污泥生物干化中嗜热微生物的应用研究

污泥生物干化是利用微生物高温好氧发酵过程中有机物降解所产生的生物热能,通过过程调控手段促进水分蒸发,从而实现快速去除水分的一种干化处理工艺,文章对生物干化中嗜热微生物的特点从宏观和微观2个角度进行分析,得到了嗜热微生物的生长曲线;通过试验发现嗜热脂肪芽孢杆菌可以有效地干化污泥;同时对不同通风量下污泥温度和含水率随时间的变化进行了研究,得到了通风量为10 L/min的污泥温度比5 L/min的高3~4℃,污泥含水率降低趋势明显提高,污泥干化效果优于5 L/min试样。     

通风强度对市政污泥生物干化中试效果的影响

将污泥与树皮按照一定比例混合,利用自主研制的滚筒式污泥生物干化中试系统进行实验,通过对温度、含水率、O2和CO2浓度、挥发性固体(VS)、p H等参数的检测,研究了通风强度对市政污泥生物干化效果的影响.结果表明,通风强度对污泥生物干化有较大影响,通风强度(以VS计)为120 L·(h·kg)-1时,最高温度达到66℃,55℃以上高温可以维持40 h以上,111 h后污泥最终含水率可以降低至56%;生物干化过程中p H始终保持在6.5~8.5之间,不会影响微生物生命活动;滚筒式污泥生物干化反应器能够使反应器内基质均一性良好,对利用滚筒式反应器实现污泥连续流处理提供参考.     

外加碳源对厨余垃圾生物干化效果的影响

为降低厨余垃圾含水率,选择木本泥炭和玉米秸秆作为辅料,研究其作为外加碳源对厨余垃圾生物干化效果的影响.结果表明,各处理生物干化过程中最高温度可达70℃以上,添加秸秆和木本泥炭处理可不同程度地缩短进入高温期的时间.经21d生物干化后,纯厨余处理和分别添加木本泥炭与秸秆的处理含水率分别降低了15.25%,20.3%和28.0%,有机质分别降解了26.8%,15.1%和19.3%,有机质和含水率之间存在显著的正相关关系,尤其添加秸秆处理利用较少的有机质降解实现了最大水分去除.纯厨余生物干化渗滤液产生率分别为0.16kg/kg,添加木本泥炭处理仅为0.04kg/kg,添加秸秆处理未产生渗滤液.纯厨余处理、添加秸秆和木本泥炭处理生物干化过程累积水分去除率分别为0.40,0.54和0.42kg/kg,水分去除率和温度存在显著正相关关系.作为主原料的厨余垃圾初始低位热值为266kJ/kg,经生物干化后含水率有所降低,低位热值仅提高到1331kJ/kg.添加木本泥炭处理干化产品热值可达6331kJ/kg,添加秸秆处理热值可增加至8400kJ/kg.     

通风模式对餐厨垃圾生物干化能效及氮素损失的影响

针对餐厨垃圾生物干化处理周期长、脱水效率低的问题,基于外源辅助加热的生物干化机,比较不同通风模式（温度控制通风设置4个处理:TFWD 45-50、TFWD 50-55、TFWD 55-60、TFWD 60-65;时间控制通风设置2个处理:TFSJ 20、TFSJ 60）对餐厨垃圾生物干化过程系统脱水能效及氮素损失的影响。结果表明:1）与温度控制通风的4个处理相比,时间控制通风的2个处理的总氮（TN）和铵态氮损失较小、发芽指数（GI）较高;2）连续通风TFSJ 60的水分去除效率最低（66.78%）,TN和铵态氮损失最小（分别为8.14%、12.96%）,腐熟度最高（EC为2.72 mS/cm、GI为75.00%）,单位质量水分去除能耗最低（1.10 kW·h/kg）;3）TFWD 50-55的水分去除效率最高（达到99%以上）,TN和铵态氮损失最大（分别为16.95%、57.83%）,腐熟度较低（EC为4.28 mS/cm、GI为19.58%）、去除单位质量水分的能耗较高（1.74 kW·h/kg）。Pearson相关性分析结果表明:TN、铵态氮与含水率呈显著正相关（P<0.05）,与温度、EC、耗电量呈显著负相关（P<0.05）。因此,生物干化后的物料若进行好氧堆肥处理制成有机肥后回归土壤,则建议采用连续通风（TFSJ 60）处理餐厨垃圾;生物干化后的物料若焚烧或者填埋处理,则建议采用温度控制通风（TFWD 50-55）处理餐厨垃圾。研究结果为餐厨垃圾快速生物干化处理通风模式的选择提供了参考。     

