采用厌氧发酵和冷冻微波联合处理剩余污泥并回收氮磷

为了实现从剩余污泥中高品位回收鸟粪石（MAP,MgNH₄PO₄·6H₂O）,本研究考察了厌氧发酵、冷冻+微波两种污泥预处理方式促进污泥中氮、磷的释放及回收效果.试验结果表明：污泥厌氧发酵在温度30℃、pH=12、发酵时间4 d时,PO₄^3--P和HN₄⁺-N的最大释放量分别为224.50 mg·L^-1（即7.24 mmol·L^-1）和278.17 mg·L^-1（即19.87 mmol·L^-1）,PO₄^3--P物质的量浓度远小于HN₄⁺-N物质的量浓度.冷冻+微波联合预处理在冷冻温度-20℃、冷冻时间48 h、微波初始pH=3、微波时间9 min时,PO₄^3--P和HN₄⁺-N的最大释放量分别为1011.84 mg·L^-1（即32.64 mmol·L^-1）和220.82 mg·L^-1（即15.77 mmol·L^-1）,PO₄^3--P物质的量浓度高于HN₄⁺-N物质的量浓度.根据污泥上清液中的氮、磷含量,将厌氧发酵与冷冻+微波两种污泥预处理后的上清液按体积比1：9进行混合,使Mg：N：P物质的量比为1.6：1.4：1时,PO₄^3--P的最高回收率为99.11%,HN₄⁺-N的最高回收率为73.46%.X射线衍射（XRD）结果显示,回收的沉淀物主要为鸟粪石晶体.将两种污泥预处理后的上清液进行混合,有效地解决了污泥上清液中由于氮、磷比例失衡所导致的回收率下降的问题,从而实现以鸟粪石的形式高效回收剩余污泥中的氮、磷.     

以鸟粪石的形式在污水处理厂回收磷的研究

磷既是一种不可再生的资源,也是造成水体富营养化的重要因素。近年来,随着磷资源的匮乏,从污水处理厂回收磷在世界各国逐渐兴起,而我国在这方面的研究还基本处于起始阶段。为此,在某污水处理厂进行了以鸟粪石形式回收磷的小试实验,考察了磷回收的一些控制参数,并将以此作为基础,继续深入研究。     

基于AHP-PROMETHEE Ⅱ法的鸟粪石磷回收污泥预处理方案决策

磷是一种不可再生资源,采用鸟粪石沉淀法回收剩余污泥中磷已有工程应用.但目前用于释放剩余污泥中碳氮磷便于后续回收的方案很多,不同方案对后续鸟粪石磷回收的影响不同.为了有助于剩余污泥磷回收工艺的决策,本研究以鸟粪石磷回收为目标,选取6种常见的剩余污泥处理方案,构建3层6指标的决策层次分析结构,运用PROMETHEEⅡ偏好关系排序方法,对6种污泥处理方案进行整体评价,从产品品质优先和时间经济优先两个角度出发,选择综合效益最高的方案.在产品品质优先条件下,酶水解以及酶-厌氧处理工艺最优;在时间经济优先条件下,热水解以及热-厌氧处理工艺最优.本研究为通过鸟粪石沉淀法回收剩余污泥中的磷,提供了方案参考以及有效的方案选择办法.     

污水处理中鸟粪石法磷回收技术研究进展

针对水体富营养化和磷资源短缺的困境,从污水中利用鸟粪石法回收磷成为一个重要的选项。围绕高效低耗的鸟粪石回收目标,本文梳理了鸟粪石法磷回收思路、技术特征、不同类型反应器的发展,为新型鸟粪石磷回收技术的开发提供了支撑。     

pH对剩余污泥厌氧发酵产生的COD、磷及氨氮的影响

城市污水处理厂产生的污泥按照来源的不同可以分为初沉污泥和剩余污泥,通过采用控制pH值的方法,在20～22℃条件下,研究了剩余污泥在不同pH条件下厌氧发酵的情况.结果表明:将剩余污泥的pH值控制为8.0～10.0,在20d的厌氧发酵时间内,溶出的COD(SCOD)要大于pH为5.0～7.0,特别是pH=10.0和pH=11.0时的SCOD值是pH=6.0时的10倍左右,并且第8d产生的挥发性脂肪酸(VFA)也为碱性条件大于酸性条件;但酸性条件下溶出的磷及氨氮大于碱性条件.     

