超声-生物沥浸-氧化钙联合超高压压滤系统实现市政污泥深度脱水及其泥饼的毒性评估

本研究采用超声-生物沥浸-氧化钙调理联合超高压压滤系统对市政污泥进行深度脱水试验,探讨了其调理过程对污泥脱水效率的影响,并对调理后的脱水污泥的重金属含量及植物毒性进行评估.结果表明,经超声-生物沥浸-氧化钙调理后,比阻（SRF）去除率和结合水去除率分别达到90.12%和72.21%.经预调理联合超高压压滤系统处理后,泥饼含水率降低至49.94%,泥饼中Cr 、Cu、Cd、 Zn、As 和Pb的去除率分别为42.41%、36.50%、30.92%、27.97%、25.94%、22.11%,白菜发芽指数大于80%.通过分析污泥理化性质及滤液有机物含量,阐明该联合技术的作用机理.首先,超声预处理后,污泥结构被破坏,造成污泥粒径d_0.5减小、zeta电位上升,污泥中多糖和蛋白质被释放,从而改善脱水性能,促进污泥中重金属释放,植物毒性降低;经超声-生物沥浸调理后,污泥粒径d_0.5进一步减小、zeta电位趋近于中性,滤液中酪氨酸/色氨酸类氨基酸类有机物和酪氨酸/色氨酸类蛋白有机物被降解且疏水性的腐殖酸和富里酸类有机物含量升高,污泥脱水性能进一步提高,泥饼重金属含量进一步下降,但植物毒性反而加强;最后添加氧化钙后,污泥颗粒被重新絮凝,形成刚性骨架,增加了污泥的可压缩性能,在高压压滤过程释放出更多有机物,最终实现了污泥深度脱水,重金属总量减少,植物毒性显著降低.此外,经济分析表明该联合工艺具有一定潜在推广应用价值.     

污泥厌氧/好氧消化过程对泥中水形态分布及其脱水性能的影响研究

以污泥中水的4种形态（重力水、封闭水、包裹水、结合水）含量变化为评价指标,探讨厌氧消化（Anaerobic digestion,AAD）和好氧消化（Aerobic digestion,AD）两系统处理过程中污泥所含水的形态变化及其对污泥脱水性能的影响.结果表明：处理前污泥结合水含量约占污泥总水分的3.5%,其含量几乎不随消化过程而产生改变.污泥厌氧酸化阶段由于污泥絮体中有机酸降解反应消耗了重力水及包裹水,使该阶段脱水性能下降;气化阶段由于产甲烷代谢反应及污泥絮体结构的破坏使重力水含量上升,此时污泥比阻（SRF）降低了36.5%.而污泥好氧的升温和降解阶段均伴随细胞裂解释放的蛋白酶对水与亲水性胶体结合能力的削弱,以及大分子有机物向小分子有机物的转化,使重力水含量增加了15.15%,封闭水含量下降了16.16%,污泥脱水性能提高,此时SRF下降了44.44%.相比于AD,AAD过程中各水形态含量和污泥胞外聚合物（EPS）各组分之间无显著相关性,而AD处理后的污泥紧密层EPS(TB-EPS)中多糖含量与封闭水含量呈正相关（r=0.628）,表明污泥好氧消化过程中TB-EPS中多糖的降解更有助...     

紫外耦合游离亚硝酸强化剩余污泥厌氧发酵产酸研究

为打破传统厌氧发酵过程中污泥破壁溶胞困难和产酸效能低的瓶颈,探究了紫外光（UV）耦合游离亚硝酸（FNA）预处理对污泥发酵产酸的影响,并与热（H）和超声法（US）耦合FNA预处理进行了对比分析.结果表明,UV辅助FNA联合预处理（FNA-UV）对细胞破碎和胞外聚合物的剥离具有协同效应,·OH和·O₂^-作为反应中间体,其强度远高于其他预处理组（FNA-US和FNA-H）,与·NO,·NO₂及ONOO^-等中间产物共同促进了溶解性有机物的释放,溶解性碳水化合物和蛋白质含量相比FNA组分别提升60%和90%,进而为后续水解产酸过程提供了充足的底物.FNA-UV组短链脂肪酸（SCFAs）浓度于第4d达到峰值,为（201.8±4.8） mg COD/g VSS,相比FNA组提升67%,乙酸占比高达56.8%.通过发酵末期对各体系进行碳平衡分析表明,紫外耦合FNA预处理在污泥减量、溶解性有机物的释放与转化、SCFAs的产生方面具有重要作用.微生物群落分析表明,FNA-UV对功能菌群的富集发挥重要作用,表现为厌氧发酵菌和反硝化菌的有效增强,相比其他各组提升了23.7%~270.6%.     

