Chemical and spectroscopic characterization of organic matter during the anaerobic digestion and successive composting of pig slurry

In this work, anaerobic digestion of pig slurry and successive composting of the digestate after centrifugation were studied by means of chemical analysis, FTIR and fluorescence spectroscopy as excitation–emission matrix (EEM). Chemical analysis highlighted the organic matter transformation occurring during the processes. A decrease of volatile solids and total organic carbon were observed in the digestate with respect to the fresh pig slurry as a consequence of the consumption of sugars, proteins, amino acids and fatty acids used by microorganisms as a C source. Water Extractable Organic Matter (WEOM) was obtained for all samples and fractionated into a hydrophilic and a hydrophobic fraction. The highest WEOM value was found in the pig slurry indicating a high content of labile organic C. The digestate centrifuged and the digestate composted showed lower hydrophilic and higher hydrophobic contents because of the decrease of labile C. Total phenolic content was lower in the digestate with respect to fresh pig slurry sample (36.7%) as a consequence of phenolic compounds degradation. The strong decrease of total reducing sugars in the digestate (76.6%) as compared to pig slurry confirmed that anaerobic process proceed mainly through consumption of sugars which represent a readily available energy source for microbial activity. FTIR spectra of pig slurry showed bands indicative of proteins and carbohydrates. A drop of aliphatic structures and a decrease of polysaccharides was observed after the anaerobic process along with the increase of the peak in the aromatic region. The composted substrate showed an increase of aromatic and a relative decrease of polysaccharides. EEM spectra provided tryptophan:fulvic-like fluorescence ratios which increased from fresh substrate to digestate because of the OM decompostion. Composted substrate presented the lowest ratio due to the humification process.     

餐厨垃圾厌氧消化运行试验研究

采用猪粪厌氧消化的消化污泥为接种物,在中温(37℃)条件下,以连续进料的方式对餐厨垃圾的湿式厌氧消化进行了启动以及运行试验,监测整个实验过程中产气量、pH、VFA、碱度等能够反映厌氧消化的系统指标。结果表明:本实验中系统最佳有机负荷为2.8 kg/(m~3·d)(以VS计),超过此负荷后,依靠系统自身恢复和人工调节,pH很难恢复正常运行状态。正常运行过程中,pH稳定在7.5~8.0,VFA稳定在2 000 mg/L左右,碱度在6 000~9 000 mg/L,氨氮在1 500~2 000 mg/L,底物含水率为96%~98%。系统超负荷运行后,产气量和pH下降,VFA浓度上升,碱度、氨氮、含水率基本保持稳定。     

低强度超声波强化剩余活性污泥好氧消化的研究

污泥是城市污水处理厂的副产物,若处理不当,将会带来一系列严重的环境问题.实验采用低强度超声波对剩余活性污泥(WAS)的好氧消化过程进行强化,选取超声强度、超声时间、超声间隔3个因素设计正交实验.结果表明,经超声辐照的WAS,其好氧消化时间最短仅约为13 d,比未经超声辐照的缩短了18.00 d.对实验结果的极差分析和方差分析表明,低强度超声波强化WAS好氧消化的最佳参数为:超声强度1.0 W/cm2、超声时间10 min、超声间隔8 h.实验还研究了WAS达标前后溶解性化学需氧量(SCOD)和总化学需氧量(TCOD)的变化情况,发现在相对较短的处理时间内,经低强度超声波强化处理的WAS的TCOD降解率仍然能与对照相近甚至高于对照,主要原因是低强度超声波强化了微生物的新陈代谢,促进了其对有机物的吸收分解.     

污泥厌氧消化预处理技术综述

全球环境问题已成为国际社会关注的焦点,围绕全球气候变化,降低温室气体排放,寻求再生能源,节能减排已成为目前国际科技发展的方向。通过"十一五"污水处理厂的建设,每年污泥产量已接近3000万吨(含水率80%脱水污泥计)以上,且以每年10%的速度递增。其处理与处置是制约社会经济发展的重要问题。但是,城市污泥蕴含有大量生物质能,通过借鉴国外先进技术与经验,开发城市污泥生物质能提取和利用技术,对我国节能减排具有重要战略意义。由于细胞壁的存在,使得污泥水解成为限制厌氧消化效率的重要瓶颈,而污泥强化预处理可有效提高污泥细胞壁的破坏,溶出胞内有机物,最大化回收剩余污泥中的有机能源。目前,预处理技术较多,如超声波预处理、热处理、微波预处理、碱解处理、臭氧预处理等,本文从物理、化学等角度分析了不同预处理对厌氧消化技术的影响。     

水和废水中化学需氧量测定方法的改进研究

在水的CODcr测定中,将30 ml回流量确定为常规检测回流量,可节省浓硫酸和硫酸银用量50%;将消解回流时间从120 min缩短为30 min,已满足对地表水和各类废水中CODcr的准确测定,可节省水电费用75%以上,含氯水样中Cl-的掩蔽研究表明:按国标法用10倍Cl-重量的HgSO4 掩蔽Cl-,加标(CODcr =100 mg/L)回收率为110%~120%左右,用30~40倍Cl -重量的HgSO4 掩蔽Cl-,加标回收率为100%左右,对HgSO4 掩蔽Cl-的条件和机理作了适当探讨.另外,采用加入H2 SO4-后加入HgSO4 的方法可减少HgSO4 的耗用量70%以上.     