预加热对柠檬酸脱水污泥冬季生物干化的影响

利用预加热污泥（15℃~30℃）方式进行了柠檬酸脱水污泥冬季生物干化的效果及机理研究.结果表明,脱水污泥预热至20℃时可使生物干化高温期维持5.5d且最高温度可达57℃,干化14d污泥含水率从70%下降至34.80%,同时结合水含量降低了65.58%,远高于其他预热组的44.39%~49.53%的结合水去除率.能量平衡分析结果表明,污泥预热至25℃的生物产热量最高,但预热至20℃时用于水分蒸发的能量利用率最高,占总消耗热量的82.62%.此外,污泥胞外聚合物的蛋白质和多糖分析显示,LB-EPS和TB-EPS中蛋白质与多糖的比值和污泥结合水含量呈正相关,高温期Slime-EPS、LB-EPS、EP-EPS层蛋白质含量显著降低,说明蛋白质降解是柠檬酸脱水污泥生物干化的主要产热与脱水机理.     

城市污水三污泥系统自养脱氮与强化生物除磷

采用"A/O除磷+半亚硝化-厌氧氨氧化自养脱氮"三污泥系统,实现了城市污水营养物经济高效去除.结果表明,在水力停留时间(HRT)为3.6h条件下,A/O除磷系统出水总磷(TP)≤0.5mg/L;在常温、DO0.2mg/L和HRT=4.6h条件下,半亚硝化系统实现了亚硝氮累积率为75%～96%的半亚硝化;在温度为27～30℃和HRT=1.4h条件下,厌氧氨氧化(ANAMMOX)系统出水总氮(TN)≤8mg/L,最低值为1.6mg/L,TN去除负荷达到0.57kg/(m3·d).三污泥系统中聚磷菌、氨氧化菌和ANAMMOX菌均在各自适宜的环境条件下生存,优化了污泥种群,提高了各工艺单元的处理效率.城市污水自养脱氮系统理论上可以减少62.5%的供氧量,节省100%反硝化碳源,同时降低了污泥产量,大大减少了CO2的排放.与传统的生物脱氮除磷工艺相比,三污泥系统具有节能降耗减排上的巨大优势和潜力,也有利于实现水资源的循环利用和可持续发展.     

污泥常温干化及其影响因素

通过改变相对湿度、环境温度和空气流速3个环境因素,对不同比表面积的城镇脱水污泥进行干化。结果表明:随着污泥比表面积增大,干化时间显著缩短,缩短幅度为11. 5%～38. 5%。相对湿度、环境温度和空气流速对常温干化影响程度大小顺序为相对湿度>空气流速>环境温度。污泥常温干化主要分为第1升速阶段、第2升速阶段和降速阶段,第2升速阶段在总干化时长中最短,但单位时间水分蒸发量最高。污泥干化接近结束时,环境条件对降低含水率影响不大,对干化时间影响较大。常温干化过程应以控制环境相对湿度为主,在不同阶段适当提高空气流速和环境温度有利于缩短干化时间,降低能耗。污泥常温干化对设备保温要求低,干化耗能小,干化条件在自然状态下极易达到,利于后续处置及资源化利用。     

水热改性污泥的水分布特征与脱水性能研究

采用差示扫描量热法（DSC）考察了水热改性污泥束缚水含量及水热改性影响下的污泥固体颗粒对水的束缚强度,分析了水热改性污泥水分布特征与脱水性能变化的关系.结果表明,水热处理将污泥的束缚水含量由3.6　g/g降低至1.0　g/g以下,随着热处理时间的增加束缚水含量降低,在水热处理条件为170℃/90　min时束缚水含量降低至0.592　g/g.水热处理将污泥中大部分的束缚水转变为可被机械力去除的自由水,污泥中自由水、束缚水及固体含量发生变化.泥饼中自由水的含量基本不变,约为10%.对污泥中的水分进行热力学分析发现,污泥脱水泥饼的水分束缚强度约为65　kJ/kg,机械脱水不能再进行.在170℃下进行水热改性污泥压滤脱水的含水率从80%降低至50%左右.     

