微波及其组合工艺强化污泥厌氧消化研究

为提高剩余污泥的厌氧消化效能和脱水性能,考察了微波及其组合污泥预处理工艺的强化污泥厌氧消化效果,同时考察了预处理-厌氧消化过程的污泥理化特征及其脱水性能.结果表明,微波及其组合工艺可以强化污泥厌氧消化产甲烷,其中微波-过氧化氢-碱(0.2)的强化效果最为显著,不仅30 d累计产甲烷量比对照组增加了13.34%,而且产甲烷速率也得到了提升.与单独微波处理相比,过氧化氢、碱的投加显著提高了溶解性COD的释放量,这表明微波、过氧化氢、碱之间的协同作用能有效破碎污泥,进而强化厌氧消化效果;微波-酸预处理后的污泥具有良好的脱水性能,毛细吸水时间(CST)只有9.85 s,污泥脱水性能的改善与其表面电性、粒径分布的变化密切相关;不同预处理条件下的污泥经过厌氧消化后,污泥脱水性能较为接近.     

微波-过氧化氢联合作用处理污泥的影响因素

作为一种新的污泥预处理技术,微波-过氧化氢联合作用处理污泥显示出高效、快速的优势.试验考察了3个主要参数:污泥浓度(定量H2O2和等比例H2O2/TSS投加)、微波功率和pH值对微波-过氧化氢联合作用处理污泥的影响.研究结果表明:①在H2O2定量投加(5000mg·L-1)时,当污泥浓度超过22g·L-1,溶出COD没有显著增加;在H2O2与TSS等比例投加条件下,COD溶出与污泥浓度呈线性关系;②微波功率在200～1000W范围内不影响污泥处理效果;③在微波-过氧化氢联合作用处理污泥时,污泥溶解比例随着污泥初始pH值的提高而增加.     

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.     

剩余污泥臭氧化过程中磷的释放及形态转化

以剩余污泥臭氧化过程中含磷物质的形态分布及变化规律为研究核心,分析了不同臭氧投加量下污泥样品中液相和固相中磷的形态,并探讨了不同磷形态与臭氧相关的释放性能.结果表明,臭氧投加量为0.15 g·g~(-1)时,液相总磷(TP_L)含量为38.26 mg·L~(-1),比氧化前污泥混合液中TP_L含量增加了29倍,因此,可将0.15 g·g~(-1)作为实际释磷工艺最佳臭氧投加量.臭氧氧化过程中污泥固相中各形态磷含量及其所占固相总磷(TP_S)比例的变化趋势基本相同.臭氧可提高污泥中磷潜在的生物可利用性,臭氧投加量为0.15 g·g~(-1)时,生物有效磷含量达20.74 mg·g~(-1),在TP_S中所占比例由原始污泥中的73.60%提高至86.27%.TP_L含量的增加主要来自污泥臭氧氧化过程中污泥解絮和溶胞,每溶解1 g MLSS向液相中释放TP_L的量为0.0324 g.     

零价铁和微波预处理组合强化污泥厌氧消化

以中温(100℃)常压的微波预处理结合零价铁投加为对象,考察了低投加量5. 19～41. 51 g·kg~(-1)(以TS计)、高投加量83. 35～853. 46 g·kg~(-1)(以TS计)下的零价铁对微波预处理污泥厌氧消化的进一步强化作用.结果表明,微波预处理与零价铁组合可使污泥厌氧消化产甲烷潜势提升17%～23%.零价铁对微波预处理后污泥厌氧消化具有一定的促进作用,且提升了厌氧消化初期(1～4 d)产甲烷速率,零价铁投加量为31. 13 g·kg~(-1)(以TS计)时,产甲烷潜势提升了7. 42%,反应第2 d的产甲烷速率提高了11. 02%.高投加量的零价铁并未表现出更好的强化效果.零价铁促进了厌氧消化初期溶解性有机物的释放,投加量为31. 13 g·kg~(-1)(以TS计)时,溶解性蛋白质较单独预处理组提高21. 16%,并且零价铁投加加快了乙酸、异丁酸、异戊酸的消耗.零价铁的投加,导致上清液中的磷酸根和硫酸根浓度降低,相应地,上清液中铁元素的浓度反而下降,说明零价铁的形态转化后,易与磷酸盐、硫反应形成沉淀,这可能是铁投加作用效果不明显的重要原因.     

