Settling and dewatering characteristics of granulated methane-oxidizing bacteria

We evaluated the settling ability and dewaterability of granulated methane-oxidizing bacteria (GMOB) after granulation using a continuous-flow reactor. A comparative analysis on settling and dewatering characteristics due to changes in sludge retention time (SRT, 10, 15 and 20 days) during cultivation of GMOB was conducted. In assessing dewaterability, the specific resistance to filtration (SRF) of activated sludge and GMOB was found to be 8.21×1013-2.38×1014 and 4.88 × 1012-1.98×1013 m/kg, respectively. It was confirmed that as SRT decreased, SRF of GMOB increased. In the case of bound extracellular polymeric substance (EPS), activated sludge registered 147.5 mg/g-VSS while GMOB exhibited 171-177.2 mg/g-VSS. In the case of extracellular polymeric substance soluble EPS in effluent, activated sludge measured 62 mg/L and GMOB had 17.4-21.4 mg/L. The particle size analysis showed that mean particle diameters of GMOB were 402, 369, and 350 μm, respectively, at SRTs of 20, 15 and 10 days. In addition, it was found that GMOB had a larger mean particle diameter and exhibited much better settleability and dewaterability than activated sludge did.     

活性污泥与消化污泥的脱水特性及粒径分布

对活性污泥和消化污泥的脱水特性和粒径分布进行了研究,分析了2种污泥胞外聚合物（EPS）含量的差异以及生物相的变化特征和机理.结果表明,表征脱水性能好坏的毛细吸收时间（CST）,新鲜活性污泥为9.84 s,消化污泥增加到607.5 s,消化污泥固体颗粒从悬浮液分离所需的时间变长,脱水性能变差.其原因一方面是消化过程使EPS中蛋白质和多糖降解,另一方面是大大降低了消化污泥中原生动物数量,减少了促进微生物凝聚的EPS物质向污泥中的释放.消化污泥EPS含量为123 mg/g（以干污泥计,下同）,比EPS含量为540 mg/g的活性污泥减少了77%.EPS的降解使较大的污泥颗粒分解成较小的污泥颗粒,活性污泥占体积最大的颗粒粒径是133 μm,消化污泥下降到44.6 μm,活性污泥的平均粒径是132.6 μm,消化污泥仅为70.48 μm,结果导致消化污泥脱水性能变差.     

高铁酸钾调理改善活性污泥脱水性能的反应机制研究

研究了高铁酸钾(K_2FeO_4)对处理活性污泥脱水性的效果,重点考察了不同pH和剂量条件下,K_2FeO_4调理对污泥过滤脱水特性和胞外聚合物(EPS)分布和组成的影响,以深入认识K_2FeO_4调理污泥的反应机制.研究表明,K_2FeO_4调理效果随pH值的降低而改善,其不仅有氧化裂解作用导致结合型EPS(BEPS)释放,同时其还原产物三价铁离子兼具混凝功效,能够通过电中和与界面吸附去除部分溶解性EPS(SEPS),同时压缩EPS结构,增强污泥絮体结构.此外,当pH值为3,K_2FeO_4投加量为0.1 g·g~(-1)(以TSS计)时,污泥过滤脱水速率和程度均达到最佳.过量投加K_2FeO_4(0.2 g·g~(-1),以TSS计)后,BEPS大量释放,污泥过滤阻力增加,脱水性能恶化.     

基于Fe3+/EDTA-2Na的类芬顿对剩余污泥脱水性能的影响

剩余污泥的高含水率限制了对其后续处理以及资源化利用. 为了改善污泥脱水性能,利用Fe3+/EDTA-2Na类芬顿试剂作为调理剂强化污泥脱水,通过粒径分析、差示扫描量热仪(DSC)、傅里叶红外光谱(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)等方法对剩余污泥进行表征,探究其强化脱水机理. 结果表明:经过氧化调理后的污泥泥饼含水率降至67.8%,并有62.32%的结合水得以释放. 污泥胞外聚合物(EPS)结构被氧化破解,紧密结合的胞外聚合物(TB-EPS)中的多糖和蛋白质浓度显著减少;污泥絮体减小,但从SEM图可以看出絮体结构变得规整、平滑,且出现不规则孔洞,增加了污泥水分的输送通道,改善了污泥的脱水性能. FTIR分析表明,氧化处理后的污泥清液中水的吸收峰变小,多糖和蛋白质对应的吸收峰增强,而富里酸对应的峰消失. 研究显示,基于Fe3+/EDTA-2Na类芬顿的污泥调理可以高效氧化破解污泥,提高污泥脱水性能.      