淹没式MBR处理啤酒废水的净化效能

在投加营养物质 ,保持COD∶TN∶TP =10 0∶5∶1的条件下 ,淹没式MBR对合成啤酒废水中的COD、NH 4 N有着较好的去除效果 ,系统稳定时COD与NH 4 N的平均去除率均在 90 %以上 ,而且MBR工艺对进水有机负荷的冲击具有较强的短时适应能力 ,当COD污泥负荷率由 0 2 7g/ (g·d)突然增加至 0 5 4 g/ (g·d)时 ,出水COD浓度未出现明显的波动 .通过GC/MS分析得出 ,膜组件出水中剩余的有机物主要为高分子量的烷烃类 ,膜组件对于保证系统的最终出水水质起到了关键的作用 .当反应器中的污泥处于增长期时 ,在生物同化作用与同步硝化 反硝化共同作用下 ,使得TN具有 4 0 %左右的去除效果 ,当污泥浓度处于稳定期时 ,TN去除率下降为 30 %左右 ,主要是同步硝化 反硝化的结果 .当污泥处于增长期时 ,通过生物同化作用对TP具有一定的去除效果 ,而当污泥浓度稳定后 ,对TP基本没有去除效果 ,甚至有时出现负去除率现象     

通风策略对污泥生物干化过程中含氮气体和甲烷排放的影响

我国污泥生物干化过程中含氮气体(NH_3、N_2O、NO)排放的数据十分缺乏,尤其是NO,因其化学性质极其活泼,在以往的研究中甚少涉及.本研究以东北某大型污泥生物干化厂的连续流强制通风槽式污泥生物干化为研究对象,通过现场试验,考察不同通风策略下干化效率以及含氮气体、温室气体的排放特征.结果表明,当污泥初始含水率约50%时,采用前期供氧为主、中期温度控制为主、后期以除湿和散热为目的的通风策略,可以明显加快污泥干化速率(试验组在第11 d时的含水率为36.6%,对照组为42%),提升干化效果(最终含水率试验组为33.6%,对照组为37.6%),减少氨气累积排放量5%(试验组氨气累积排放为208 mg·m~(-3),对照组为219.8 mg·m~(-3));同时降低温室气体累积排放当量[试验组每吨干物料的温室气体排放当量(eCO_2)为3.61 kg·t~(-1),对照组为3.73 kg·t~(-1)].但NO累积排放量试验组比对照组高出15.9%(试验组为1.9g·m~(-2),对照组为1.6 g·m~(-2)).     

过硫酸盐对城市污泥脱水和重金属去除的影响

利用具有强氧化性质的K2S2O8试剂作为研究对象,考察了对污泥重金属Pb、Zn、Cu、Cd的去除影响、脱水表现以及处理前后污泥性质的变化.结果表明:在起始pH值为2.0,反应时间1h,温度25℃,投加1.34g/g SS的K_2S_2O_8,可改善污泥的脱水性能.其中,滤饼含水率可由82.6%降至74.8%;污泥比阻由6.70×10~8S~2/g下降至5.43×108S2/g.K_2S_2O_8氧化处理污泥,可使污泥絮体快速分解,上清液COD从15.2mg/L增至187.0mg/L;TN从6.03mg/L增至22.7mg/L;TP则由8.15mg/L变为12.7mg/L;污泥TSS相应降低了9.4%.污泥重金属去除率随着投加量的增加而增加,当K2S2O8投加量达到2.01g/g SS时,污泥重金属Pb、Zn、Cu、Cd去除率可分别达到63.90%、87.10%、86.40%以及84.25%.当投加量大于2.01g/g SS,各重金属去除率趋于稳定.低pH值能够提高污泥中重金属的去除率.K2S2O8与污泥反应后,污泥重金属转移到上清液中,对上清液投加0.075%的Ca O,pH值提高,可以相应去除上清液中16.95%的Pb、54.70%的Zn、58.90%的Cu以及21.95%的Cd,TN和TP含量也明显降低.     

污泥超高温好氧发酵去除氟喹诺酮类抗生素及其降解产物

对比分析了污泥传统高温好氧发酵(TC)和超高温好氧发酵(HTC)对诺氟沙星(NOR)、氧氟沙星(OFL)及其降解产物的去除性能.结果表明,超高温好氧与高温好氧发酵25d时NOR去除率分别为91.8％,92.1％,产物诺氟沙星脱乙基(NORP)残留含量分别为628,668μg/kg;OFL去除率分别为92.1％、88.1...     

