城市污水处理过程中溶解性有机物转化特性

运用反渗透技术对城市处理厂进出水中的溶解性有机物(DOM)进行浓缩富集,利用DAX-8大孔树脂将DOM分为亲水物质(Hy I)、类富里酸(FA)和类腐殖酸(HA)3种组分。研究表明,原污水中有机物各组分经生物处理后的总量去除近90%,各组分所占总TOC的百分含量在生化反应过程中也发生了变化:出水中HA组分有降低的趋势,平均下降9.77%,而FA和Hy I两大组分所占总和呈现上升趋势,其中类FA物质升高7.94%,而Hy I组分百分比略有下降。与进水相比,出水中Hy I、FA和HA组分在Ⅲ(色氨酸)、Ⅳ(酪氨酸)区的荧光峰全部消失,而在Ⅰ(类腐殖酸)、Ⅱ(类富里酸)荧光峰变化不大。SUVA和电位滴定结果表明出水有机物的结构发生变化,各组分的芳香性比进水有机物有所增加。研究结果表明,进水中的有机物在污水处理过程中,小分子物质可以被生物利用并形成新的代谢产物释放到水中,大分子物质却较难被生物利用,但在处理过程中其分子构造在一定程度上被微生物改变,系统的生化驯养可以达到构造改变的效果,从而影响出水各组分分子量变化。     

污泥性质对污泥水解酸化效果的影响

采用3组构造一致的完全混合流态水解酸化反应器,分别以同等浓度的絮凝污泥、初沉污泥和剩余污泥作为底物污泥,在温度35℃,初始pH=10的反应条件下,研究污泥性质的差异对污泥水解酸化产物及产率的影响。实验结果表明:与初沉污泥、剩余污泥相比,絮凝污泥更易水解产酸发酵,至第9天水解产SCOD达到最大值2 713.2 mg/L,第7天酸化产VFAs达到峰值1 392.7 mg/L。3种污泥酸化产VFAs的主要组分均为乙酸和丙酸,但絮凝污泥VFAs组分中乙酸、丙酸这种优势更加明显,其所占比例分别高达48.9%和27.2%。此外,3种污泥水解酸化产碳源的同时均伴随着氮、磷元素的释放,整体而言,絮凝污泥产酸发酵中氮、磷元素的释放量及释放率均较低。     

酸-碱处理对剩余污泥水解酸化的影响

剩余污泥中富含有机质和营养元素可回收利用物质,污泥水解酸化液中的有机酸在去除或回收利用氨和磷后可作为进水化学需氧量(COD)不足的污水处理厂的补充碳源。通过控制pH,对比分析了不同处理方式(单独碱处理、酸-碱处理和碱-酸处理)对污泥水解酸化的影响。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天,达到5 406.1 mg/L。采用先酸(pH 4.0,4 d)后碱(pH 10.0,4 d)预处理,乙酸产量达到74.4 mg COD/g VSS,占总SCFAs的60.5%,产量及其占总短链脂肪酸(SCFAs)百分比含量均高于其他预处理方式。且酸-碱处理方式下NO4+-N和PO34--P溶出要优于其他处理方式。而单独碱处理方式下污泥减量效果最好,VSS去除率为36.6%。     

pH对混合污泥水解酸化的影响

pH对剩余污泥和初沉污泥水解酸化的影响已有报道,但pH对混合污泥水解酸化的影响尚鲜见报道。为此对厌氧环境,(20±1)℃,pH=4～11以及不控制pH条件下混合污泥的水解酸化特征进行了研究。研究发现:对pH调控有利于污泥SCOD的溶出,在较强的碱性条件下污泥溶出的SCOD要大于其他条件下的,特别是pH=10和11条件下污泥溶出的SCOD要远高于其他条件下。碱性环境和酸性环境以及中性环境相比更有利于混合污泥产酸,最佳产酸pH条件为pH=10。在酸性和极端碱性条件下均有利于混合污泥中氨氮和磷的释放。碱性环境利于挥发性悬浮固体(VSS)的去除,但不利于总悬浮固体(TSS)的去除。在不同pH条件下将混合污泥的发酵特征和剩余污泥和初沉污泥发酵特征比较,发现3种污泥水解和产酸均在碱性条件下最好,且在20～22℃的条件下,产酸量均在pH=10的条件下达到最大。     