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.     

零价铁和微波预处理组合强化污泥厌氧消化

以中温(100℃)常压的微波预处理结合零价铁投加为对象,考察了低投加量5.19~41.51 g·kg-1(以TS计)、高投加量83.35~853.46 g·kg-1(以TS计)下的零价铁对微波预处理污泥厌氧消化的进一步强化作用。结果表明,微波预处理与零价铁组合可使污泥厌氧消化产甲烷潜势提升17%~23%。零价铁对微波预处理后污泥厌氧消化具有一定的促进作用,且提升了厌氧消化初期(1~4 d)产甲烷速率,零价铁投加量为31.13g·kg-1(以TS计)时,产甲烷潜势提升了7.42%,反应第2d的产甲烷速率提高了11.02%。高投加量的零价铁并未表现出更好的强化效果。零价铁促进了厌氧消化初期溶解性有机物的释放,投加量为31.13g·kg-1(以TS计)时,溶解性蛋白质较单独预处理组提高21.16%,并且零价铁投加加快了乙酸、异丁酸、异戊酸的消耗。零价铁的投加,导致上清液中的磷酸根和硫酸根浓度降低,相应的,上清液中铁元素的浓度反而下降,说明零价铁的形态转化后,易与磷酸盐、硫反应形成沉淀,这可能是铁投加作用效果不明显的重要原因。     

缺氧酸化联合零价铁-过氧化氢改善污泥脱水性能的研究

为探讨缺氧酸化联合零价铁(ZVI)-过氧化氢(H_2O_2)调理对污泥脱水性能的影响,本文通过单因素试验,以污泥比阻(SRF)作为参考指标,系统考察了调理条件对污泥脱水性能的影响.同时,在试验的最佳调理条件下,分析了污泥各层胞外聚合物(EPS)有机物质量浓度及荧光光谱强度以阐明该联合作用机理.结果表明,当初始pH为2,ZVI投加量为280 mg·g~(-1)(以干污泥量(DS)计,下同),缺氧时间为4 h,H_2O_2投加量为30 mg·g~(-1)(以DS计,下同),类芬顿反应时间为10 min时,SRF降低了90.39%,处理效果较单独类芬顿处理提升了1倍.机理探究试验表明,在缺氧条件下,酸化处理可加速污泥的水解,溶解得到更多的二价铁离子,促使EPS结构发生改变;ZVI-H_2O_2调理可有效地氧化部分EPS,使得紧密结合胞外聚合物(TB-EPS)破解转化至松散结合胞外聚合物(LB-EPS)和上清液胞外聚合物(SB-EPS).EPS分析结果表明,蛋白质的减少能有效提高污泥脱水性能,腐殖酸和富里酸类有机物的产生能提高污泥疏水性能.此外,ZVI的再次利用效率高,重复利用仍能使SRF降低率达到82.04%.因此,缺氧酸化联合ZVI-H_2O_2处理能实现污泥的水解、氧化和絮凝过程,达到改善污泥脱水性能的目的.     

微波联合活性炭纤维处理剩余污泥的研究

利用活性炭纤维吸波能力强,重复利用的性能,以其为催化剂,联合微波辐射对剩余污泥进行催化氧化预处理.结果表明,当微波功率700W,辐照时间60s,活性炭纤维投加量0.32 g/g SS,污泥分解率可达30.9％,与单独微波辐照相比,污泥分解率增大一倍.由于微生物胞外聚合物(EPS)被分解、胞内物质释放到液相中,使污泥上清...     

