城市生活垃圾和污水处理厂剩余污泥混合发酵的原料配比优化研究

以城市生活垃圾和污水处理厂的剩余污泥为混合原料,研究了混合原料的不同配比对厌氧发酵过程及产气的影响。结果表明:城市生活垃圾与剩余污泥以挥发性固体(VS)质量比为2∶1混合后,厌氧发酵效果最好,累计产气量最高,达到8 721mL,发酵后的总固体(TS)、VS、COD去除率分别达43.65%、35.98%、47.88%;各实验组在发酵过程中的pH、氨氮浓度和碱度均在合理范围内,未对厌氧发酵反应造成影响;以适当配比的城市生活垃圾和剩余污泥为混合原料,进行中温联合厌氧发酵是可行的,联合厌氧发酵可以弥补单一原料的缺陷,在一定程度上改善厌氧发酵效果。     

固相餐厨垃圾厌氧发酵特性

为了研究固相餐厨垃圾厌氧发酵产甲烷特性,对固相餐厨垃圾进行批式厌氧发酵实验,主要考察了pH、VFA、COD以及纤维素酶活的变化情况,并运用修正Gompertz模型对其产气模型进行动力学拟合.实验结果表明,缓冲溶液的添加可明显促进厌氧发酵产甲烷.在添加缓冲溶液条件下,污泥与餐厨垃圾比例为2∶1,1∶1,2∶3和1∶2时,餐厨垃圾都能很好地进行厌氧发酵产甲烷,最大产甲烷产量分别为594.66、449.74、392.93和333.36 mL/g TS.采用修正Gompertz模型分别对2∶1、1∶1、2∶3和1∶2实验组产甲烷曲线进行拟合,得到产甲烷潜力分别为567.57、437.89、381.12和305.60 mL/g TS,最大产甲烷速率分别为89.38、59.81、47.26和25.80 mL/(d·g VS).对厌氧发酵过程中纤维素酶活的变化进行了研究,结果表明,CMC酶活性在提高餐厨垃圾厌氧发酵过程中纤维素的降解起重要作用.     

污泥预处理强化厌氧水解与产甲烷实验研究

污泥传统厌氧消化因水解瓶颈而导致有机物转化甲烷产率低下.选择适当工况对污泥实施预处理可同时实现对污泥中木质纤维素破稳和污泥微生物细胞破壁,从而释放出较多溶解性COD(SCOD),使有机物水解变得容易进行,最终导致甲烷产率大幅提高.本研究通过热水解(T=150℃,t=30 min)、超声波(P =500 W,t=2 h)、碱解(pH =13,t=2h)和酸解(pH =2,t=2 h)等4种预处理方式对原污泥实施最优工况预处理,分别获得了50.9％、39.1％、31.0％和22.4％的COD溶出率.对预处理后污泥进行传统条件下(SRT =20 d)厌氧消化,分别获得了53.6％、40％、26.8％和24％的甲烷产率(mL/g VSS)增量.同时,预处理后污泥中木质纤维素类物质降解率亦大大增加.缩短SRT(10 d)会导致传统厌氧消化甲烷产率急剧减少,但是,污泥预处理却非常有利于甲烷产率的提高,因此可通过外在预处理方式来逾越内在厌氧水解的瓶颈.     

好氧硝化颗粒污泥的培养及其性能

为考察不同接种污泥培养好氧硝化颗粒污泥的可行性,分别采用絮状活性污泥和厌氧颗粒污泥作为接种污泥,在气升内循环序批式反应器(SBAR)中进行好氧硝化颗粒污泥的培养,探讨不同性质的种泥对好氧硝化颗粒污泥的培养及其性能影响.结果表明,以絮状活性污泥、厌氧颗粒污泥为接种污泥均可培养出好氧硝化颗粒污泥,其颗粒成熟时间分别为62和80 d,SVI为25.52和27.68 mL/g,氨氮去除率为93.15％和75.43％,COD去除率在90％以上,SOUR、Zeta和EPS显著提高,微生物活性及疏水性能增强,以絮状活性污泥培养的好氧硝化颗粒污泥性能更优.     