鸟粪石结晶法回收氨氮影响因素的研究

为了预处理化工厂的高氨氮废水,采用向废水中投加Na2HPO.412H2O和MgCl.26H2O生成磷酸铵镁(鸟粪石)的方法,以去除其中的高浓度氨氮同时获得缓释肥鸟粪石。试验以模拟氨氮废水为研究对象,研究了鸟粪石结晶法回收氨氮的影响因素:反应时间、氨氮初始浓度、pH值、磷酸盐与镁盐投加量对高氨氮废水的去除效果,然后进行不同影响因素的试验,确定了氨氮去除的最佳工艺条件。研究结果表明,鸟粪石结晶法回收氨氮的最佳工艺条件为:反应时间10 min,pH值为9,NH4-N:PO4-P:Mg摩尔比为1:1.05:1.15,NH4-N、PO4-P与Mg的去除率分别为91.52%、99.58%与90.52%;残余浓度分别为90.87、4.96与174.1 mg/L,加入的磷几乎全部回收,无二次污染。预处理的废水进入污水处理厂进一步深度处理。     

剩余污泥的水解与氮磷回收

传统污水好氧生物处理过程中产生大量剩余污泥,这些污泥有机质中富含大量的氮磷元素。随着剩余污泥的消化并最终处置,大量的氮磷资源被白白浪费。在污泥消化过程中有机态氮磷可以在水解类细菌的水解作用下最终以氨氮和磷酸盐的形式溶出。当水解液中氨氮和磷酸盐达到一定浓度时,投加镁盐并调节pH,生成鸟粪石沉淀。鸟粪石作为一种缓释肥具有良好的经济效益。从资源回收的角度看,对剩余污泥水解酸化阶段研究有利于实现剩余污泥中氮磷资源的有效回收。     

鸟粪石热解回收法去除垃圾渗滤液中氨氮的研究

采取鸟粪石热解回收,再循环利用的方法去除不同来源渗滤液中的氨氮,以降低投药成本。得到的最佳工艺条件为p H=9.5~10,药品投加量为氨氮浓度1.1倍,反应时间20 min,热解温度为100℃,热解时间4 h以上。热解鸟粪石法去除垃圾渗滤液氨氮的效果根据渗滤液本身的性质会产生较大的变化。老龄渗滤液中鸟粪石循环使用20次以后,单位质量的氨氮的去除成本降低至11.63元/kg以下;但在相同工艺条件下处理新鲜渗滤液,鸟粪石循环使用20次以后,单位质量氨氮的去除成本依然维持在35.23元/kg以上。     

鸟粪石法回收养猪废水中磷时pH对沉淀物组分的影响

采用鸟粪石沉淀法对养猪废水中的磷进行回收,应用红外光谱和X射线衍射法,并结合物料衡算研究pH变化对沉淀物组分的影响.结果表明,当pH由8.0升至9.0时,磷去除率从85%增加到94%;pH在9.0～11.0范围,磷去除率稳定在94%左右;当pH升高至12.0,磷去除率急剧下降至70％.沉淀物组分为鸟粪石(MgNH₄PO₄·6H₂O)、 钾型鸟粪石(MgKPO₄·6H₂O)、 Ca₃(PO₄)₂·xH₂O和Mg(OH)₂,不含有硫酸盐和碳酸盐.当pH<9.0,沉淀物组分主要为鸟粪石;pH在9.0～10.0范围时,鸟粪石含量降低,钾型鸟粪石、 Ca₃(PO₄)₂·xH₂O含量呈逐渐增加趋势;pH由10.0升至12.0时,鸟粪石含量急剧下降,Ca₃(PO₄)₂·xH₂O和Mg(OH)₂含量快速增加,而钾型鸟粪石快速增加并在pH 11.0达到最大后急剧下降.因此,回收养猪废水中的磷时要获得纯度高的鸟粪石产品,pH值应控制在8.0～9.0.     

剩余污泥常温厌氧发酵制取外加碳源技术研究

剩余污泥在碱性条件下厌氧发酵会产生大量的易降解有机物如挥发性脂肪酸,可以为污水生物脱氮除磷提供碳源。通过调节p H,研究了本地污水处理厂的剩余污泥在碱性条件下的厌氧发酵,着重考察了碱解处理对污泥融胞效果的影响,并探讨了对后续厌氧消化的促进作用。结果表明,碱处理过程中剩余污泥中有机物发生了显著的溶解,污泥中的细菌被水解破碎,碱处理的p H越高越有利于剩余污泥中有机物溶出,有利于厌氧发酵制取VFAs,p H为11时,VFAs最高达到1 994.78 mg/L,换算成COD为2 898.35 mg/L。     

