自生动态膜分离厌氧产酸污泥效果与特征研究

采用自生生物动态膜(SFDM)分离高浓度发酵产酸污泥(非牛顿流体),研究了自生动态膜对发酵污泥中发酵底物的截留及挥发性脂肪酸(VFAs)的选择透过性效果,考察了自生生物动态膜阻力构成和膜污染层成分.结果表明:自生动态膜在运行3d后,出水悬浮性固体(SS)基本保持在1.5g/L以下,多糖截留率为40%,蛋白质截留率为75%;运行5d时,溶解性化学需氧量(SCOD)截留率稳定在45%左右,可以稳定截留分子量较大的物质;VFAs的截留率仅维持在3%左右,可以选择性透过动态膜.自生动态膜运行阻力主要来自动态膜层,粘附在膜面的胞外蛋白质是主要膜污染贡献物质.     

有机负荷调控对餐厨垃圾高温固态发酵全过程影响

为提高餐厨垃圾沼气工程能源利用效率.本试验采用全混合式连续发酵,通过调控餐厨垃圾高温厌氧发酵过程中OLR变化,探究OLR为0.7、1.2、4.4 kg·m^-3·d^-1下产气性能、pH、SCOD和VFAs等参数变化.结果表明,反应器能在0.7 kg·m^-3·d^-1下低负荷启动,此阶段产气性能较差,VFAs浓度受正丁酸含量增长缓慢上升,但仍处于低浓度范围.OLR提升至1.2 kg·m^-3·d^-1,正丁酸分解成乙酸速率加快,乙酸浓度比0.7 kg·m^-3·d^-1阶段增长17.36%,发酵液中VFAs积累导致系统酸化抑制产甲烷菌产气性能,外加碱溶液无法调控酸碱平衡.OLR为4.4 kg·m^-3·d^-1时,VFAs浓度增长趋于平稳,调节pH至6.7以上反应器稳定运行.随着产甲烷菌活性恢复,沼气产量维持在25 L·d^-1左右,VFAs浓度快速下降并稳定在19.68~21.30 g·L^-1之间.实际沼气工程可控制OLR在0.7 kg·m^-3·d^-1下启动,待发酵系统稳定运行后增加OLR至4.4 kg·m^-3·d^-1同时调节pH到6.7以上,可以达到最佳产沼气工艺.而维持OLR在1.2 kg·m^-3·d^-1更适合获得高浓度VFAs.     

Start-up performances of dry anaerobic mesophilic and thermophilic digestions of organic solid wastes

Two dry anaerobic digestions of organic solid wastes were conducted for 6 weeks in a lab-scale batch experiment for investigating the start-up performances under mesophilic and thermophilic conditions. The enzymatic activities, i.e., β-glucosidase, N-α-benzoyl-Largininamide （BAA）-hydrolysing protease, urease and phosphatase activities were analysed. The BAA-hydrolysing protease activity during the first 2-3 weeks was low with low pH, but was enhanced later with the pH increase. β-Glucosidase activity showed the lowest values in weeks 1-2, and recovered with the increase of BAA-hydrolysing protease activity. Acetic acid dominated most of the total VFAs in thermophilic digestion, while propionate and butyrate dominated in mesophilic digestion. Thermophilic digestion was confirmed more feasible for achieving better performance against misbalance, especially during the start-up period in a dry anaerobic digestion process.     

酸碱性调节对初沉污泥氮磷和有机质释放的影响

在调节pH值分别为3.0和10.0的条件下,与pH值保持原状相对比,研究了15～20℃下初沉污泥水解酸化过程中氨氮、磷酸盐和溶解性COD(SCOD)、碳水化合物、蛋白质和挥发性脂肪酸(VFAs)等有机质组分的释放。结果表明,强酸条件,特别是强碱会抑制氨氮的释放,试验周期结束时,碱性条件氨氮的释放量为1.28 mg/g TS,远小于对比试验(6.97 mg/g TS);磷酸盐的释放量表现为酸性>碱性>对比试验,反应至第4天时各条件下的释放量即趋于稳定,分别为2.47 mg/g TS、1.23 mg/g TS和1.18 mg/g TS;碱性条件下,各有机质组分的释放量大于其他条件,其中总VFAs波动较大,在第8天左右的产生量接近最大值,为201.59 mg COD/g VS,且以乙酸为主,其余组分在较短的时间里接近或达到最大值后保持相对稳定。     

Parameters affecting the stability of the digestate from a two-stage anaerobic process treating the organic fraction of municipal solid waste

This paper focused on the factors affecting the respiration rate of the digestate taken from a continuous anaerobic two-stage process treating the organic fraction of municipal solid waste (OFMSW). The process involved a hydrolytic reactor (HR) that produced a leachate fed to a submerged anaerobic membrane bioreactor (SAMBR). It was found that a volatile solids (VS) removal in the range 40-75% and an operating temperature in the HR between 21 and 35 °C resulted in digestates with similar respiration rates, with all digestates requiring 17 days of aeration before satisfying the British Standard Institution stability threshold of 16 mg CO₂ g VS⁻¹ day⁻¹. Sanitization of the digestate at 65 °C for 7 days allowed a mature digestate to be obtained. At 4 g VS L⁻¹ d⁻¹ and Solid Retention Times (SRT) greater than 70 days, all the digestates emitted CO₂ at a rate lower than 25 mg CO₂ g VS⁻¹ d⁻¹ after 3 days of aeration, while at SRT lower than 20 days all the digestates displayed a respiration rate greater than 25 mg CO₂ g VS⁻¹ d⁻¹. The compliance criteria for Class I digestate set by the European Commission (EC) and British Standard Institution (BSI) could not be met because of nickel and chromium contamination, which was probably due to attrition of the stainless steel stirrer in the HR.     