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.     

低温短时水热预处理混合及初沉污泥的高温厌氧消化特性研究

以低温短时(90℃、30 min)水热预处理后的混合及初沉污泥为研究对象,分别进行了高温((55±1)℃)厌氧消化连续性试验.研究了该预处理条件下这两类污泥在水力停留时间(HRT)为20 d时的产气量、有机物分解率及物料平衡等,探讨了低温短时水热预处理对提高污泥厌氧消化性能的效果.结果表明:TS约为35 g·L-1的预处理混合污泥与初沉污泥经高温厌氧消化后,投加单位VS的产气量分别为(343.00±9.86)m L·g-1和(365.00±7.61)m L·g-1,VS去除率分别为38.9%和45.8%.COD物料平衡计算结果表明,混合和初沉污泥中分别有33.6%和43.9%的固体有机物被分解转化,生物气中CH4含量均在70%左右.     

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.     

游离亚硝酸预处理对剩余污泥电解及微生物群落结构的影响

为打破传统厌氧发酵周期长,有机质利用率低等瓶颈,增强污泥的资源利用和能源回收,探讨了游离亚硝酸（FNA）预处理对剩余污泥电解效果及微生物群落的影响.对比分析了FNA预处理前后剩余污泥在微生物电解池（MEC）中的电流和氢气产生、溶解性有机物和挥发酸的释放和利用及功能菌群的变化情况.结果表明,FNA预处理能有效地促进剩余污泥在MEC系统中的水解和酸化,其溶解性糖类、蛋白和挥发酸的含量远高于未预处理组,进而促进了水解发酵菌、产电菌及反硝化菌的生长和富集,最终挥发酸利用率均在97%以上,表现为电流（1.9mA）和氢气（0.86mL/g VSS）的增强,分别是空白组的3.8倍和5.1倍.     

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.      

水热处理泔脚脱油与产物消化性能变化

水热预处理泔脚废物,测定生物化学甲烷势(BMP),研究废物脱油、水解和消化性能的变化.结果表明,预处理加速废物的溶解和有机物的水解.随着反应温度升高,产物pH 降低,SCOD 和VFA浓度显著升高.150℃、 60 min预处理后,可浮油含量增加并达到较好的分离效果,消化过程在4～6 d内完成,降解速率提高1倍.170℃预处理后4 d生物气产量最高,继续提高温度会降低产物甲烷势.能量衡算分析表明,优化预处理能耗合理.     

AnMBR处理密闭生保系统中灰水的效能与微生物群落演替研究

灰水的处理与回用是保障受控生态生命保障系统（CELSS）中水循环的关键,研究中采用厌氧膜生物反应器（AnMBR）处理尿液源分离后的CELSS灰水,考察了废水处理效能及微生物群落演替特征.结果发现,废水中溶解性有机物（DOM）主要为类色氨酸、表面活性剂类和类腐殖质,COD去除率可达65%～75%,阴离子表面活性剂去除率高达80%以上,有效解决了表面活性剂积累问题,但高温和低水力停留时间（HRT）条件会降低处理效能.高通量测序研究表明,表面活性剂降解相关菌群是保障污泥降解性能的关键,Synergistes、Citrobacter为关键降解细菌;但高温和低HRT条件会抑制降解,导致表面活性剂积累和有机物去除率下降.表面活性剂的累积会引起反应器中微生物群落演替,关键菌群由接种污泥中的Methanosarcina、Syntrophomonas、Keratinibaculum等嗜热产甲烷类菌属逐步演替为Proteiniclasticum、Pseudomonas、Aminobacterium、Citrobacter、Desulfovibrio等菌属,产甲烷菌特别是Methanosarcina受到显著...     

去除城市生活污泥中有机络合态金属强化其厌氧生物制气

为提高城市生活污泥厌氧消化沼气产率,本文考察了通过金属络合剂EDTA预处理污泥,以去除城市生活污泥中有机络合态金属,强化其厌氧生物制气的效果.结果表明,经EDTA预处理去除金属后的污泥(实验组)较未预处理的污泥(对照组)的有机络合态金属含量减少[(5.09±0.57)%~(1.37±0.20)%,以TS计],溶解性有机质显著提高(SCOD提升627%),暗示该预处理方法能够极大地去除有机络合态金属并强化污泥有机质的溶出.通过测定污泥有机质溶出表观活化能发现,实验组污泥有机质溶出表观活化能比对照组降低36%,表明预处理能够有效降低有机质溶出反应的能量壁垒.污泥厌氧发酵研究发现,在16d的污泥厌氧产酸实验中,实验组VFAs浓度高于对照组,较对照组最大提升42%;在22 d的污泥厌氧产甲烷测试实验(BMP)中,实验组单位有机质累积甲烷产量比对照组增加48%,表明EDTA预处理对提高污泥厌氧消化产沼气具有重要的作用.通过进一步产沼气动力学研究发现,实验组的产沼气限速步骤在产甲烷阶段,而对照组限制于水解阶段,表明经EDTA预处理能有效地破除城市生活污泥厌氧消化过程的水解限速.     