污泥堆肥及其土地利用全过程的温室气体与氨气排放特征

目前我国污泥堆肥及其土地利用全过程的温室气体(N2O、CH4)与氨气(NH3)排放数据极其缺乏,难以满足温室气体减排和氮素保存的需求.本研究通过原位观测,首次开展污泥堆肥及其土地利用全过程温室气体和氨气排放特征的研究.结果表明,基于机械翻堆条垛(turning windrow,TW)工艺的全过程温室气体排放因子(eCO2/干污泥,196.21 kg·t-1)是基于强制通风+机械翻堆条垛(aerated turning pile,ATP)工艺的1.61倍.N2O主要来自土地利用过程,CH4主要来自堆肥过程.ATP工艺的温室气体排放当量(eCO2/干污泥,12.47 kg·t-1)远低于TW工艺(eCO2/干污泥,86.84 kg·t-1).TW工艺的氨气排放因子(NH3/干污泥,6.86 kg·t-1)略高于ATP工艺(NH3/干污泥,6.63 kg·t-1).NH3是全过程最主要的N素损失形式,其中TW和ATP堆肥工艺因NH3排放造成的氮素损失相当,均约占堆料TN损失量的30%.而N2O和CH4带来的N、C元素的损失可以忽略不计.这些结果表明ATP是一种环境友好的污泥堆肥工艺.     

不同生态床对剩余污泥脱水和稳定化的影响

对比分析传统干化床、芦苇生态床及芦苇-蚯蚓复合生态床3种处理方式对城镇污水处理厂剩余污泥的处理效果. 结果表明:传统干化床处理简单易行、成本低,但脱水效率低,处理15 d后污泥含水率仍在79.8%左右. 芦苇生态床较传统干化床具有明显优势,其处置后污泥含水率可降至67.8%,但其对有机质、TN、TP的去除效果不明显. 芦苇-蚯蚓复合生态床对污泥脱水效果最佳:①污泥含水率由原来的95.1%降至44.4%,体积明显减少,达到了污泥减量化的目标;②扫描电镜试验显示,处理后污泥具有孔隙及片状结构,有利于水分散失;③污泥中w(有机质)、w(TN)、w(TP)分别降低了14.5%、20.3%和13.2%左右. 热重分析发现,污泥中不稳定化合物含量有所降低. 经芦苇-蚯蚓复合生态床处理后,Cu、Ni、Zn、Cr残渣态所占比例分别由原污泥的3.2%、23.7%、15.2%、55.8%增至73.3%、43.1%、78.3%和78.6%,大幅降低了重金属的迁移风险,并且污泥红外图谱显示─COOH和酰胺明显增多,有利于重金属的稳定. 综上,复合生态床可有效实现污泥减量,并且降低了二次污染的风险.      

生物沥浸对自然干化污泥重金属去除效果研究

重金属的去除是污泥农用需要解决的关键问题之一.本研究采用摇瓶实验,将氧化硫硫杆菌为功能微生物的生物沥浸技术应用于干化污泥重金属的去除,对山西省不同污水处理厂11个干化污泥样品进行了为期15 d的生物沥浸处理.分析了生物沥浸体系p H及SO2-4的变化情况,并对生物沥浸前后污泥中Cu、Zn、As、Cd、Cr等重金属去除率及有机质、全氮、全磷、全钾等养分的损失率进行了分析.结果表明,干污泥直接进行生物沥浸过程较为缓慢,无机酸对体系的酸化能够快速启动干化污泥的生物沥浸过程.无机酸酸化后,体系S0的生物氧化率逐渐提高,酸化速率加快,且污泥重金属去除率随着p H的降低而提高,生物沥浸过程结束后,供试污泥样品Cu、Zn、As、Cd和Cr的去除率分别为23.69%~77.62%、89.67%~97.80%、30.24%~84.31%、18.18%~97.05%和28.55%~67.11%,而污泥有机质、全氮、全磷和全钾的含量损失率分别为3%、1%、44%和8%,污泥剩余养分含量满足农用泥质标准(CJ/T309-2009)的限定值.Cu、Zn、As、Cd和Cr去除率与污泥有机质含量呈显著负相关关系(r=0.935、0.895、0.932、0.516、0.847,n=11).     