热处理时间对餐厨垃圾高温干式厌氧发酵的影响

餐厨垃圾中有机物大部分以大分子的形式存在,对其进行热处理,破坏大分子有机物的存在形式,将会影响其干式厌氧发酵的过程。实验对餐厨垃圾进行了热处理(100℃),处理后将其在含固率(TS)20%、接种率25%的条件下进行高温55℃厌氧发酵。实验结果表明,热处理后,餐厨垃圾的理化性质发生显著变化,累计产气量、TS和VS的去除率均增大。当热处理时间为15 min时,餐厨垃圾的SCOD值最高,为59.49 g/L,比未处理时提高了3.3倍。同样该条件下,累计产气量也最高,为2 782.8 m L,与未处理相比累积产气量提高58.30%,第二产气高峰比未处理提前3天。各发酵瓶发酵前后TS、VS去除率的变化趋势与累计产气量的变化基本一致,累计产气量越大,TS、VS的去除率越大。     

甲苯对UASB反应器中溶解性微生物产物的影响

以乙酸钠为外加碳源,考察了UASB反应器内甲苯对可溶性微生物产物（SMP）的影响。实验结果表明：低质量浓度（20~70 mg/L）的甲苯对微生物有刺激作用,使得污泥增殖速率变小,SMP的质量浓度也逐渐减少,经过一段时间的驯化后,系统COD和TOC的去除率分别达到93%和94%以上,下降趋势较小;较高质量浓度（70~200 mg/L）的甲苯对微生物有抑制作用,污泥活性下降,反应器运行状况开始恶化,SMP的质量浓度也逐渐增大,经过一段时间的驯化后,系统COD和TOC的去除率分别维持在81%和83%以上;当甲苯质量浓度超过200 mg/L时,表现为污泥活性严重下降,对COD的去除效果极差。     

厌氧系统中碱处理对污泥减量的影响

碱解预处理污泥和原污泥按一定比例进行混合后,投入厌氧反应器中进行消化,研究其对污泥减量化的影响。结果表明,该处理既可以提高污泥减量率,又能改善污泥厌氧消化性能,提高污泥产气量。当碱处理污泥和原污泥混合比为1∶3时,在混合初期由于稀释作用和水解中和作用,溶液的pH能迅速恢复到中性。SS减少48%,较对照组提高了10%;SCOD减少约80%,较对照组提高20%,而空白对照组因未发生溶胞作用,各参数值均处于较低水平,降解率也维持在较低水平。     

干式厌氧消化过程挥发酸对硫酸盐还原菌的影响

在牛粪干式厌氧消化过程中,通过添加不同挥发酸(乙酸、丙酸、丁酸),考察消化稳定阶段,挥发性脂肪酸的分布特征,挥发性脂肪酸酸组成变化对硫酸盐还原菌(SRB)的影响,微生物种群组成和种群间关系。实验结果表明,挥发性脂肪酸对SRB还原速率的贡献依次为:丙酸丁酸乙酸。相比乙酸和丁酸,添加一定量的丙酸,更有利于激活SRB的活性,从而加强SRB与产甲烷菌(MB)的种间协同,保证厌氧系统的稳定运行。     

5种植物材料的水解释碳性能及反硝化效率

碳源在硝酸盐去除过程中起电子供体的作用,是生物反硝化反应的关键物质之一。为解决污水处理脱氮时碳源不足抑制反硝化反应造成脱氮效率低的问题,本研究选取风车草、甘蔗渣、芦竹、美人蕉和稻草秆5种植物材料作为反硝化碳源,探讨不同植物材料的水解释碳能力和释放规律;并进一步以其水解液作为外加碳源,探讨其对反硝化脱氮效率的影响。研究结果表明,植物材料水解释碳过程符合二级动力学反应规律,不同植物材料的释碳能力具有显著性差异,以甘蔗渣在固液比1∶80时COD释放当量最大,为45.45 mg/L;添加植物水解液可显著提高反硝化脱氮效率,以芦竹水解液脱氮效果最好,达到71.9%。此外,碳氮比是影响脱氮效率的重要因素之一,以碳氮比为9时反硝化脱氮效果最佳。     

利用白云石石灰去除与回收污泥厌氧消化液中氮和磷

以白云石石灰为实验材料去除与回收污泥厌氧消化液中的氮磷,通过小试实验研究不同投药固液比S/L、初始pH值、反应温度、搅拌速度及反应时间对去除与回收氮磷效果的影响。实验结果表明,在最佳投药固液比S/L为300mg/L,最佳初始pH值范围为8.5~9.5,反应温度为25.0℃,搅拌速度为150 r/min,反应时间为24 h条件下,氨氮(NH+4-N)和磷(PO3-4-P)的去除率分别为37.26%和89.60%。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)对沉淀产物进行了表征,通过分析可知沉淀产物中含有磷酸铵镁(MAP),可实现废水中氮磷经济有效的回收。