Combined alkaline and ultrasonic pretreatment of sludge before aerobic digestion

Alkaline and ultrasonic sludge disintegration can both be used as pretreatments of waste activated sludge (WAS) for improving the subsequent anaerobic or aerobic digestion. The pretreatment has been carried out using different combination of these two methods in this study. The effect was evaluated based on the quantity of soluble chemical oxygen demand (SCOD) in the pretreated sludge as well as the degradation of organic matter in the following aerobic digestion. For WAS samples with combined pretreatment, the released COD was in high level than those with ultrasonic or alkaline treatment. When combined with the same ultrasonic treatment, NaOH treatment resulted in more solubilization of WAS than Ca(OH)2. For combined NaOH and ultrasonic treatments with different sequences, the released COD were in the order: simultaneous treatment > ultrasonic treatment following NaOH treatment > NaOH treatment following ultrasonic treatment. For simultaneous treatment, low NaOH dosage (100 g/kg dry solid), short duration (30 min) of NaOH treatment, and low ultrasonic specific energy (7 500 kJ/kg dry solid) were beneficial for sludge disintegration. Using combined NaOH and ultrasonic pretreatment with the optimium parameters, the degradation efficiency of organic matter was increased from 38.0% to 50.7%, which is much higher than with ultrasonic (42.5%) or with NaOH pretreatment (43.5%) in the subsequent aerobic digestion at the same retention time.     

鼠李糖脂-热对污泥厌氧发酵中脱水性能的影响

为了探究鼠李糖脂以及低温热水解预处理污泥厌氧发酵过程对污泥脱水性能的改变,利用毛细吸水时间（CST）表征脱水性能指标,有机物溶出、粒径分布以及三维荧光光谱分析阐明脱水性能变化机制.研究发现在厌氧发酵之前,预处理后污泥脱水性能均会降低;厌氧发酵之后原污泥脱水性能降低,经过热水解的污泥脱水性能改善;粒径分布变化表明粒径减小是预处理污泥脱水性能变差的部分原因,发酵之后粒径增大对于污泥脱水性能改善不明显.溶解性有机物（SCOD）、溶解性碳水化合物（SC）以及溶解性蛋白质（SP）的溶出情况发现粒径的减小是由于预处理手段对污泥的有效破解.三维荧光平行因子分析（PARAFAC）表明,污泥预处理且厌氧发酵前后溶解性有机质（DOM）均包含类腐殖酸C1（386nm/462nm）和C3（342nm/438nm）、酪氨酸类蛋白C2（278nm/306nm）以及色氨酸类蛋白C4（290nm/358nm）.其中,类腐殖酸的增多是热水解污泥脱水性能变差的主要原因,厌氧发酵之后酪氨酸蛋白的积累是原污泥脱水性能变差的原因,类腐殖酸的分解是热水解污泥发酵后改善的原因.     

超声联合低温热水解促进剩余污泥破解和厌氧消化的研究

为了探索超声和低温热水解预处理技术对剩余污泥厌氧消化性能的影响,进行了单独超声、单独热水解和二者联合的实验研究.以温度和超声能量为控制参数,研究了不同预处理技术对污泥破解度DD（Disintegration degree of SCOD）和有机质溶出的影响.结果表明：联合预处理技术对DD和有机质浓度的增加效果比超声和热水解单独作用之和分别高4.04%、36.62mg/L. DD和实际输入能量之间存在较高的线性相关性（R²=0.977）,即在本研究条件下,输入能量越高,污泥破解效果越好.超声和热水解联合预处理后污泥厌氧消化产甲烷量较原泥增加了30.2%～55.4%.DD和厌氧消化性能之间存在二次非线性关系（R²=0.821）,且厌氧消化性能最高达到877.76LCH₄/kg VSS去除,该峰值出现在超声能量12000kJ/kg TS和热水解温度80℃联合作用条件下.     