污泥生物炭对低C/N废水好氧颗粒污泥长期运行稳定性的影响

将污泥生物炭作为载体培养好氧颗粒污泥,研究培养成熟的好氧颗粒污泥在碳氮比(C/N)由10降为4条件下的长期运行稳定性.结果表明,通过添加生物炭培养成熟的好氧颗粒污泥颗粒结构更紧密,不易解体.虽然丝状菌Thiothrix大量增殖,但是好氧颗粒沉淀性能良好,SVI₃₀始终维持在50mL/g左右;系统COD去除效率达到90%以上,TN去除率为70%左右.高通量测序分析表明,加炭系统微生物多样性有所降低,但具有反硝化功能的细菌数量增加,提升了系统脱氮性能.添加污泥生物炭培养成熟的好氧颗粒污泥具有更好的脱氮性能和长期运行稳定性,有利于低C/N条件下的高氨氮废水处理.     

生物沥浸预处理改善污泥脱水性能和去除重金属研究

通过生物沥浸预处理改善污泥脱水性能和去除其中的重金属,有利于降低后续污泥处理和处置过程中的成本和潜在的生态环境风险。以城市污水厂剩余污泥为研究对象,采用驯化所得的嗜酸性硫杆菌混合菌群为接种物,通过添加不同浓度的底物(FeSO4·7H2O)对污泥进行生物沥浸预处理试验,考察生物沥浸过程中污泥比阻(SRF值)和污泥中重金属含量的动态变化。结果表明:生物沥浸预处理可改善污泥的脱水性能并去除其中的重金属,污泥比阻降低率的变化范围为5.73%～79.53%,污泥中重金属去除率的变化范围为0.38%～90.84%,且底物浓度的改变对改善污泥脱水性能和提高污泥中重金属的去除率有一定的影响;当底物浓度为6g/L、生物沥浸5d时,可获得污泥最佳的脱水性能和污泥中重金属最佳的去除效果,在此条件下生物沥浸预处理后污泥的SRF值为0.52×1013 m/kg,污泥中重金属Zn、Cd、Cu、Ni、Pb和Cr的去除率分别为80.36%、76.89%、80.93%、86.04%、58.37%和58.52%。     

新型全混合式厨余垃圾生物干化工艺效能实证研究

开发了一种新型连续进料全混合式厨余垃圾生物干化工艺,通过中试试验探究了该工艺运行效能及其对物料温度、含水率和热值的影响规律.结果表明,该工艺可显著缩短升温时间,维持物料>50℃的高温区段20h/d;在最佳运行条件（通风速率0.171m³/（kg·h）,最低控制温度45℃,干化周期7d）下,厨余垃圾含水率可降至（34.86±1.71）%,水分单位去除量达（716±23） kg_水/t_垃圾,运行能耗仅为77.91kW·h/t_垃圾,低位热值高达（6681±119） kJ/kg,满足垃圾焚烧进炉要求,可有效实现厨余垃圾快速衍生燃料化.     

污水处理厂污泥热干化技术应用及工程设计要点

深度去除污泥中的水分是污泥无害化、减量化和资源化处理处置的关键。污泥热干化脱水是污泥深度脱水的一种有效方式。分析了污泥中水分分布特点等影响脱水的因素,介绍了国内外热干化方式和设备特点,最后归纳总结了热干化工程设计时如何进行热源、热介质选择、减少热损失、工程安全控制以及消除二次污染等重要事项。     

调理剂种类和配比对污泥生物干化效果的影响

为研究污泥生物干化过程中的调理剂种类及配比等工艺参数对生物干化效果的影响,利用自主设计的生物干化反应器进行了实验室模拟,分别研究了麦秆和锯末作调理剂和3种不同调理剂配比(污泥与调理剂湿基质量比为3∶1,5∶1,8∶1)的生物干化效果。结果表明,利用麦秆作调理剂能够达到更高温度,含水率降低了10.88%,优于锯末作调理剂降低的5.9%;与其他配比相比,污泥与调理剂添加比为5∶1时,干化效果与经济性相对更好。利用麦秆作调理剂,且物料配比为5∶1(污泥∶麦秆)时,生物干化效果最佳。