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.     

酱油废水混凝处理的特征及机理研究

将酱油废水混凝沉淀过程中产生的物化污泥 ,回流至混凝反应的前段 ,加以重复利用 .试验表明 ,回流污泥与PAC、石灰混合后适用于高浓度的老抽酱油废水的混凝预处理 .污泥回用量为 5 0mL·L-1,PAC与石灰的投药量为 4 8mL·L-1,3 6g·L-1,比没有污泥回流时的 8 0mL·L-1,6 0g·L-1,减少了 4 0 % ,预处理过程中的沉淀污泥总产量下降 2 8 4 % .在此条件下 ,COD和色度平均去除率分别为 4 4 2 %和 93 2 % .结合透射电镜图片的机理分析表明 :石灰中的CaO可与废水中的糖类等物质反应生成沉淀 ,在回流污泥吸附卷扫与PAC电性中和的共同作用下 ,色度和COD得到明显去除 .     

活性污泥絮体粒径分布与分形维数的影响因素

絮体粒径分布和分形维数是活性污泥的重要参数.应用激光粒度仪测量了好氧活性污泥絮体在絮凝过程的粒径分布,研究了速度梯度、VSS/SS、EPS含量及Zeta电位对絮体粒径分布的影响.结果表明,絮体平均粒径与速度梯度显著负相关(R2>0.80),与Kolmogorov尺度数量级基本相当,其间差异性与污泥VSS/SS、絮体强度等有关;相同的速度梯度下,絮体平均粒径与VSS/SS或EPS含量显著正相关(R2>0.85),与Zeta电位负相关.有机质和EPS在活性污泥絮凝中作用明显,会增强絮体强度,提升絮凝效果;EPS中蛋白质比多糖对絮凝的促进作用更明显.基于显微图像分析方法,得到了好氧活性污泥絮体二维分形维数为1.28~1.72,三维分形维数为1.70~2.69.絮体分形维数随VSS/SS或EPS含量的增加而减小;对于相同的活性污泥,絮体三维分形维数随粒径增大而减小,符合幂函数关系式.     

Effects of alkalinity on interaction between EPS and hydroxy-aluminum with different speciation in wastewater sludge conditioning with aluminum based inorganic polymer flocculant

Extracellular polymeric substances (EPS) form a stable gel-like structure to combine with water molecules through steric hindrance, making the mechanical dewatering of wastewater sludge considerably difficult. Coagulation/flocculation has been widely applied in improving the sludge dewatering performance, while sludge properties (organic fraction and solution chemistry conditions) are highly changeable and have important effects on sludge flocculation process. In this work, the alkalinity effects on sludge conditioning with hydroxy-aluminum were comprehensively investigated, and the interaction mechanisms between EPS and hydroxy-aluminum with different speciation were unraveled. The results showed that the effectiveness of hydroxy-aluminum conditioning gradually deteriorated with increase in alkalinity. Meanwhile, the polymeric hydroxy-aluminum (Al₁₃) and highly polymerized hydroxy-aluminum (Al₃₀) were hydrolysed and converted into amorphous aluminum hydroxide (Al(OH)₃), which changed the flocculation mechanism from charge neutralization and complexing adsorption to hydrogen bond interaction. Additionally, both Al₁₃ and Al₃₀ showed higher binding capacity for proteins and polysaccharides in EPS than monomeric aluminum and Al(OH)₃. Al₁₃ and Al₃₀ coagulation changed the secondary structure of proteins in EPS, which caused a gelation reaction to increase molecular hydrophobicity of proteins and consequently sludge dewaterability. This study provided a guidance for optimizing the hydroxy-aluminum flocculation conditioning of sludge with high solution alkalinity.     