A new polystyrene-latex-based and EPS-containing synthetic sludge

Since the living microorganisms in activated sludge continuously change, it is difficult to conduct controlled experiments and achieve reproducible results for evaluating sludge characteristics. Synthetic sludge, as a chemical surrogate to activated sludge, could be used to investigate the sludge physicochemical properties, and it is desirable to prepare synthetic sludge with similar structure and properties to real activated sludge to explore the flocculation and settlement processes in activated sludge systems. In this work, a high-strength synthetic sludge was prepared with functional polystyrene latex particles as the framework and extracellular polymeric substances (EPS) to modify its surface. The flocculation and settling characteristics of the microspheres and the prepared synthetic sludge were tested. Compared with other three functional polystyrene latex microspheres, the synthetic sludge prepared with EPS-modified polystyrene latex microspheres showed good settling characteristics and a significantly higher strength. They could be used for studying the physicochemical properties of activated sludge.     

微波辐射对污水处理厂动态流活性污泥性能的影响研究

通过微波辐射对污水处理厂动态流活性污泥性能进行实验研究,考察了微波辐射3min内污泥沉降性能、脱水性能的变化,探讨了微波辐射对污泥挥发性悬浮固体(VSS)溶解率、上清液中COD和污泥微观形态的影响.结果表明,低强度的微波辐射对活性污泥相关性质的影响不显著,没有从根本上改善活性污泥的结构.适宜的微波辐射能显著改善活性污泥的沉降性能和脱水性能,500、700和900W微波辐射的适宜辐射时间分别为180、150和60s,此时,活性污泥的比阻为0.3×109S2·g-1左右,较原活性污泥减小了88%,泥饼含水率由原活性污泥直接抽滤的85.2%降低到70.0%.VSS溶解率和上清液COD都随着辐射功率及辐射时间的增加而升高.适宜的微波辐射能促进污泥的团聚絮凝,过度的辐射会破坏活性污泥结构,使活性污泥颗粒细小化,混合液黏度增大,导致脱水性能变差.通过动态流动下微波辐射对活性污泥性能影响的研究,可为微波辐射在活性污泥处理的实际应用提供理论依据.     

Optimizing sludge dewatering with a combined conditioner of Fenton's reagent and cationic surfactant

Enhancing sludge dewatering is of importance in reducing environmental burden and disposal costs. In this work, a cationic surfactant, cetyl trimethyl ammonium bromide (CTAB), was combined with Fenton's reagent for sludge dewatering. Results show that the Fenton-CTAB conditioning significantly promotes the sludge dewatering. Using combined techniques of response surface methodology and uniform design, dosages of Fe²⁺, H₂O₂, and CTAB for water content response were optimized to be 89, 276, and 233?mg/g dry solids (DS), respectively. The water content of sludge decreased from 79.0% to 66.8% under the optimal conditions. Compared with cationic polyacrylamide, the Fenton-CTAB system exhibited superior sludge dewatering performance. To gain insights into the mechanisms involved in sludge dewatering, the effects of Fenton-CTAB conditioning on the composition of extracellular polymeric substances (EPS) and the morphology of the sludge flocs were investigated. The decomposition of EPS into some dissolved organics and the release of proteins in tightly bound EPS facilitated the conversion of bound water to free water and further reduced the water content of sludge cake. After conditioning, morphology of sludge showed aggregation. Overall, the enhanced sludge dewatering by Fenton-CTAB treatment provides an efficient way for management of sewage sludge.     

好氧污泥颗粒化中胞外聚合物（EPS）的动态变化

在SBR中分别运行普通活性污泥和好氧颗粒污泥工艺,考察普通絮体污泥颗粒化过程中EPS的组分变化和分布情况.结果表明,通过减少沉淀时间可以获得质量高的颗粒污泥,污泥系统中的EPS可划分为紧密结合型、松散结合型和溶解性3种;普通污泥期、颗粒污泥初期和颗粒污泥稳定期的EPS含量均以紧密结合型EPS为主,颗粒污泥中总EPS和溶解性EPS含量均高于普通污泥,且颗粒形成初期溶解性EPS增长明显;颗粒污泥中紧密结合型EPS含量相对稳定,松散结合型EPS在不同污泥中含量很低,一个典型反应周期中蛋白质和多糖的变化趋势普遍是先降低后上升,普通污泥和颗粒污泥EPS中蛋白质含量均高于多糖,颗粒形成初期EPS中蛋白质含量有明显上升;普通絮体污泥中EPS和细菌分布均匀,颗粒污泥的表层聚集大量的细菌、内部主要成分是EPS.     