一种厌氧微观定量研究新方法

厌氧消化由于低成本和能源回收等优点越来越引起广泛关注.为克服现有方法研究动态厌氧过程的不足,基于微反应器和定量图像分析技术开发出一种新型的污泥层面的微观定量方法.试验首次展示了静态下颗粒污泥产气的动态过程和特点.试验结果重复性好.静态产气可分为3个阶段,分别是高速线性增加阶段、减速增加阶段和低速线性增加阶段.初始有机负荷较高时,高速线性增加阶段比较长,产气速率也比较高.结果表明,微反应器中进行厌氧产甲烷过程是可行的,该方法可靠,能够在微观层面直观地展示厌氧反应的动态过程,研究结果有利于增进对厌氧过程理解.     

ABR处理硫酸盐有机废水的相分离特性研究

为了考察厌氧折流板反应器(ABR)处理含硫酸盐有机废水的相分离特性,采用有效容积为32L的五隔室ABR,通过为期132d的启动试验,研究了启动运行过程中各隔室COD和SO24-降解情况、VFA和S2-分布规律及颗粒污泥微生物相变化状况.结果表明,采用低负荷低增幅方式启动,在132d内成功启动ABR并达到稳定,COD和SO24-的负荷分别由1.5kg·(m3·d)-1逐渐提高到3.3kg·(m3·d-1)和由0.07kg·(m3·d-1)逐渐提高到0.18kg·(m3·d-1),COD和SO24-的去除率分别为95%和85%左右.各隔室COD沿程呈递减趋势,其去除主要由第1、4、5隔室完成,SO42-的去除主要由前面三隔室承担,前面三隔室的VFA和S2-浓度较高,到最后两隔室则急剧降低;随负荷的增加,承担COD及SO42-主要去除作用的隔室后移,前面三隔室的VFA和S2-最高点及最后两隔室的VFA和S2-的急剧降低位置也后移;各隔室的微生物经长期运行驯化后表现出良好的种群配合和高度的特异性,具有明显的产酸相与产甲烷相、硫酸盐还原相与硫单质生成相的分离特征.     

从废水中回收沼气能及氢能与电能

厌氧发酵制沼气、厌氧发酵制氢和微生物燃料电池技术是利用微生物在废水处理的同时回收能源的三种主要方式。文章结合相关研究现状,介绍了这三种技术的基本原理及其在废水处理领域的发展状况和展望,并对三种生物能源进行了比较。     

剩余污泥中木质纤维素稳定并转化能源可行性分析

剩余污泥中往往含有大量木质纤维素物质,在厌氧消化过程中难以降解,最终被浓缩于熟污泥中,这就是导致污泥有机物稳定并转化能源效率低下的主要原因之一.本文分析了剩余污泥中木质纤维素的含量与来源;阐述了木质纤维素的结构特点以及对其生物降解的关键技术所在;揭示了污泥常规预处理与木质纤维素预处理存在工艺条件不同的相似技术.文章结合两种预处理技术的特点和工艺条件,从原理、技术等角度分析了通过强化剩余污泥预处理而同时达到破解木质纤维素的技术思路.为此,提出了将污泥细胞破碎与木质纤维素破解耦合的观点,以期将污泥中木质纤维素的稳定与能源转化合二为一,从而构建木质纤维素稳定化、能源化与碳减排三位一体的技术策略     

水热+厌氧消化对污泥碳、氮、磷溶出的影响

研究了水热预处理和厌氧消化联合作用时温度对污泥中碳、氮、磷溶出的影响。结果表明:水热处理温度越高越有利于污泥中碳氮磷的溶出,当水热温度为200 ℃时,SCODCr的溶出率较原泥提高了5.9倍;氨氮和总氮的溶出率分别提高了7.2和8.7倍;磷酸根和总磷的溶出率分别提高了0.2和6.1倍。厌氧消化后污泥中碳磷浓度下降,而氮浓度上升。厌氧消化后累积产气量与水热温度有关:当温度为160 ℃时,最大累积产甲烷量为12 223 L/mg-CO D C H 4 (以每mg COD的产甲烷量计),较原泥提高了14.5倍。根据试验结果,提出了从水热和厌氧消化污泥中回收氮磷的策略,即水热处理污泥后可在污泥清液中投加镁源进行磷的回收,厌氧消化中溶出的氮可通过加入吸附材料进行吸附回收。在污泥中氮磷资源回收的同时,可通过水热过程提高污泥厌氧过程中累积产甲烷量。