活性污泥表面性质对絮凝沉降性能与出水悬浮物的影响

为了研究污水处理厂活性污泥表面性质对絮凝性能(flocculation ability,FA)和出水悬浮物(effluent suspend solid,ESS)的影响,测定了北京市7个不同污水处理厂活性污泥的表面性质,包括污泥容积指数(sludge volume index,SVI)和胞外聚合物(extracellular polymeric substance,EPS)中的蛋白质/多糖(protein/carbohydrate,P/C)比例、Zeta电位以及二维分形维数(twodimensional fractal dimension,D2f),并且通过相关性分析和拟合,探讨了这几个参数与活性污泥的FA和ESS的关系.结果表明,SVI与活性污泥的FA和ESS并不存在明显的相关关系,但FA和ESS存在明显的负线性相关关系(R_2=0.787);当EPS中的P/C从1.28增加到25.34时,FA可从0.19增加到0.73,ESS从14.89 mg·L~(-1)降低到6.08 mg·L~(-1),蛋白质中的氨基带有正电荷能够中和絮体表面的负电荷,其在EPS中所占的比例越大,有利于降低表面Zeta电位的绝对值和形成更稳定的絮体结构,进而提高絮凝能力.而且,Zeta电位与活性污泥的FA和ESS分别存在负线性相关(R_2=0.883)和正线性相关(R_2=0.902),当Zeta电位的绝对值每减小1 m V,FA提高0.059,ESS减少0.934 mg·L~(-1).此外,活性污泥的D2f与FA基本上呈现指数关系(R_2=0.935,P0.01),当D2f从1.10增加到1.45,FA提高了4.3倍,而同时D2f与ESS具有较好的负线性相关(R_2=0.868).     

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.     

微波辐射预处理对污泥结构及脱水性能的影响

将微波辐射用于污水污泥预处理,考察了辐射130s内污泥沉降、过滤脱水性能的变化,并通过粒度分布及污泥胞外聚合物含量变化探讨了相关机理,分析了微波辐射对污泥结构的破坏过程.结果表明,适宜的微波辐射可明显改善污泥结构及脱水性,900W微波辐射50s,SV减少48%,真空抽滤含水率由原泥直接抽滤的85%降为71%.污泥结构破坏是改善污泥脱水性的重要因素,胞外糖含量介于15.8～16.5mg/gMLSS时,污泥脱水性最佳.核酸能较好地指示微波辐射下污泥细胞壁开始破裂的时间,过量的微波辐射因破坏污泥的细胞壁结构、导致胞内物质大量溢出、污泥黏度增加,脱水性恶化.     

不同条件的底泥回流对强化絮凝的影响

为探究不同条件的回流底泥对絮凝强化的影响,采用智能光谱散射分析仪（IPDA）对絮凝过程进行连续监测。通过分析出水浊度和絮体生长曲线,考察了底泥投加量、存放时间和底泥pH对底泥强化作用的影响。结果表明:底泥投加量对于絮体生长FI值（絮凝指数）影响不大,回流单倍底泥时,出水浊度降至1.3 NTU,较常规絮凝下降38%;底泥存放时间越长,絮体生长FI值越小,存放时间<3 d的底泥可保证出水浊度维持在2.0以下;底泥pH为3.0时,出水浊度低至1.2 NTU,酸处理后的底泥,其絮体生长变化曲线不稳定,FI值呈明显震荡波动趋势。回流单倍底泥时,底泥能够强化絮凝的去浊能力,絮体颗粒保持较大尺寸。底泥形成24 h内回流,絮体颗粒之间产生的相互作用力最大,能保持底泥的最大活性。过高或过低的底泥pH导致絮凝效果变差,最适宜的底泥pH为3.0左右。     

化学生物絮凝工艺污染物去除试验研究

化学生物絮凝污水处理工艺是一种新的一级强化处理工艺。该工艺在传统的化学混凝的基础上将沉淀池内的污泥回流至化学生物絮凝池,利用化学混凝和污泥吸附的协同作用去除污水中的污染物。中试试验结果表明,聚合硫酸铝铁絮凝剂投加量为70mg/L,PAM投加量为0.5m g/L时,COD、TP和SS去除率分别为61.8%、74.5%和74.6%。化学生物絮凝池内污泥富集了未反应的絮凝剂,这部分絮凝剂对污水中TP具有很好的去除作用。化学生物絮凝池内污染物的沿程分析显示,回流污泥与污水充分接触可促进TP的进一步去除。     