铁负载污泥炭的表征及其促进PAM调理高级厌氧消化污泥的效能研究

本研究首先分析了铁负载污泥炭的物理化学性质,评估了铁负载污泥炭与有机高分子（聚丙烯酰胺,PAM）联合调理改善高级厌氧消化污泥脱水性的效能,研究了联合调理过程中污泥絮体特性与胞外聚合物（EPS）的变化特征.结果表明,单独投加污泥炭可以通过铁的电中和作用降低污泥颗粒间的静电排斥力,同时充当骨架材料改善污泥的脱水性能.此外,铁负载污泥炭可以有效去除污泥体系中大分子溶解性有机物,从而改善污泥的过滤性能.污泥炭和有机絮凝剂在污泥调理过程中表现出明显的协同作用,污泥碳和PAM的最佳投加量分别为250 mg·g^-1（以TSS计）和8 mg·g^-1（以TSS计）.激光共聚焦显微镜分析表明,PAM主要与污泥絮体中的蛋白质分子作用,从而促使污泥颗粒凝聚.     

复合式膜生物反应器的膜污染控制机理

采用常规膜生物反应器(CMBR)和复合式膜生物反应器(HMBR)处理城市生活污水,对HMBR的膜污染控制机理进行了研究。试验结果表明,HMBR能够有效去除胞外多聚物(EPS),反应器内溶解性EPS(S-EPS)、松散附着性EPS(LB-EPS)和紧密附着性EPS(TB-EPS)的含量比CMBR分别降低了42.8%、41.5%和2.1%。附着性EPS(B-EPS)特别是LB-EPS与活性污泥的物理性能密切相关,随着其含量的降低,HMBR中活性污泥的絮凝性能和沉淀性能比CMBR分别提高了24.4%和34.8%。由于滤饼层污泥主要来源于活性污泥,因此随着活性污泥絮凝性能和沉淀性能的提高,HMBR中的滤饼层比阻比CMBR降低了31.1%。作为结果,当跨膜压差(TMP)到达20 kPa时,HMBR运行了143 d,而CMBR仅运行了57 d。     

草酸、壳聚糖与CaO联合调理对污泥脱水性能的影响

为提高剩余污泥脱水性能,本文采用单因素实验确定草酸、壳聚糖和CaO各因素的影响水平范围,基于响应曲面优化法建立了污泥滤饼含水率预测模型,通过粒子群算法计算污泥滤饼含水率预测模型,优化草酸、壳聚糖与CaO联合调理污泥脱水的最佳配比,并分析了污泥调理过程中胞外聚合物（EPS）的变化特性,深入解析了污泥脱水的关键机制.结果表明,草酸、壳聚糖与CaO联合调理污泥能明显提高污泥脱水性能,调理后的污泥滤饼含水率为64.017%,最佳投加量分别为0.377,0.029,0.040g/g;模型拟合度良好（R²=0.9651）,方差分析表明草酸对于污泥滤饼含水率的影响为主要因素;草酸投加量与溶解型EPS（SL-EPS）呈显著正相关关系,而与紧密型EPS（TB-EPS）呈显著负相关关系.该研究成果可为剩余污泥脱水性能的提高提供技术与方法参考.     

水力空化-酸化调理增强污泥脱水性能分析

研究了水力空化-酸化调理作用于污泥脱水的机理。以污泥比阻（specific resistance to filtration,SRF）、污泥含水率和污泥毛细吸水时间（capillary sunction time,CST）作为主要的评价指标,测定污泥胞外聚合物（extracellular polymeric substances,EPS）中多糖、蛋白含量并进行了污泥酸化程度、污泥电子显微图像分析。结果表明:经水力空化-酸化调理污泥,污泥含水率和SRF分别从83.1%和5.12×1011 m/kg下降到69.8%和2.41×1011 m/kg,CST由50 s下降至20.8 s,各EPS组分含量下降明显,酸化作用通过影响污泥的溶解型胞外聚合物（S-EPS）和松散结合型胞外聚合物（LB-EPS）中的多糖及蛋白含量改变污泥的脱水性,pH=3时污泥脱水效果最好。综上所述,水力空化-酸化调理能大大增强污泥的脱水性能,在实际工程中具有很大的应用价值。     

