能的影响规律.结果表明,以地衣芽孢杆菌为接种物进行生物预处理,可以促进污泥胞内物质的溶出,同时促进污泥中蛋白质的溶出和降解,但污泥的脱水性能会有所劣化.发现地衣芽孢杆菌的接种比为1.16%时,溶解性有机物的累积溶出量达到最大值,而继续提高接种比并不会增加溶解性有机物的累积溶出量;同时,在该接种比下,经过129 h的生物预处理,蛋白质与挥发性固体的比值达到最低,为初始值的72%,表明蛋白质的降解量达到最大值.但经过129 h生物预处理,污泥的模化CST值上升为初始值的2倍左右,经过生物预处理后污泥的脱水性能劣化.     

次氯酸钙预处理对污泥厌氧发酵合成中链脂肪酸的影响研究

探究了次氯酸钙(Ca(ClO)₂)预处理对活性污泥厌氧发酵合成中链脂肪酸(MCFAs)的影响,结果表明Ca(ClO)₂能显著提高污泥的降解性能,且发酵液中可溶性有机物增量与Ca(ClO)₂浓度梯度呈正相关.当预处理浓度为80 mg·g^-1时,产出MCFAs浓度达到峰值(5691.9 mg·L^-1),是空白组的2.6倍.然而,更高Ca(ClO)₂(240 mg·g^-1)预处理浓度下其对污泥中的微生物过程(水解、酸化过程)的抑制作用导致MCFAs产出浓度有所降低.本研究为拓展污泥高值化处理技术提供了新思路.     

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。     

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.      

预处理方法对香蒲厌氧发酵联产H2-CH4效能的影响

通过厌氧发酵动力学分析、还原糖及其他代谢产物变化情况,结合香蒲微观结构解析,系统研究酸(HCl)、碱(NaOH)、酶(纤维素酶R-10)3种预处理对水生植物厌氧发酵联产H₂-CH₄的影响. 结果表明:香蒲分别经酸、碱、酶3种预处理后,厌氧发酵联产累积H₂、CH₄产量及含量均显著提高,c(HCl)、c(NaOH)均为1.0mol/L, w(纤维素酶R-10)(以底物计)为10mg/g时,预处理最佳. 其中1.0mol/L NaOH预处理香蒲效果最佳,φ(H₂)(H₂含量)达30.09%,累积产H₂量(以香蒲干质量计)达11.39mL/g;φ(CH₄)(CH₄含量)最高达67.48%,累积产CH₄量(以香蒲干质量计)达41.87mL/g;还原糖利用率达50.87%,sCOD(溶解性化学需氧量)利用率达66.17%. 纤维素酶预处理后香蒲产CH₄能力显著提高,产CH₄阶段φ(CH₄)最高为71.39%,累积产CH₄量达46.32mL/g,还原糖利用率达72.10%. 扫描电镜微观结构分析表明,碱预处理对香蒲纤维素结构破坏程度最大,可有效增加香蒲与微生物接触面积,有利于厌氧发酵联产H₂-CH₄工艺的快速启动和稳定运行.      

柠檬酸污泥热碱预处理厌氧发酵产酸研究

文章对食品发酵工业产生的柠檬酸废水剩余污泥进行热碱预处理后,同时采用批次与半连续运行方式进行污泥厌氧发酵实验,分析了污泥发酵液中挥发性脂肪酸（VFAs）、有机质、荧光组分、氮磷,以及污泥中的有机物含量、脱水性能和微生物群落的变化。响应面优化结果确定了柠檬酸污泥热碱处理的最佳条件为62℃,pH=10.6,处理1 h。热碱预处理使溶解性化学需氧量、溶解性总有机碳和蛋白质（PN）、多糖（PS）等浓度分别提高4.75倍、2.94倍、12.67倍、15.49倍,加快了厌氧发酵中VFAs的产生,其中前3 d总VFAs浓度上升速度最快,浓度为(6 194.96±411.91) mg/L(以COD计);为保证VFAs底物充足,半连续组调整污泥发酵时间为3 d,物料更换率为1/3(SRT=9 d),虽然VFAs相比批次组有所降低,但仍呈上升趋势且乙酸浓度仍占VFAs的50%左右。荧光分析结果表明色氨酸类蛋白质、腐殖酸类物质、富里酸类物质为主要荧光物质。热碱预处理会使总磷提高2.23倍,但随着产酸的进行会不断降低,而NH3-N随PN降解不断升高后基本保持不变。污泥的脱水性能将直接影响VFAs产量,而发酵后...     