污泥厌氧发酵产氢的影响因素

污水生物处理过程中产生大量剩余污泥, 通常采用厌氧发酵处理并获取甲烷气体. 产氢产酸是污泥厌氧消化过程中的一个中间阶段. 本研究考察了原污泥和经碱处理的污泥在不同初始pH(3.0～12.5)条件下的产氢效果, 以及污泥性质和污泥浓度等对产氢效果的影响. 结果表明, 当初始pH为11.0时污泥发酵的产氢率达到最大值.采用原污泥发酵产氢时, 在初始pH为11.0的条件下发酵产氢获得的最大产氢率为8.1 mL/g, 而经碱处理的污泥在同样初始pH的条件下发酵产氢可将其产氢率提高一倍左右, 达到16.9 mL/g. 污泥经碱处理后厌氧发酵4d无甲烷产生, 且可有效地降低氢气消耗的速率. 另外, 污泥的VSS/SS值过低时会大大降低污泥的产氢率, 而污泥浓度对产氢率无明显影响.     

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.      

酸-碱预处理促进剩余污泥厌氧消化的研究

为提高剩余污泥的厌氧消化效率,投加酸和碱对污泥进行预处理,对比分析了不同预处理方式（单独碱处理、酸-碱处理和碱-酸处理）对污泥水解酸化的影响,并研究了各种预处理方式对后续厌氧消化产甲烷效率的影响.结果表明,单独碱处理的溶解性化学需氧量（SCOD）溶出量比酸碱联合处理要大16%左右,预处理第8 d,达到5 406.1 mg.L-1.采用先酸（pH 4.0,4d）后碱（pH 10.0,4 d）预处理,在污泥水解酸化过程中,乙酸产量及其占总短链脂肪酸（SCFAs）的质量分数均高于其他预处理方式,其乙酸产量（以COD/VSS计）可达到74.4 mg.g-1,占总SCFAs的60.5%.酸-碱预处理后污泥混合液的C∶N比值为25左右,C∶P比值在35～40之间,这比单独碱处理和碱-酸处理后的C∶N和C∶P比值更有利于后续厌氧消化.通过对比研究发现,酸-碱预处理后,厌氧消化到第15 d,酸-碱预处理污泥的累积甲烷产量（CH4/VSS加入）达到136.1 mL.g-1,分别是空白对照、碱-酸预处理和单独碱预处理方式的2.5、1.7和1.6倍,厌氧消化效率最高.经过8 d酸-碱预处理和15 d的厌氧消化,挥发性悬浮固体（VSS）总去除率达到60.9%,污泥减量效果比其他预处理要好.很显然,酸-碱预处理方式更有利于污泥厌氧消化及污泥减量化.     

我国剩余污泥厌氧消化的主要影响因素及强化

我国剩余污泥厌氧转化率显著低于发达国家,泥质是影响污泥厌氧消化性能的重要因素,而我国剩余污泥泥质相比于发达国家的典型差异主要体现在3个方面,即污泥龄长、微细砂含量高和金属离子含量高.因此,系统性研究了泥龄、微细砂和金属离子对剩余污泥厌氧消化性能的影响,进行量化比较,并进行有针对性的强化研究.结果表明,微细砂对VS降解率的消极影响并不明显,而泥龄和金属离子是主要的抑制因素,泥龄的抑制程度显著高于金属离子(P0.05),且随着泥龄的增加,金属离子的抑制作用呈进一步增强的趋势,因而总结得出长泥龄为限制我国污泥厌氧消化性能的最主要因素.经高温热水解预处理(160℃, 0.55 MPa, 30 min)后,长泥龄污泥的累积产甲烷量和VS降解率显著提升,接近于泥龄为5 d时的值,因此高温热水解具有突破长泥龄所致的污泥厌氧产甲烷瓶颈的潜力.     

剩余污泥厌氧消化甲烷生成势与产甲烷菌群多样性的比较研究

以AP、DH两污水处理厂的剩余污泥为基质,分别接种两厂的剩余污泥进行了厌氧消化甲烷(CH4)生成势实验(BMP).经改进的Gompertz模型和Michaelis-Menten模型回归分析可知,AP、DH两厂厌氧污泥的最大比产气速率数值接近[74.21 mL·(g·d)-1和51.99 mL·(g·d)-1],但对基质剩余污泥的半饱和常数Km差异较大(54 098 mg·L-1和19 005mg·L-1),DH厌氧污泥对该厂剩余污泥的亲和力较好.两个批次实验结束时TSS、CODT均有所下降,NH+4-N显著提高,且高污泥负荷F/M条件下水质变化趋势更为显著.实验前后末端限制性片段多态性(T-RFLP)分析结果与BMP实验结果相一致,实验结束后杂菌(Diverse)相对含量显著下降,产甲烷髦毛菌Methanosaeta spp.(280 bps)、产甲烷微菌Methanomicrobiaceae(80bps)和RC-I(389 bps)的相对含量皆有所提高,且DH-BMP样品产甲烷功能菌群相对含量提升程度高于AP-BMP实验前后变化.     