微生物絮凝剂改善污泥脱水性能的研究

从活性污泥中筛选出一株微生物絮凝剂产生菌,该菌在优化培养条件下所产微生物絮凝剂命名为M-127。将M-127用于污泥脱水,并与聚丙烯酰胺、聚合氯化铝以及硫酸铝进行脱水效果对比。试验结果表明,M-127投加量为2mg/L时,污泥沉降性能得到明显改善;该絮凝剂用于污泥脱水的最佳条件是:40mg/LM-127,pH=6.5;在此条件下污泥比阻(SSR)可降至4.71×1010m/kg,脱水率可达96.3%,效果优于PAC、PAM以及Al(2SO)43。     

微气泡及其产生方式对活性污泥混合液性质的影响

微气泡曝气有助于强化氧传质过程,在废水好氧生物处理中具有潜在的应用优势;同时,微气泡及其产生方式可能对污泥混合液性质产生影响.本研究采用SPG膜微气泡发生系统研究了微气泡及其产生方式对污泥混合液性质的影响.结果表明,微气泡曝气中,微气泡附着于污泥絮体导致污泥上浮聚集,从而造成反应器中污泥浓度(MLSS)下降,以及污泥沉降性能变差.微气泡产生过程中,液体循环泵(离心型)产生的强水力剪切力作用于污泥混合液,造成污泥絮体破碎、污泥粒径减小以及污泥絮体EPS释放,进而使得上清液浊度和有机碳(特别是胶体有机碳)浓度升高,污泥絮体的再絮凝能力丧失.微气泡产生过程中,污泥破碎导致的污泥有机物的释放使得污泥混合液的黏度增加,但混合液表面张力保持不变.     

生物污泥对染料的吸附及胞外聚合物的作用

对比研究了4种生物污泥（包括活性污泥、厌氧污泥、干活性污泥、干厌氧污泥）对染料酸性湖蓝A的吸附,并考察了胞外聚合物（EPS）以及外层溶解性胞外聚合物（SEPS）和内层固着性胞外聚合物（BEPS）在此过程中所起的作用．结果表明,4种污泥吸附量与染料平衡浓度之间均既符合Freundlich模型（R²为0.921～0.995）,又符合Langmuir模型（R²为0.958～0.993）,但不符合BET模型（R²为0.07～0.863）．干厌氧污泥对染料酸性湖蓝A的吸附性能最好,干活性污泥的吸附性能最差．从Langmuir等温方程来看,干厌氧污泥的最大吸附量最高,为104 mg/g,其次为厌氧污泥的吸附（86 mg/g）、活性污泥（65 mg/g）,干活性污泥的最大吸附量最低,仅为20 mg/g．EPS的吸附量占整个活性污泥和厌氧污泥的吸附量的比例均大于50%,活性污泥和厌氧污泥对染料酸性湖蓝A的吸附主要是EPS的吸附所贡献. 厌氧污泥吸附染料酸性湖蓝A时, BEPS起主要作用; 而活性污泥吸附时,SEPS起主要作用.对2种污泥而言,SEPS的单位质量吸附量均远大于BEPS的单位质量吸附量, 活性污泥平均为52倍, 厌氧污泥为10倍. 厌氧污泥BEPS的吸附用Langmuir模型拟合,效果最好（R²为0.998 6）．     

Enhanced dewaterability of waste activated sludge by UV assisted ZVI-PDS oxidation

Ultraviolet（UV） assisted zero-valent iron（ZVI）-activated sodium persulfate（PDS） oxidation（UV-ZVI-PDS） was used to treat waste activated sludge（WAS） in this study.The dewaterability performance and mechanism of WAS dewatering were analyzed.The results showed that UV-ZVI-PDS can obtain better sludge dewatering performance in a wide pH range（2.0-8.0）.When the molar ratio of ZVI/PDS was 0.6,UV was 254 nm,PDS dosage was 200 mg/g TS（total solid）,pH was 6.54,reaction time was 20 min,the CST（capillary s...     