液氮冻融破碎生物污泥制备生物絮凝剂

利用城市剩余生物污泥,采用液氮冻融破碎、提取液提取的方法制备了生物污泥絮凝剂。对絮凝剂的制备条件及其絮凝性能进行了研究,结果表明:采用液氮冻融破碎,pH为1.0的稀盐酸溶液作为提取液提取所制备的絮凝剂,对高岭土悬浮液的絮凝效率可达98.5%。液氮冻融破碎的次数对絮凝剂制备没有明显影响。同时考察了絮凝剂投加量以及絮凝体系的pH对絮凝剂絮凝活性的影响。     

改性壳聚糖CAD与微生物絮凝剂MBF8复配絮凝研究

采用水溶液自由基聚合反应,将丙烯酰胺(AM)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)接枝到壳聚糖分子上制成了阳离子改性壳聚糖(CAD).经FT-IR、XRD、zeta(ξ)电位、凝胶色谱等分析确定,CAD为淡黄色透明液体,pH值为3.7,相对分子质量为2.88×10⁶,阳离子度为16.7,等电点(0.1%溶液)约为pH值10.5,有效成分2.6%,主要特征官能团有羟基、氨基、季铵基和酰胺基, 呈不规则晶体结构.将CAD与相对分子质量3.67×10⁵的多糖类电负性微生物絮凝剂MBF8复配,对浊度12~460 NTU、离子强度3.0 mmol·L^-1的高岭土悬浊液进行烧杯实验.结果表明,MBF8与CAD的最佳使用方式为先投加MBF8后投加CAD,复配比5:3时效果最好,适用的pH范围为6.0~10.0.采用PAC(3.0 mg·L^-1)+MBF8+CAD(1.0 mg·L^-1)复配絮凝,pH=8.0下,对浊度为110 NTU的高岭土悬浊液,浊度去除率>97%,残余铝<0.08 mg·L^-1,絮体大、沉降快,絮凝效果优于PAC+分子量800万、1200万的阴离子PAM及分子量1500万的阳离子PAM.     

城市污泥脱水速率与泥饼含水率的表征差异性研究

通过试验获得了多种不同来源污泥的脱水表观指标值(比阻和粘度)与脱水性能参数值(脱水速率和滤饼含水率),并对其相关性进行了研究分析.研究结果表明,采用常规的表观指标表征污泥的脱水性能存在差异性,污泥比阻(SRF)可以很好地表征污泥的脱水速率,与其呈良好的负线性关系(调理前:R2=0.914,调理后:R2=0.839),而SRF与滤饼含水率的线性关系不显著,只能进行辅助或定性分析.粘度可以很好地表征污泥滤饼含水率(调理前:R2=0.936,调理后:R2=0.843);但仅在高粘度水平下,粘度与污泥脱水速率才表现出负线性关系,但拟合度较低(R2=0.647),在低粘度污泥体系中,粘度不是影响污泥脱水速率的关键因素.     

自养菌和异养菌胞外聚合物对活性污泥絮凝特性的影响

为探讨自养菌和异养菌胞外聚合物(Extracellular polymeric substances,EPS)的差异及其对活性污泥表面及絮凝特性的影响,研究了有机负荷为0、0.30和0.74 kg·kg-1·d-1时,污泥松散附着胞外聚合物(loosely bound EPS,LB-EPS)和紧密粘附胞外聚合物(tightly bound EPS,TBEPS)的组分含量、形态、表面特性以及絮凝性能的差异,并就LB-EPS与TB-EPS对污泥絮凝特性影响的作用机理进行了探讨.结果表明,有机负荷越高,多糖含量越高,EPS总量及蛋白质含量越低.由三维荧光光谱测定结果可知,类富里酸物质为异养菌而非自养菌的代谢产物,且有机负荷越高,TB-EPS中的类富里酸荧光峰强度越大.自养和异养污泥的絮凝机理不同,自养活性污泥通过自养菌菌体自身生物絮凝作用形成密实的污泥絮体,LB-EPS与TB-EPS对其絮体形态、表面及絮凝特性影响较小;异养活性污泥絮体形态在TB-EPS提取后发生明显改变,TB-EPS在异养活性污泥絮体聚集时发挥着主要作用.包裹着LB-EPS的污泥表面负电荷多且疏水性差,不利于异养污泥生物絮凝.有机负荷越高,污泥表面Zeta电位负电性越强,相对疏水性(relative hydrophobity,RH)越小,污泥稳定性越差.     