H2O2联合PAC对剩余污泥减量化的研究

为提高污水处理厂剩余污泥减量化效果,采用H 2O 2联合PAC技术强化调质与脱水效果,分析了H 2 O 2投加量、反应时间、PAC投加量、初始pH等因素对污泥破解及脱水性能的影响。结果表明:单独投加H 2 O 2,在H 2 O 2体积投加百分比为0.5%、反应时间为10 min的条件下可取得良好的溶胞效果,SCOD溶出率提高了近3倍;H 2 O 2联合PAC有利于污泥脱水性能的改善且不受初始pH(4.5~7)的影响,对于含水率为80%的污泥,调质、真空抽滤后的含水率可下降15%;在H 2 O 2的投加体积比为0.5%、反应时间为10 min、PAC投加量为绝干泥质量百分比2%~7%的条件下,污泥含水率随PAC投加量的增大而降低。     

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.     

生物沥浸耦合类Fenton氧化调理城市污泥

采用生物沥浸耦合类Fenton氧化工艺对城市污泥进行了调理研究.结果表明,在升华硫和Fe SO4·7H2O投量分别为3g·L-1和8 g·L-1时,污泥p H从6.9降至2.5约需1 d,满足类Fenton氧化的适宜酸性条件.生物沥浸处理后,污泥挥发性固体(VS)减少率为13.4%,污泥比阻从3.1×109s2·g-1降至1.5×109s2·g-1,降低51.6%,但仍属于难脱水污泥.沥浸污泥继续经类Fenton氧化调理,调理的最佳H2O2投量和反应时间分别为3.3 g·L-1和60 min.处理后污泥VS减少率为30.8%,污泥比阻和滤饼含水率分别为1.9×108s2·g-1和76.9%,污泥比阻降低93.9%,污泥脱水性能和稳定性能得到显著提高.此外,该联合工艺对污泥的调理效果优于类Fenton氧化单独调理.     

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.     

类芬顿调理污泥用于微生物电解池产氢与磷回收的研究

为提高微生物电解池(MEC)利用剩余污泥产氢气和磷回收的效率,采用Fe~(3+)、原儿茶酸(PCA)和H_2O_2体系预调理污泥,探究中性PCA/Fe~(3+)/H_2O_2体系的试剂投加量对污泥液相总磷含量和溶解性化学需氧量(SCOD)的影响.在单因素试验的基础上,通过表面响应法(RSM)优化得到Fe~(3+)和H_2O_2投加量分别为12.96 mmol·L~(-1)和0.45 mol·L~(-1),液相总磷含量和SCOD含量实际值分别为(60.14±0.08) mg·L~(-1)和(3357.67±66.37) mg·L~(-1),模拟效果显著.与未处理的剩余污泥MEC反应器出水相比,经过调理后的剩余污泥MEC反应器出水中的总化学需氧量(TCOD)、多糖和蛋白质的去除率分别提高了30.03%、50.16%和97.31%,氢气转化率提升了1.31倍,有效提升了MEC产氢效率.通过鸟粪石结晶回收MEC污泥上清液中的磷,发现在初始pH值为10、Mg~(2+)浓度为0.056 mol·L~(-1)和NH~+_4浓度为0.08 mol·L~(-1)时效果最佳.鸟粪石晶体质量浓度最高可达7.6 g·L~(-1),晶体纯度最大为88.30%,上清液中77.55%的磷以鸟粪石的形式得到回收.在本研究最优化条件下进行中性PCA/Fe~(3+)/H_2O_2体系调理剩余污泥微生物电解池产氢与磷回收全过程中产出经济价值达到2.36元.实验研究最终表明,经过Fe~(3+)/PCA/H_2O_2体系调理污泥可促进污泥中磷的释放和MEC处理污泥的产氢效率,为探究污泥资源化提供了新的研究思路.     

Sewage sludge disintegration by high-pressure homogenization: A sludge disintegration model

High-pressure homogenization (HPH) technology was applied as a pretreatment to disintegrate sewage sludge. The effects of homogenization pressure, homogenization cycle number, and total solid content on sludge disintegration were investigated. The sludge disintegration degree (DDCOD), protein concentration, and polysaccharide concentration increased with the increase of homogenization pressure and homogenization cycle number, and decreased with the increase of sludge total solid (TS) content. The maximum DDCOD of 43.94% was achieved at 80 MPa with four homogenization cycles for a 9.58 g/L TS sludge sample. A HPH sludge disintegration model of DD_COD= kN^aP^b was established by multivariable linear regression to quantify the effects of homogenization parameters. The homogenization cycle exponent a and homogenization pressure exponent b were 0.4763 and 0.7324 respectively, showing that the effect of homogenization pressure (P) was more significant than that of homogenization cycle number (N). The value of the rate constant k decreased with the increase of sludge total solid content. The specific energy consumption increased with the increment of sludge disintegration efficiency. Lower specific energy consumption was required for higher total solid content sludge.     