椰壳颗粒活性炭活化过硫酸钠预处理促进高固污泥水解产酸性能

为探究椰壳颗粒活性炭活化过硫酸钠(PS)预处理对高固污泥厌氧发酵水解产酸性能的影响,通过调节挥发性脂肪酸(VFAs)产量、溶解性化学需氧量(SCOD)、溶解性蛋白质及多糖等指标,探究了不同剂量颗粒活性炭(GAC)与PS预处理对高固污泥产酸发酵的最佳条件。结果表明,当PS和GAC投加量分别为1.50 mmol·g⁻¹(以总固体计)和0.65 g g⁻¹(以总固体计)时,在发酵前期产酸速率相比于对照组提高了341.43%,后续发酵过程中,VFAs最大产量相比于对照组提高了28.43%。其中,乙酸作为优质碳源,其质量浓度增加了48.98%;继续增加GAC剂量时,反应器厌氧发酵性能下降,其原因可能是过量GAC会消耗已生成的SO₄⁻·,降低污泥水解作用,同时GAC表面对VFAs的吸附也导致产酸量下降。三维荧光分析表明,在产酸量较高的反应器中,氨基酸、芳香族蛋白质等溶解性有机物的质量浓度较低,这说明适量椰壳颗粒活性炭活化PS预处理方式可提高高固厌氧发酵中微生物对于水解底物的利用率,从而提高污泥的厌氧产酸性能。本研究结果可为炭活化PS预处理技术在高固污泥厌氧消化中的应用提供参考。     

组合工艺处理填埋场渗滤液中溶解性有机污染物的去除特性

以采用"SBR+混凝+Fenton氧化+BAF"组合工艺处理的晚期垃圾渗滤液各级出水为研究对象,考察了HA、FA和HyI等溶解性有机物(DOM s)在各个工艺处理过程中的变化。结果表明,组合工艺COD和NH3-N去除率分别达到98.4%和99.3%;对DOM s的去除率为98.3%,其中胡敏酸(HA)、富里酸(FA)和亲水性有机物(HyI)的去除率分别为98.3%、99.5%和95.7%。各处理工艺中SBR和混凝工艺对HA和HyI的去除贡献较大,Fenton氧化工艺对FA去除率较高。Fenton氧化和BAF联用,可以有效去除难降解的溶解性有机污染物,使出水达到《生活垃圾填埋污染控制标准》(GB16889-2008)排放标准。     

城市污水二级生化出水中溶解性有机物的特性及其深度处理研究

在对某城市污水二级生化出水中溶解性有机物(DOM)特性进行深入分析的基础上,对比了混凝、活性炭吸附、树脂吸附等深度处理工艺对DOM的处理效果。结果表明,水样中溶解性有机碳(DOC)为12.32mg/L,其中疏水性组分占46.65%,亲水性有机物(HPI)占33.33%,过渡亲水性组分占20.02%;酸碱滴定结果表明,HPI的总酸度最强;MIEX树脂对所有组分尤其是疏水性组分的去除效果都较好,它在城市污水二级生化出水(尤其是富含疏水性物质的水体)的深度处理中具有更广阔的应用前景;凝胶渗透色谱分析结果表明,水样中DOM的分子量呈宽分布特征,主要包含平均分子量为230~750u的低分子量小分子有机物,也包含12 000u左右的中等分子量有机物,而经MIEX树脂吸附处理后,分子量在12 000u左右的组分基本去除,分子量在230~750u的组分也有显著的减少。     

pH值对污泥发酵产酸的影响

利用剩余污泥厌氧发酵产生挥发性脂肪酸,可作为污水脱氮除磷的有机碳源,而pH值是发酵产酸过程中重要的控制参数.研究了不同pH值条件下剩余污泥厌氧发酵产酸过程中各参数变化规律,探索pH值对其过程的影响及其分析.结果表明,碱性条件有利于污泥发酵产酸过程,实验最佳条件是控制反应初始pH值为10.0,仅8d发酵挥发性脂肪酸浓度就达到8.90 mmol/L.此外,污泥在发酵过程中,酸性条件下NH4+-N和PO43--P的释放量均大于碱性条件.     