不同调理方案下污泥脱水性能评价指标的相关性研究

污泥脱水性能评价指标选取不同导致目前调理剂难以进行比选.以聚丙烯酰胺（PAM）、FeCl3及无机复合物等几种常用的调理剂为例,通过测定调理后污泥比阻（SRF）、毛细吸水时间（CST）、污泥沉降性能、泥饼含水率及污泥脱水率5个常用评价指标,探讨了各种指标之间的相关性.结果表明,当分别使用不同种类和不同投加量的调理剂时,SRF与CST具有良好的正线性相关性（R2分别为0.96、0.93）.SRF及CST均能准确地反映污泥板框压滤脱水性能,但不能很好地预测离心脱水效果.污泥的沉降性能与SRF、CST大致呈现出相同的变化规律.由于泥饼含水率与脱水率存在一定的相关性,但不存在对应性,因此优选调理剂时,建议综合考虑泥饼含水率和脱水率.     

活性污泥性质对短期膜污染影响的解析研究

采用统计分析方法研究了16种不同性质活性污泥混合液对膜生物反应器膜污染的影响机理.结果表明,胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)、溶解性有机物(soluble microbial products,SMP)、上清液胶体颗粒(suspended solids insupernatant,SS_s)、污泥混合液粘度(μ)、相对疏水性(relative hydrophobicity,RH)、Zeta电位(Zeta potential)均对膜生物反应器膜渗透性能有显著的影响作用,其与膜污染阻力的皮尔逊相关系数r_p分别为:0.898、0.712、0.810、0.691、0.837、-0.881;同时发现,胞外聚合物是影响活性污泥中溶解性有机物含量(r_p=0.682)、污泥粘度大小(r_p=0.633)、上清液胶体颗粒含量(r_p=0.783)、Zeta电位(r_p=-0.953)及相对疏水性大小(r_p=0.877)的主要因素;在活性污泥性质中胞外聚合物是影响膜污染的根本原因,是膜生物反应器膜污染的重要影响因素.     

不同阳离子聚丙烯酰胺有机脱水剂对污泥脱水性能的影响

为了研究不同阳离子聚丙烯酰胺有机脱水剂对污泥脱水性能的影响,选用市售同系列不同性质的8种阳离子聚丙烯酰胺,基于其阳离子度的不同,名称分别为9101、 9102、 9103、 9104、 9106、 9108、 9110和9112,采用仪器和化学分析手段对其性质进行表征,并研究分析处理后污泥各项指标的变化情况.结果表明,8种有机脱水剂的性质各不相同,电荷密度、阳离子度、黏度和Zeta电位具有类似的变化趋势,均为从9101～9112,上述各项指标值逐渐增加,9112的上述4种指标分别高达2.98 meq·L^-1、 17.42%、 85.07 mPa·s和67.10 mV.在污泥脱水过程中,有机脱水剂可通过改变污泥比阻（SRF）、絮体特性、黏度、污泥颗粒表面Zeta电位、结合水含量和胞外聚合物（EPS）的分布来改善污泥脱水性能.有机脱水剂性质与污泥脱水性能的关系研究结果表明,有机脱水剂的黏度、电荷密度、阳离子度和Zeta电位对污泥的脱水性能有较大影响,其中污泥的SRF与有机脱水剂的黏度呈负相关,其相关系数高达0.920 25,表明在污泥脱水处理中,有机脱水剂主要通过高的...     

壳聚糖絮凝剂在活性污泥调理中的应用

研究了自制的壳聚糖絮凝剂在活性污泥调理中的应用,通过污泥比阻、上清液剩余浊度、泥饼含水率及沉降性能等的测定,重点分析了活性污泥脱水的pH范围、絮凝剂投量和壳聚糖分子量及其脱乙酰度对调理效果的影响,并与絮凝剂聚丙烯酰胺(PAM)和聚合氯化铝(PAC)作了比较,在此基础上还进行了双絮凝剂两段法处理污泥的初步探索。研究发现,壳聚糖作为活性污泥调理剂,投量(干污泥质量百分比)在0.8％～1.2％,pH值在5～8时即有较好的调理效果,与PAM效果基本相当,接近于8％～16％的PAC;壳聚糖相对分子量在30×10~4左右,脱乙酰度在70％左右时有较好的调理效果;双絮凝剂两段法处理污泥,在同等用量时效果好于单絮凝剂一段法。