改善污泥脱水性能的丝状真菌的分离及其促进污泥脱水的机制初探

探讨污泥中丝状真菌对污泥脱水性能的影响及其机制,对生物法强化污泥脱水技术的发展具有重要意义.本研究从剩余污泥中分离筛选可以提高污泥脱水性能的丝状真菌,并分析其改善污泥脱水性能的具体机制.结果表明,在剩余污泥中存在着可以促进污泥脱水性能改善的丝状真菌,从中分离筛选出1株毛霉属的真菌Mucor circinelloides ZG-3,该菌对改善污泥脱水性能具有良好的效果.该丝状真菌处理剩余污泥过程中污泥的脱水性能改善效果主要受到接种方式、接种浓度和污泥含固率的影响,其最适接种方式为菌丝体接种,最适接种浓度为10%,最适污泥含固率约为4%.在最适条件下处理污泥可使污泥比阻降低75.1%,显著改善污泥的脱水性能,并且处理后污泥溶液的COD值约为310 mg·L-1,处理后的污泥仍具有良好的沉降性能.M.circinelloides ZG-3处理剩余污泥过程中,污泥脱水性能的改善主要与污泥胞外聚合物(EPS)的降解和污泥p H的降低有关.因此,采用M.circinelloides ZG-3处理剩余污泥是一种非常有潜力的新型污泥调理技术.     

不同流态下微波辐射对污水污泥性质的影响研究

通过对不同流态下微波辐射对污水污泥性质的影响进行研究,考察了不同流态下微波辐射作用处理后污泥沉降性能、脱水性能的变化,以及微波辐射作用下流态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,流态对污泥的沉降性能和脱水性能有一定影响,微波辐射功率越高,流态对污泥沉降性能和脱水性能的影响越显著.微波辐射功率较低时,雷诺数Re越大,污泥的沉降比(SV)、比阻和泥饼含水率越小;微波辐射功率较高时,Re为2300的临界流态下污泥的沉降性能和脱水性能最好.随着Re的增大,VSS溶解率和上清液中COD升高,微波辐射功率分别为300、500、700和900W时,Re为3000的紊流流态下上清液中COD分别达到1.1、2.1、3.6和6.7g·L-1.SEM观察结果表明,微波辐射及流态产生的协同剪切应时适宜时,有利于污泥颗粒的絮凝反应,高强度的微波辐射和紊流产生的较大剪切应力导致污泥絮体被打碎.     

Effects of Al3+ on the microstructure and bioflocculation of anoxic sludge

The aluminum ions generated from mining aluminum,electrolytic aluminum and the industrial production of aluminum-based coagulants(such as AlCl_3 and Al_2(SO_4)_3) enter sewage treatment plants and interact with activated sludges.An anaerobic/anoxic/oxic(A~2 O) process was used to reveal the effects of Al~(3+) on the pollutant removal efficiencies,bioflocculation and the micro structure of sludge.The results showed that a low concentration of Al~(3+) improved the pollutant removal efficiencies and increased the sludge particle size.However,a high concentration of Al~(3+) hindered microbial flocculation and reduced the pollutant removal efficiencies.With a 10 mg/L Al~(3+) addition,the chemical oxygen demand(COD),total nitrogen(TN) and NH_4~+-N increased by 3%,16% and 27%,and reached as high as 68%,60% and 87%,respectively.At the same time,the dehydrogenase activity,flocculation ability(FA) and contact angle of the sludge reached their maximum levels at 41.3 mg/L/hr,45% and 79.63°,respectively.The specific surface area of the sludge decreased to 7.084 m2/g and the sludge pore size distribution shifted to concentrate in the me soporous range.Most of Al~(3+) was adsorbed on the surface of sludge,changing the physicochemical properties and physical structure of the sludge.     