不同生物营养物处理工艺剩余污泥中温水解特性

为了解不同生物营养物处理（BNR）工艺剩余污泥性质差异及其中温水解特性,采用序批式实验研究了来源于Orbal氧化沟（OD）和倒置A2／O工艺剩余污泥在中温水解过程中污泥浓度、营养物释放、污泥粒径、污泥絮凝性、污泥比阻及污泥胞外聚合物（EPS）的历时变化。结果表明,相同泥龄（约18d）条件下,OrbalOD剩余污泥氮含量较高,倒置A2／O剩余污泥磷含量较高,两者VSS／SS均低于0．6,导致中温水解过程污泥减量空间有限、氮磷释放速率不同。此外,尽管倒置A2／O工艺剩余污泥絮体尺寸及絮凝能力明显大于OrbalOD工艺剩余污泥的对应值,但两污泥比阻相近。中温水解过程中,两污泥絮体的尺寸均变小、絮凝能力均降低、比阻均增高;两者的胞外聚合物均呈现增高再降低趋势,且蛋白质均占EPS质量的75％以上,为主要的胞外物质。     

不同种类水生植物分解过程中溶解性有机物的释放特征

为研究水生植物分解对水体有机物污染的影响,对不同生物量(0.1、0.5、1.0 g·L⁻¹)下金鱼藻、菹草、浮萍和睡莲凋落物分解过程中溶解性有机物(dissolved organic matter, DOM)的释放特征进行了研究。结果表明,不同生物量下4种水生植物分解过程中上覆水DOM质量浓度变化趋势相似,0~15 d迅速增加,15~60 d缓慢下降直至相对稳定。有机物释放量为浮萍>睡莲>菹草>金鱼藻,DOM芳香化程度为菹草>睡莲>浮萍>金鱼藻。0~15 d,DOM以易降解的类蛋白有机物为主,此时COD释放量显著增加;30~60 d,难降解的类富里酸和类腐殖酸有机物含量逐渐增加,对COD贡献不明显。DOM质量浓度随着生物量的增加而逐渐增加。高生物量(≥0.5 g·L⁻¹)凋落物分解体系易降解的类蛋白物质(0~15 d)与难降解的类富里酸、类腐殖酸有机物(30~60 d)含量显著增加。分析发现植物凋落物生物量、种类以及凋落物分解时期可影响DOM质量浓度和特性,进而可能影响水体有机物的污染状况。因此,为避免大量植物凋落物分解造成的潜在风险,应及时控制水体中植物凋落物量。     

典型南方水源溶解性有机物荧光特性变化与去除

于2014年4-9月,研究我国一典型南方水源溶解性有机物(DOM)的荧光特性变化与去除情况,同时分析了DOM荧光组分与三氯乙醛生成势(CHFP)的相关性。结果表明,该水源DOM主要以芳香性蛋白质类物质组成,溶解性微生物代谢产物类物质、富里酸类物质和腐殖酸类物质含量逐渐增加;5个荧光区域的积分体积(ΦⅠ,n、ΦⅡ,n、ΦⅢ,n、ΦⅣ,n和ΦⅤ,n)所占总体积(ΦT,n)平均比例依次为:13.55%、27.53%、25.00%、16.02%和17.91%;原水DOM的CHFP范围为27.06~81.20μg/L,平均值为46.60μg/L,三氯乙醛(CH)前体物含量与水体中溶解性微生物代谢产物类物质相关性最好;与常规处理工艺相比,O3/BAC深度处理工艺对于溶解性微生物代谢产物类物质的去除率大幅提高,更有利于CH的控制。     