臭氧-紫外预处理对高有机物原水混凝效果的影响

以腐殖酸为模型污染物,分别考察了臭氧氧化、紫外照射及臭氧-紫外联合预处理过程对高有机物原水混凝性能的影响.结果表明,3种预处理方式均对原水中的溶解性腐殖酸具有明显的矿化作用.紫外及臭氧-紫外联合预处理还对后续的混凝过程具有强化作用.随着臭氧投量的增加和紫外照射时间的延长,混凝过滤出水的TOC和浊度呈明显下降趋势.当臭氧浓度(O3/C)达到9.0 mg/mg时,预处理对腐殖酸的去除率可以达到47%,过滤出水TOC含量为3.5 mg/L,浊度为2.6 NTU;紫外光照射3 h可去除原水中52%的溶解性有机物,其出水TOC为2.0 mg/L,浊度低于1.0 NTU.臭氧-紫外联合预处理后的混凝效果要明显优于二者单独作用的系统.在联合预处理系统中,当预臭氧浓度(O3/C)为1.0 mg/mg紫外照射时间为1 h时,过滤出水TOC为2.6 mg/L,且浊度低于1.0 NTU.不同预处理条件下的矿化作用主要是通过.OH实现的,同时.OH还对溶解性腐殖酸的团聚结构产生破坏作用,使其稳定性降低,从而促进了混凝过程对有机物的去除.     

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3 h后,污泥SCOD增加了2.58倍。以冻融污泥为底物的MEC装置,在0.7 V外加电压条件下,污泥SS和TCOD去除率分别超过40%和60%。与未经处理的原泥相比,冻融处理提高了MEC装置的库伦效率和阴极H₂回收率,分别提高了5.8%和6.7%。微生物群落分析表明,冻融预处理促进了微生物电解过程中产电菌群（如变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes））的生长和富集,改善了剩余污泥的资源利用和能源回收效益。     

污泥生物处理技术在长江大保护中的应用前景

污泥是污水处理的副产物,是污水处理过程的延续和必然要求.截至2017年,长江经济带11省市污泥产量接近2 000×104 t/a,大量污泥没有得到妥善处置,严重制约着“长江水质根本好转”目标的实现.厌氧消化与好氧发酵是两种主流的污泥生物处理技术,都已有广泛的应用案例,但是也存在运营不畅的现象.为识别长江大保护中污泥生物处理项目的问题并提出解决方案,分析了长江经济带的污泥产率及性质,梳理了污泥生物处理技术的发展及适用性.结果表明:长江经济带各省市污泥产量约占全国污泥产量的40%,污泥产率普遍低于全国平均水平,长江经济带各省市污泥有机质含量低于55%,pH为中性、总养分含量超过5.0%、重金属含量存在超过GB 4284—2018《农用污泥污染物控制标准》标准限值的风险;高级厌氧消化、协同厌氧消化和高含固厌氧消化等技术的发展破解了由于长江经济带污泥有机质含量普遍较低而导致的污泥厌氧消化稳定性低的问题,降低了污泥厌氧消化工程的成本;污泥好氧发酵过程重金属钝化技术的发展在一定程度上破解了由于长江经济带污泥重金属含量过高而导致的污泥发酵产物出路不畅的问题.研究显示,污泥生物处理技术仍具有一定的局限性,但通过合适的规划,污泥生物处理技术可与其他污泥处理处置技术高效耦合,具有广泛应用于长江大保护污泥处理处置项目的潜力.      

铝、铁、钛3种金属盐基混凝剂调理污泥的性能比较

以铝盐、铁盐和钛盐混凝剂为研究对象,重点比较了3种混凝剂的污泥调理性能.通过测定调理前后污泥比阻、胞外聚合物中蛋白质和多糖的含量变化,结合三维荧光光谱与分子量变化分析及调理前后污泥尺寸大小与颗粒表面形貌变化,系统比较了它们对污泥的调理性能,并揭示了调理机制.3种无机混凝剂的污泥调理能力依次为:聚合氯化铝(PAC)、钛凝胶混凝剂(TXC)、聚合硫酸铁(PFS);调理后,污泥胞外聚合物中蛋白质和多糖含量明显降低;PFS和TXC对有机物的结合能力要强于PAC,疏松结合的胞外聚合物中多糖含量是影响污泥脱水性能的关键因素;调理过程中3种混凝剂所形成污泥颗粒的大小顺序为:TXCPFSPAC,所形成污泥颗粒的大小并非影响污泥脱水性能的关键因素,无机混凝剂电中和能力和与有机物的络合能力共同影响无机混凝剂的污泥调理性能.本研究为污泥调理混凝剂的选取提供了实验和理论依据.     

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.