间歇式生物反应器中PHACs的吸附降解性及动力学特性

利用间歇反应器考察了非那西丁(PNT)、吉非罗齐(GFZ)、咖啡因(CAF)、双氯芬酸(DCF)和胆固醇(CH)5种医药类污染物分别在厌氧、缺氧及好氧条件下的吸附与降解特性,并通过动力学拟合深入考察目标物的降解速率及所符合的反应级数.研究表明,PNT在4 h内就能得到100%的降解,GFZ与CH能通过吸附与降解得到部分或全部去除.好氧条件下目标物的泥水分配系数kp值与降解速率均高于缺氧与厌氧条件,好氧条件下CAF的去除率达到99%以上.5种目标物除PNT外都有不同程度的吸附,目标物的污泥吸附能力为CHDCFGFZCAF;动力学拟合结果表明,生物降解动力学一级反应速率PNTCAF,二级反应速率CHGFZ;DCF几乎不能被生物降解,但符合二级吸附动力学模型,其平衡吸附量最高可达总投加量的71%.     

氯化铁用于反硝化同步化学生物絮凝工艺研究

通过小试考察了氯化铁用于反硝化同步化学生物絮凝工艺的可行性.结果表明,在氯化铁投加量（以铁计）为20mg.L-1的条件下,反硝化污泥通过14 d的驯化,可以适应氯化铁的投加,反硝化速率、COD和NO3--N去除效果与空白反应器无明显差异,同时具有较好的TP去除效果,去除率高于80%.氯化铁的投加虽然提高了污泥浓度,但由于污泥中无机物比例增加、密度增大,同时污泥粒径变小,使污泥的沉淀性能与空白反应器中的污泥无明显差异,且SV30值仅为22%左右,小于空白反应器中污泥的27%.投加氯化铁后的污泥比阻平均为1.5×1012m.kg-1,远低于空白反应器中污泥的40.2×1012m.kg-1,浓缩后污泥的体积减少和比阻的降低有利于污泥的后续处理.     

养猪废水和污泥中11种兽用抗生素的同时分析技术及其在生物降解过程的应用

优化了固相萃取与高效液相色谱串联质谱联用的分析条件,使之适用于检测长三角地区养猪废水和污泥中常见的11种兽用抗生素(包括4种四环素类、2种磺胺类、3种喹诺酮类和2种大环内酯类).该分析方法对养猪废水的平均加标回收率(n=3)为73.0%~105.2%,相对标准偏差为3.1%~10.2%;对污泥的平均加标回收率(n=3)为57.4%~104.6%,相对标准偏差为1.9%~10.9%.研究膜生物反应器中抗生素的浓度变化,发现废水中抗生素以四环素类和磺胺类为主,而污泥中以四环素类为主.反应器对废水中四环素类抗生素的去除率为85.2%,其中最主要的去除途径是生物分解(51.9%),其次是污泥吸附(33.2%);而磺胺类抗生素去除率为95.8%,几乎全部是依靠生物分解,污泥吸附很少.摇瓶实验结果显示,污泥中积累的抗生素未对活性污泥的有机物降解活性和硝化活性产生明显影响.     

酸-低热联合处理对剩余污泥脱水性能的影响

为有效降低城市污水处理厂剩余污泥含水率,通过酸-低热（温度 < 100℃）联合处理污泥,探索该方法对污泥的脱水性能.研究不同pH、反应温度、反应时间对污泥脱水性能的影响,并对污泥上清液中SCOD、蛋白质、多糖的浓度以及污泥Zeta电位和污泥形貌进行分析,初步探讨其脱水的作用机理.结果表明:①酸-低热联合处理污泥时,污泥溶解性有机质大量释放,经过40 min反应,上清液中SCOD浓度达到925.76 mg/L,表明该方法能有效破解污泥EPS（胞外聚合物）,释放内部结合水.②原污泥Zeta电位为-14.10 mV,酸-低热联合处理后降至-3.49 mV,污泥颗粒之间的静电斥力显著降低.③酸-低热联合处理有利于污泥的絮凝作用,显微镜观察处理后的污泥絮凝物大且结构紧密,污泥脱水性能得到改善.④试验获得的最佳处理条件为pH 3、温度90℃、加热时间40 min,在该条件下,污泥真空脱水初始速率可达20.67 mL/min（以80 g原泥计）,泥饼真空抽滤后含水率可降至63.05%.研究显示,酸-低热联合处理可有效提高剩余污泥脱水性能,并能释放较多溶解性有机质,抽滤后污泥含水率可降至接近60%,是一种可行的低能耗污泥脱水方法.