温度和紧实度对秸秆水解产酸的影响

为了解紧实度和温度对秸秆水解产酸过程的影响,以麦秸为原料,在不密封条件下,设置秸秆容重分别为0.03、0.05和0.08 t·m-3,水解温度为10、20和30℃,分析了实验过程中水解酸化液COD、SCOD、pH值、挥发性脂肪酸组成和含量的变化。结果表明：秸秆紧实度对秸秆有机物水解溶出速率影响明显,秸秆紧实度与秸秆有机物水解溶出速率成反比,与水解酸化液COD、SCOD和挥发性脂肪酸含量达到峰值的时间成正比,但在同等体积反应器内紧实度越大秸秆TS负荷越高,有利于提高水解酸化液COD、SCOD和VFAs浓度;秸秆紧实度对秸秆水解产酸产物的组成和含量影响明显,秸秆容重为0.03和0.05 t·m-3的处理水解产酸产物中乙酸占比达75%以上,丙酸、丁酸等含量较低,而秸秆容重为0.08 t·m-3的处理水解产酸产物中以丁酸和乙酸为主,为典型的丁酸型发酵,11 d后转变为丙酸型发酵;实验12 d后,不同紧实度处理水解酸化液中丙酸含量均逐渐增加;温度对秸秆有机物水解溶出的影响明显,水解酸化液COD、SCOD和pH值与温度成正比,温度高对秸秆有机物水解溶出有利,但同时也提高了可分解利用秸秆水解产酸产物的微生物活性,造成实验后期水解产酸产物大量损失。当温度为30℃时,水解产酸时间控制在5 d左右较合适,当温度为20℃时,水解产酸时间控制在2周左右较合适。     

城市污水二级出水中溶解性有机物特性分析

分别采用凝胶色谱、亲疏水性组分分离、荧光色谱等方法,研究了城市污水处理厂二级出水中溶解性有机物的分子量分布、亲疏水组分含量以及荧光光谱特性。结果表明,二级出水中疏水性组分较亲水性组分多,疏水性组分约占总有机物的64.3%,而亲水性组分占35.7%左右;二级出水及其不同亲/疏水组分中溶解性有机物分子量分布基本集中在4.5 kDa以下,其中弱疏水性组分和亲水性组分中主要为分子量小于1.5 kDa的有机物;二级出水溶解性有机物中含有腐殖酸类、富里酸类以及蛋白质类物质,其中含量以腐殖酸类为主。     

铁(Ⅱ)-炭活化过硫酸盐对剩余污泥中溶解性有机物释放的影响

通过预处理调控污泥溶解性有机物(DOM)的释放及其组分特性,对提升污泥后续厌氧消化、脱水等处理效率至关重要.为此,以Fe(Ⅱ)和活性炭活化过硫酸盐(PDS)预处理污泥,研究了不同活化PDS氧化路径下污泥DOM的释放特性及组分变化特征.结果表明,Fe(Ⅱ)活化在PDS投加量为2.7mmol·g-1时,TOC释放增量降低到...     

富集同型产乙酸菌污泥厌氧产酸

在污泥厌氧发酵产酸过程中,以富集同型产乙酸菌的污泥为研究对象,通过pH值、种泥浓度和底物浓度的变化,对发酵过程中有机酸分布和乙酸累计情况进行实验研究。实验结果表明,碱性条件有利于产乙酸菌的生长,但影响产氢产乙酸菌,尤其是丁酸降解菌的作用。产氢产乙酸菌和同型产乙酸菌的互营作用在发酵6 d后广泛存在;底物浓度过大,产氢产乙酸与同型产乙酸的互营机制受到抑制。     

基于氨氮抑制效应的污泥厌氧产酸

以高含固污泥为研究对象,采用微波协同酸预处理该污泥,然后利用鸟粪石法去除超过相应浓度的氨氮,研究不同浓度氨氮对污泥厌氧产酸的影响。结果表明：氨氮浓度超过500 mg·L-1时可以满足厌氧发酵微生物增殖生长的需要;鸟粪石法去除高含固污泥发酵液中过量的氨氮可以达到提高发酵产酸产量的目的,最高可达6 521.95 mg·L-1;半抑制浓度条件下,发酵过程中NH4+-N对厌氧发酵微生物均有不同程度的抑制,丙酸盐降解菌和异丁酸盐降解菌具有更为明显的抑制作用;未处理条件下可知随着NH4+-N浓度的上升,产氢产乙酸菌群和同型产乙酸菌群不仅受到抑制,且菌群间的互营机制可能也遭到不同程度的破坏。     