硫酸根自由基预处理剩余污泥产酸效能与机理

为了优化最适宜的预处理条件,探究了不同高铁酸钾（PF）亚硫酸钠（Na₂SO₃）投加量对污泥EPS剥离和有机物转化短链脂肪酸（SCFAs）的贡献情况.结果表明,Fe（VI）/S（IV）联合预处理对污泥结构,尤其是紧密附着层EPS有较强的分解作用.当PF/Na₂SO₃的物质的量比从0/1（单独Na₂SO₃组）增加至2/3时,SCFAs的最高产量由1169.5mg COD/L增加到4796.9mg COD/L（第4d）,是单独Na₂SO₃和PF实验组的4.5和1.6倍.同时,当PF/Na₂SO₃物质的量比为2/3时,溶解性糖类和蛋白质释放量达到最大值,分别为260.1和2212.2mg COD/L.因此,适宜剩余污泥发酵产酸的最佳PF/Na₂SO₃物质的量比为2：3.基于本研究结果,结合传统厌氧发酵各个阶段,阐明了Fe（VI）/S（IV）强化污泥产酸的机理,为采用基于SO₄^·-的高级氧化方法强化污泥发酵产酸技术的应用提供了理论基础.     

低温热水解对剩余污泥DOM的溶出特征分析

为了研究剩余污泥在低温热处理条件下的理化性质及溶出特征,采用批次试验探究了热处理温度对剩余污泥溶解性有机物（SCOD）、溶解性碳水化合物（SC）、溶解性蛋白质（SP）的溶出变化情况,分析了溶解性有机物质（DOM）荧光组分的平行因子分析模型特征.研究发现,随着热处理温度的升高,SCOD在80℃的破解度增幅最高,在90℃溶出量最大;SC在70℃时溶出率增幅最高,在90℃质量浓度最高;SP在60℃质量浓度最大;挥发性脂肪酸（VFAs）在60℃达到最大含量;液相色谱-有机碳测定仪（LC-OCD）分析表明,溶解性有机碳在90℃分子质量浓度最大,但生物聚合类物质的比例在80℃最高;三维荧光平行因子分析（PARAFAC）显示,剩余污泥热处理后的DOM均包含类蛋白质C1（282,324nm）、代谢类蛋白质C2（310,364nm）、可见腐殖酸C3（278/338/358nm,424nm）、土壤富里酸C4（270/318/354nm,476/524nm）,对于热水解法预处理污泥,类蛋白质在80℃下具有最大荧光强度,代谢类蛋白质在60℃下具有最大荧光强度.在60min条件下,污泥中有机物溶出的最佳温度是80℃.     

水热预处理对污泥理化性质的影响

剩余污泥进行水热预处理时,研究了水热温度、时间和污泥固液比对污泥理化性质的影响?。结果表明：随着水热温度的升高,COD_Cr溶出率和污泥减量化程度逐渐提高,200 ℃时,COD_Cr溶出率最大,较原泥提高了96.5%,污泥减量化最大为80.1%,氨氮呈不规则性变化;水热时间对污泥减量化和氨氮溶出影响较小,当水热时间为1 h时,污泥中COD_Cr溶出率最大,较原泥提高了96.5%;固液比为10%,水热预处理后污泥中氨氮溶出最小,为1.093 mg/g。通过考察3个因素对污泥理化性质的影响,得出最佳水热预处理条件为污泥固液比为10%时,在200 ℃下,水热1 h后,污泥预处理效果最好,COD_Cr溶出率可达到最大值。     