剩余污泥超声预处理后水解酸化特性

为探讨剩余污泥超声预处理后的水解酸化特性,考察了0.6 W/mL、5 min和1 W/mL、5 min 2种超声预处理条件下污泥水解酸化过程有机质、氮、磷的释放情况。实验结果表明,2种超声预处理均可促进污泥水解酸化,并且0.6 W/mL比1 W/mL的超声预处理更有利于SCOD的释放、VFAs的产生以及氮和磷的释放;水解酸化初期,超声预处理比未经超声预处理的污泥在有机质、氮、磷释放率上差异非常明显,随着水解酸化的进行,有机质和氮释放率差异仍很明显,而磷释放程度逐渐接近;经0.6 W/mL超声预处理,污泥水解酸化3 d后,SCOD释放率、VFAs浓度、TN释放率和NH4+-N释放率分别是未经处理污泥的1.85、2.63、1.85和1.41倍,而TP和PO43--P释放率较未经处理污泥仅分别多2.44和1.23个百分点。研究表明,控制适宜的声能密度、超声时间和水解酸化进程是超声预处理强化剩余污泥水解酸化效果的关键。     

超声处理与碱性调节的组合强化低挥发分城市污泥水解酸化

为提高低挥发分城市污泥水解酸化的效率,采用超声处理与碱性调节组合的手段强化水解酸化过程,探讨组合的方式、条件及其作用效果。通过先进行碱性调节再超声处理与先超声处理再进行碱性调节2种组合方式下的6种组合条件,分析水解酸化过程SCOD、VFAs、氮、磷的变化情况。实验结果表明,2种组合方式的各条件均可促进污泥水解酸化;超声处理后即调pH为9.5的组合条件较其他组合条件更有利于有机质的转化和VFAs的产生,SCOD的转化率达到20.46%,VSS可降低约40%,在5 d水解酸化过程中污泥水解酸化液HAc/VFAs均高于50%,VFAs最高达1 072.51 mg/L;而各组合条件对水解酸化过程中氮磷的释放影响不大。研究指出,超声处理后即进行碱性调节的组合条件能显著强化低挥发分城市污泥的水解酸化效果。     

稻秆负荷与pH对稻秆厌氧发酵产酸系统启动过程的影响

为探讨稻秆负荷（即稻秆VS/污泥VSS）与发酵pH对稻秆厌氧发酵产酸系统启动过程产挥发性脂肪酸（VFAs）效果的影响,利用厌氧搅拌罐反应系统考察在不同的稻秆负荷（0.556、0.945、1.334和1.724 g/g）和不同的发酵pH（8.0、9.0和10.0）启动运行条件下的产酸性能,并分析了系统启动过程产酸与稻秆主要成分降解之间的关系。实验结果表明,VFAs浓度随稻秆负荷提高而增大,随发酵pH的升高而降低;发酵18 d时,发酵pH为9.0时,稻秆负荷1.334 g/g的产酸效果最好,VFAs浓度与稻秆产酸量分别为4 385.10 mg/L和2.19 gVFAs/g稻秆,此时半纤维素、纤维素和酸性洗涤木质素降解率分别为32.69%、22.53%和6.40%;稻秆负荷为0.945 g/g条件下,VFAs浓度在pH为8.0时达到最高值4 409.51 mg/L,此时稻秆降解量也最多,半纤维素、纤维素和酸性洗涤木质素降解率分别为28.60%、47.32%和22.69%。研究表明,稻秆负荷与发酵pH通过影响稻秆半纤维素、纤维素和木质素的降解影响稻秆厌氧发酵产酸的进程和效果。     

温度对木质纤维素水解与挥发性脂肪酸累积的影响

木质纤维素厌氧消化过程产生的挥发性脂肪酸（VFAs）可作为外加碳源投加到人工湿地,解决人工湿地反硝化碳源不足的问题,但温度对木质纤维素厌氧消化生产VFAs过程的影响还有待深入探明。考察上述木质纤维素厌氧消化过程中有机碳源、糖与VFAs的变化规律,试图探明温度（10-55℃）对木质纤维素水解与VFAs累积的影响。研究结果表明,温度升高对木质纤维素的水解具有促进作用,对VFAs产量的影响显著。35℃时是生物质发酵产酸的最优条件,VFAs累积量不仅最早（第10天）达到最高值154mgCOD／g生物质,而且碳源的数量和品质均达到较高的水平。     

利用皂角粉促进污泥水解酸化

针对目前投加常用表面活性剂促进污泥水解酸化的方法存在二次污染与负面效应等问题,提出利用皂角粉促进污泥水解酸化的新方法,考察皂角粉投加量对促进污泥水解酸化效果的影响,分析发酵过程皂角粉与污泥混合体系VSS的变化情况。实验结果表明,投加皂角粉可有效地促进污泥水解酸化,水解酸化液中SCOD、DOC和ThODVFAs浓度均随皂角粉投加量增大而增大,皂角粉投加量/体系中污泥VSS质量为0.20 g·g-1的条件下,污泥水解酸化5 d时,三者分别达到最高值3 724.7、1 485.3和2 044.7 mg·L-1,分别约为不加皂角粉对照组的3倍、4倍和10倍;控制相同的初始体系VSS,改变不同体系中皂角粉占体系VSS的比例,发酵过程中不同体系的ThODVFAs含量相近。消耗相同的体系VSS时,VFAs生成量随体系中皂角粉所占比例的增大而减小,皂角粉作为表面活性剂的作用要远高于作为代谢基质的作用。研究表明,皂角粉是一种经济的环境友好的可用于促进污泥水解酸化的天然表面活性剂。