剩余污泥热水解厌氧消化中试研究

针对糖纸厂污水活性污泥法处理后剩余污泥进行热水解厌氧消化中试研究,结果表明,热水解预处理工艺能够有效改善污泥性质,SCOD与VFA分别提高5.2和7.6倍,在厌氧消化过程中随着水力停留时间(HRT)缩短,消化罐有机负荷和比沼气产率提高,在2.5 kg VS/(m3·d)、HRT=12 d条件下达到28.1 Nm3/t。整个厌氧消化过程中无过度酸化现象发生,沼气甲烷含量稳定,平均达到60%。     

不同容积负荷下有机废水发酵产酸和产乙醇特性

采用上流式厌氧污泥床(UASB)反应器,研究了反应器在不同的水力停留时间(HRT)和不同进水容积负荷(VLR)下,高浓度有机废水发酵时产酸产乙醇特性。结果表明,在厌氧反应初期,随着反应器水力停留时间的减少和进水容积负荷的增加,反应器内的pH值降低后稳定在3.81~4.55之间,氧化还原电位(ORP)一直处于波动状态。反应器发酵液中主要成分浓度随进水容积负荷的提高而变化,且乙醇的浓度一直很低。当VLR为9 kg COD/(m3·d)时,乙酸浓度最高,且最高值为961.40 mg/L,当VLR为48 kg COD/(m3·d),乙醇平均浓度升高,最大值为142.98 mg/L。在乙醇平均浓度最大时,反应器稳定的平均产氢速率为887 mL/d。反应器运行前后颗粒污表面泥都有杆状微生物存在,但具有产酸特性的污泥表面胞外聚合物含量相对较少。     

水解酸化-A2O污泥减量工艺的运行性能研究

生物处理单元采用水解酸化、多级串联接触曝气、连续流的除磷脱氮A2／O工艺,并辅以外排厌氧富磷污水侧流除磷,开发了一个新型的具有强化除磷脱氮功能的污泥减量HA—A／A—MCO工艺。用该工艺处理校园生活污水发现,在SRT60d、进水COD316～407mg／L、NH4＋-N30～40mg／L、TN35～53mg／L、TP8—12mg／L的条件下,出水COD≤18mg／L、NH4＋-N≤2．1mg／L、TN≤10．3mg／L、TP≤0．44mg／L。研究还发现,水解酸化池处理产生的VFA能有效促进生物除磷脱氮,导致厌氧释磷量达57mg／L,进入化学除磷池的侧流液量仅相当于进水量的13％;系统最主要的脱氮形式是SND和缺氧反硝化,SND脱氮占脱氮总量的50％,缺氧反硝化占26％;HA-A／A—MCO系统有效实现了生物相分离,并利用生物捕食作用获得较低的污泥产率,0．1gMLSS／gCOD。     

基于FT-ICR MS的蒸汽爆破预处理强化污泥厌氧消化的有机物分子解析

污泥预处理后有机物的释放和组成变化会直接影响厌氧消化产甲烷效率,傅里叶变换离子回旋共振质谱 (FT-ICR MS) 可以深入解析溶解性有机物 (DOM) 分子组成的变化。通过蒸汽爆破技术对污泥进行预处理,考察不同预处理条件对污泥溶解性有机物分子组成及厌氧消化的影响。研究结果表明,蒸汽爆破预处理明显提升了污泥中溶解性有机物的浓度 (最高可提升2.69倍) ,而高压短时间的预处理更为明显地提升了污泥累积甲烷产量。基于三维荧光光谱 (3D-EEM) ,预处理后污泥不同DOM组分的荧光区域积分标准体积占比发生变化,但不同实验组在厌氧消化过程中荧光区域积分标准体积占比差异并不明显。基于FT-ICR MS的分子水平分析发现,蒸汽爆破预处理后污泥DOM中可生物降解的脂肪族/蛋白质类和脂质类有机物相对占比 (质谱峰相对强度) 分别增加了3.30%和9.29%,难降解的木质素/CRAM类有机物占比下降了10.53%,DOM分子的双键当量 (DBE_w) 、氧含量 (O/C_w) 和芳香度 (AI_modw) 降低。此外,预处理增多了低O/C (0.1~0.4) 的可生物降解组分以及与微生物代谢活性有关的含硫DOM分子数量,这可能是厌氧消化产甲烷提升的原因之一。本研究结果可为识别污泥预处理过程中可生物降解和难降解有机物组分及其分子特征提供参考。