冻融处理对不同阴极构型MFC产电及有机物降解的影响

为了研究不同阴极构型的微生物燃料电池(MFC)处理剩余污泥时的产电以及有机物降解情况,构建了铁氰化钾双室MFC以及生物阴极双室MFC两套系统,分析了两套系统处理剩余污泥时电压、功率密度以及有机物变化及降解情况.结果表明,处理冻融污泥时,铁氰化钾双室MFC8h达到稳定电压0.726V,运行6d时SCOD达到峰值3771.4mg/L,此时最大功率密度最高为10.3W/m3,周期结束(20d)TCOD去除率为70.3%;生物阴极双室MFC运行3d达到稳定电压0.76V并持续22d后下降,15~20d时SCOD达到峰值4538.0mg/L,并获得最高的最大功率密度13.7W/m3,周期结束(30d)去除80.6%的TCOD.相对于铁氰化钾双室MFC,生物阴极双室MFC能够更为彻底的促进污泥有机物溶出并利用其产电,对溶解性碳水化合物利用以及有机物的降解得更为彻底,同时更利于MFC系统的长期稳定运行.     

流体剪切破解剩余污泥的实验与模拟研究

污水处理过程中产生大量剩余污泥需妥善处理处置,剩余污泥的破解是众多污泥减量化与资源化处理工艺的有效预处理过程。利用组织捣碎机产生流体剪切力破解剩余污泥,考察在19 000 r/min和24 000 r/min下,破解500 m L剩余污泥0.5~10 min的效果,并应用FLUENT软件对流体剪切力破解剩余污泥的过程进行模拟。结果表明,破解10 min后,24 000 r/min时SCOD增加4.76倍,蛋白质增加2.68倍,肽聚糖由0增至387 mg/L;19 000 r/min时SCOD增加4.68倍,蛋白质增加2.63倍,肽聚糖由0增至304 mg/L。在破解的3 min内各指标增长最快,3 min后破解效率逐渐降低,持续增加破解时长,对破解效率的提高作用不大。通过FLUENT数值模拟得出,高速旋转的叶片带动污泥在容器内形成剧烈的湍流,产生了足够大的流体剪切力,使得污泥中微生物的细胞壁破碎。实验与模拟结果说明流体剪切破解污泥的是一种有效的方法。     

不同稻作系统土壤的CH4产生潜力与产生途径

不同稻作系统土壤的CH₄产生潜力,特别是CH₄产生途径（主要为乙酸发酵和CO₂/H₂还原）间的差异尚不明确.通过添加与不添加氟甲烷（CH₃F）抑制剂（添加比例分别为2%和0%）的土壤厌氧培养试验,并采用稳定性碳同位素等方法,对我国3类典型稻田生态系统（稻-麦轮作,RW;稻-休闲,RF;双季稻,DR）土壤CH₄产生累积浓度、 CH₄产生潜力、溶解性有机碳（DOC）含量、乙酸含量和乙酸产CH₄的相对贡献率(f_ac值)进行了对比研究.结果表明,RF的CH₄产生潜力为7.18μg·（g·d）^-1,显著低于RW[10.33μg·（g·d）^-1]和DR[13.42μg·（g·d）^-1]（P<0.05）;相关分析表明,CH₄产生潜力与土壤阳离子交换量及pH呈显著负相关（P<0.01）;...     

低温热水解对剩余污泥DOM的溶出特征分析

为了研究剩余污泥在低温热处理条件下的理化性质及溶出特征，采用批次试验探究了热处理温度对剩余污泥溶解性有机物（SCOD）、溶解性碳水化合物（SC）、溶解性蛋白质（SP）的溶出变化情况，分析了溶解性有机物质（DOM）荧光组分的平行因子分析模型特征.研究发现，随着热处理温度的升高，SCOD在80℃的破解度增幅最高，在90℃溶出量最大；SC在70℃时溶出率增幅最高，在90℃质量浓度最高；SP在60℃质量浓度最大；挥发性脂肪酸（VFAs）在60℃达到最大含量；液相色谱-有机碳测定仪（LC-OCD）分析表明，溶解性有机碳在90℃分子质量浓度最大，但生物聚合类物质的比例在80℃最高；三维荧光平行因子分析（PARAFAC）显示，剩余污泥热处理后的DOM均包含类蛋白质C1（282，324nm）、代谢类蛋白质C2（310，364nm）、可见腐殖酸C3（278/338/358nm，424nm）、土壤富里酸C4（270/318/354nm，476/524nm），对于热水解法预处理污泥，类蛋白质在80℃下具有最大荧光强度，代谢类蛋白质在60℃下具有最大荧光强度.在60min条件下，污泥中有机物溶出的最佳温度是80℃.     