利用养殖场废水厌氧发酵生物制氢技术研究

在批式厌氧反应器中,以厌氧消化污泥作为天然产氢菌源,通过养殖场废水的厌氧发酵生产氢气,考察了厌氧污泥和碳氮营养物质对养殖场废水产氢的影响,并对液相产物的分布、产氢动力学进行了分析.试验分为4个处理.结果表明,加入营养物质接种污泥的养殖场废水氢气含量、累积产氢量和单位COD氢气产量最高可达到50.65%、334.80mL和287.10mL/g.而未接种污泥的原始养殖场废水累积产氢量和单位COD氢气产量仅为59.24mL和67.05mL/g.污泥和碳氮营养物质对产氢能力均有显著地促进作用,加入碳氮源后微生物群促进了原养殖废水有机物的氢的形成.液相末端产物中,乙酸、丁酸占总挥发酸的61%～86%,产氢过程属于典型的乙酸-丁酸型发酵.总挥发性酸含量的提高,其产氢能力也增大. Gompertz模型能够很好地拟合其产氢过程.     

腐殖酸含量对污泥厌氧发酵过程产CH4效率的影响

污泥中含有的HA（腐殖酸）会对厌氧发酵过程产生影响.为探究ρ（HA）对厌氧发酵产CH₄效率的影响规律,开展了ρ（HA）为0、200、300和400 mg/L（依次记为T0、T1、T2、T3处理）的中温厌氧发酵模拟试验,检测和分析了φ（CH₄）、累计CH₄产量与产生动力学特征,以及ρ（HA）与累计CH₄产量之间的相关性.结果表明:各处理发酵过程的pH在6.9~7.9之间变化,并且HA对pH变化具有减缓作用;T1处理的φ（CH₄）峰值为66.7%,高于T0处理的61.5%,但随着ρ（HA）的进一步增加,φ（CH₄）峰值逐渐下降为62.0%（T2处理）和60.0%（T3处理）;采用修正Gompertz方程对累计CH₄产量的拟合结果表明,HA对厌氧发酵的产CH₄潜能呈抑制作用,且随ρ（HA）的增加,该抑制作用更加明显,T0、T1、T2和T3处理的最大累计CH₄产量分别为441.1、432.1、397.1和253.5 mL;相关性分析结果显示,ρ（HA）与累计CH₄产量呈负相关,随着ρ（HA）的增加,累计CH₄产量逐渐降低.研究显示,HA对污泥厌氧发酵产CH₄过程呈抑制作用,ρ（HA）较低时可提高沼气中的φ（CH₄）峰值.      

高含固污泥厌氧消化中蛋白质转化规律

采用剩余污泥在含固率(total solid,TS)为12%条件下进行中温(37℃)厌氧消化,通过分析厌氧消化前后污泥蛋白质组分的变化情况,研究了高含固污泥厌氧消化中蛋白质的转化规律,探讨了高含固条件下污泥蛋白质转化效率较低的原因.结果表明,经过45 d的厌氧消化处理,污泥蛋白质的转化率为34.26%.污泥蛋白质转化效率较低的原因主要表现在:(1)高含固条件下污泥的传质较差;同时,污泥蛋白质经水解过程形成大量的氨氮,反应结束后污泥总氨氮(total ammonia nitrogen,TAN)质量浓度达到1 201 mg·L~(-1),导致对厌氧消化过程,尤其对蛋白质的分解表现出一定的抑制作用;(2)三维荧光光谱(three-dimensional fluorescence spectroscopy,3D-EEM)分析表明,部分蛋白质向腐殖质类、富里酸类物质转化,从而更难分解;(3)通过二维电泳(two-dimensional electrophoresis,2-DE)-质谱(mass spectrometry,MS)分析发现,厌氧消化后污泥蛋白质的相对分子质量和等电点(isoelectric point,p I)降低;最终,污泥中残留的大部分蛋白质来源于微生物体内.由于微生物代谢能力随着厌氧消化过程的进行而减弱,难以继续利用这些蛋白质,或消化体系中不具备分解这些蛋白质的酶,从而限制了污泥中蛋白质的分解效率.