城市污水处理厂进水氨氧化菌对活性污泥系统的季节性影响

为考察进水氨氧化菌（AOB）对活性污泥系统的季节性影响,对未设置初沉池的西安市第二污水处理厂中进水及活性污泥的氨氧化活性及群落结构进行长期调查分析.结果表明,进水及活性污泥的比氨氧化速率（SAUR）分别为0.48~3.02 mg·（g·h）^-1和0.68~2.25 mg·（g·h）^-1,相关性分析结果显示进水SAUR与次月活性污泥SAUR高度相关（r=0.862,P<0.05）,表明进水硝化菌对活性污泥硝化性能有显著影响.根据硝化活性计算的进水AOB对活性污泥的接种强度为0.21~0.92 g·（g·d）^-1,因此,在优化活性污泥模型及污水厂设计时,有必要考虑到进水硝化菌的迁移作用.qPCR结果显示,进水及活性污泥中AOB丰度分别为1.32×10⁸~2.36×10⁹cells·g^-1和1.12×10¹⁰~1.19×10¹⁰ cells·g^-1,而冬季活性污泥中AOB丰度虽有降低,但仍保持在10¹⁰ cells·g^-1,这说明进水硝化菌的迁移能缓解因温度降低而导致的活性污泥硝化菌丰度下降.Illumina MiSeq测序结果表明,进水和活性污泥中具有共同的优势AOB,分为Nitrosomonas sp.Nm58、Nitrosomonas sp.JL21和bacterium CYCU-0253.     

Fenton氧化去除制药企业活性污泥中AOX的效果研究

用Fenton氧化处理合成制药企业活性污泥混合液,考察了不同Fe~(2+)、H_2O_2投加量和不同反应时间下污泥与上清液中AOX(可吸附有机卤代物)的去除效果,优化了反应条件,探讨了氧化机制.结果表明,Fenton氧化的最佳条件为H_2O_2投加量0.90 mol·L~(-1),Fe~(2+)投加量0.045 mol·L~(-1)[物质的量比为:n(Fe~(2+))∶n(H_2O_2)=1∶20],反应2 h,污泥和上清液中AOX可分别去除70.7%和78.5%.GC-MS分析结果显示,污泥中含有11种有机卤代物,Fenton氧化后有8种不再检出;3种仍有检出,但浓度有所降低,去除率约为40%~50%.与此同时,污泥中对二甲苯、邻苯二甲酸二异丁酯等非有机卤代物类有毒有害有机物也得到有效去除.     

Effect of organic matter on phosphorus recovery from sewage sludge subjected to microwave hybrid pretreatment

Microwave (MW) hybrid processes are able to disrupt the flocculent structure of complex waste activated sludge, and help promote the recovery of phosphorus as struvite. In this study, to optimize struvite yield, (1) the characteristics of matter released in MW-hybrid treatments were compared, including MW, MW-acid, MW-alkali, MW-H₂O₂, and MW-H₂O₂-alkali. The results showed that selective release of carbon, nitrogen, phosphorus, Ca^2 +, and Mg^2 + achieved by sludge pretreatment using MW-hybrid processes. MW-H₂O₂ is the recommended sludge pretreatment process for phosphorus recovery in the form of struvite. The ratio of Mg^2 +:NH₄⁺-N:PO₄^3 −-P was 1.2:2.9:1 in the supernatant. (2) To clarify the effects of organic matter on struvite recovery, the composition and molecular weight distribution of organic matters were analyzed. Low molecular weight COD was found to facilitate the removal rate of NH₄⁺-N and PO₄³-P via crystallization, and the amorphous struvite crystals (< 1 kDa) from the filtered solutions had high purity. Therefore, the present study reveals the necessity of taking into consideration the interference effect of high molecular weight organic matters during struvite crystallization from sewage sludge.