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.     

流体剪切与超声空化破解剩余污泥的参数优化

为提高剩余污泥的破解效果并降低能耗,采用FS（fluid shear,流体剪切）、UC（ultrasonic cavitation,超声空化）、FS和UC联合工艺（FS-UC,UC-FS）破解剩余污泥,并应用单因素试验结合响应面法对联合工艺进行优化.结果表明:FS对剩余污泥破解效果一般,只在开始阶段具有较好效果,随作用时间延长,破解效果未有显著提高甚至下降.UC对剩余污泥破解效果明显,随作用时间延长,破解效果显著提升,但能耗也随之增大,EDR（energy disintegration ratio,效能比）明显下降.相同作用时间下,UC破解效果优于FS破解效果,UC破解剩余污泥的DD_COD（degree of disintegration,破解率）与EDR均明显高于FS方法.单因素试验得出的较优FS作用时间范围为2~8 min,较优UC作用时间范围为5~15 min.响应面法试验结果显示,联合工艺的剩余污泥破解效果和能量利用率均优于单一方法,联合工艺中FS-UC工艺的破解效果优于UC-FS工艺.FS-UC工艺的最佳参数:FS处理5.6 min再UC处理15.0 min,该条件下剩余污泥实际DD_COD为50.8%,EDR为26.8%.UC-FS工艺的最佳参数:先UC作用15.0 min再FS作用7.8 min,该条件下剩余污泥实际DD_COD为36.5%,EDR为17.1%.研究显示,以DD_COD和EDR为指标,4种工艺的高效性顺序为FS-UC > UC-FS > UC > FS,其中FS-UC工艺具有能耗低、破解效率高的特点,是4种工艺中剩余污泥破解效果最好的一种工艺.      

全球和东亚地区CH4浓度时空分布特征分析

利用最新的AIRS卫星观测资料分析了2002年12月~2016年11月全球和东亚地区（70°~140°E,10°~55°N）CH₄浓度的时空变化分布特征.研究发现,2003~2016年,全球CH₄年平均浓度从1774.2×10^-9增加到1789.1×10^-9,年增长率约为1.1×10^-9/a;东亚地区CH₄年平均浓度从1811.5×10^-9增加到1841.0×10^-9,年增长率约为2.0×10^-9/a.在美国西南部、南美洲南部、澳大利亚东南部、中国青藏高原和东北地区等地上空,CH₄浓度增幅比较明显,而在北美洲的东北部上空,CH₄浓度出现负增长.北美洲东北部和俄罗斯东部等地上空CH₄浓度的变化与温度变化呈正相关;如在冬季,该地区温度与周围地区相比更低,同时CH₄浓度更低.本文利用近10a的卫星数据获得了CH₄浓度的垂直廓线,显示不同纬度带CH₄浓度均随着高度的升高逐渐减小,且高纬度地区CH₄浓度减小的最快.近年来,在低纬度地区对流层中低层CH₄浓度变化较为明显.在对流层低层（850hPa）,北半球CH₄浓度随着纬度增加逐渐变大;在南半球则随着纬度增加先减小后变大.而在平流层内,CH₄浓度在赤道处最大,且随着纬度的升高逐渐减小.此外,CH₄的浓度分布存在明显的季节变化：在北半球,大部分地区夏季CH₄浓度高于冬季（约20×10^-9~40×10^-9）,但在撒哈拉沙漠和中国新疆塔里木盆地等地区上空,冬季CH₄浓度高于夏季（约40×10^-9~60×10^?9）.在冬季,中国四川西部上空的CH₄浓度要比青藏高原上空高（约100×10^-9~120×10^-9）.