高含固污泥厌氧消化中甲硫氨酸分解抑制特性

高含固污泥热水解厌氧消化条件下,沼气中硫化氢体积分数较常规含固率污泥厌氧消化低。沼气中硫化氢主要来源于污泥中含硫氨基酸的降解,而硫化氢体积分数下降与甲硫氨酸分解抑制相关。在测定高含固厌氧消化过程中含硫氨基酸分解中间产物分布的基础上,以甲硫氨酸为基质对高含固厌氧消化污泥进行富集,分析富集后微生物种群结构特性及甲硫氨酸分解过程中挥发性有机硫分布,探讨高含固厌氧消化环境对甲硫氨酸分解过程的抑制特性。结果显示:高含固厌氧消化环境下,甲硫氨酸厌氧分解含硫产物包括甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫和硫化氢。常规含固率及高含固率环境下,甲硫氨酸分解批次试验中硫化氢积累体积分数分别约为2417×10^(-6)和1418×10^(-6),表明高含固厌氧消化过程中硫化氢生成量下降可能由甲硫氨酸厌氧分解时中间产物积累导致。高含固污泥采用甲硫氨酸富集培养时,结果显示Pseudomonas相对丰度为26%,分解产物包括氨氮、甲硫醇和二甲二硫等。其中,二甲二硫先于甲硫醇达峰值,体积分数分别约为267.7×10^(-6)和164.9×10^(-6),推测反应前期甲硫醇快速转化为二甲二硫,后期速率减慢,甲硫醇开始累积。当氨氮质量浓度增至4000 mg/L时,二甲二硫生成速率降低16.79%,表明高含固系统的高氨氮环境可抑制甲硫氨酸分解产生二甲二硫。

热水解高含固污泥的有机物分布及厌氧消化特性

以热水解后高含固污泥及其脱水后固、液分离产物为对象进行厌氧消化试验,通过生物化学甲烷势(BMP)及脱水性能测定,研究其产气量、有机物分布、污泥脱水性能及生物质能转化特性,评估高含固污泥热水解-脱水-脱水液厌氧消化工艺的可行性.结果表明,经热水解预处理的高含固污泥进行厌氧消化后,其毛细吸收时间(CST)及脱水泥饼含水率由247.5±0.9 s和71.1%±1.3%上升至568.0±1.6 s和80.7%±1.0%,即厌氧消化会导致热水解后污泥脱水性能下降.污泥中74.0%的有机物在水热预处理之后被转移至液相,是厌氧消化所产沼气的主要来源.物质能量衡算结果表明,高含固污泥采用热水解-脱水-脱水液厌氧消化工艺可以有效地将消化装置容积大大减少;沼气燃烧所产能量实现该工艺能量自给自足.

预处理条件对高含固污泥热水解有机物组分转化的影响

以城市污水处理厂含固率为10%的剩余污泥为研究对象,探讨了不同热水解预处理条件对水解效率及有机物组分的影响。结果表明,热水解温度和时间对剩余污泥水解有显著影响,COD及VSS水解率在热水解温度为160℃、时间为120 min时达到44.1%及46.9%。剩余污泥水解液的主要基团为COO—、NH3＋、NH2＋、O—H、CH3、CH2,芳香族物质可随着热水解温度和时间的进一步增加逐渐被水解。在160～180℃、60～90 min的热水解条件下,污泥中蛋白质、碳水化合物基团吸收峰峰面积最小且有机物水解效率最高。

高含固污泥厌氧消化处理技术研究进展

对于含固污泥厌氧消化技术存在的主要问题,如传质效率低、氨抑制等,进行了归纳总结,并针对这些问题阐述了处理技术,以期为高含固污泥厌氧消化技术的进一步研究提供思路。

高温热水解对高含固污泥中磷的形态转化影响

通过正交实验、单因素温度影响实验,利用SMT磷分级提取法研究了高温热水解后高含固污泥中磷的形态转化.结果表明,120℃~160℃的高温热水解可以将高含固污泥中14.80%以上的有机磷转化为无机磷,影响因素对无机磷/总磷的影响大小顺序为:热水解温度>热水解时间>氧化剂含量>pH值,随着温度的升高,高含固污泥中无机磷/总磷也从79.13%增加至95.87%;当热水解温度为160℃、时间为40min时,高含固污泥中无机磷含量由原泥的18.30mg/g增至20.49mg/g,无机磷/总磷由80.83%增至96.97%.结果为实现污泥中磷的回收利用奠定基础,同时为"高温热水解+高含固厌氧消化"工艺的优化提供新思路.

高含固污泥临界剪切应力影响因素的研究

为了进一步研究高含固污泥的流变特性,根据污泥含固率rTS选择改进的Herschel-Bulkley流变模型,以模拟污泥在反应器中的合理流动,并对污泥种类、含固率、剪切速率范围、温度对高含固污泥流变曲线中临界应力的影响进行了实验研究。实验中采用含固率rTS为5.2%~15.8%的厌氧消化污泥,在0.01~1 000s-1的剪切速率范围内进行稳态流变特性的测试。结果表明:当rTS<8.8%时,流变曲线符合Herschel-Bulkley模型;当rTS>8.8%时,流变曲线在1~10s-1内出现临界剪切应力,符合改进的Herschel-Bulkley模型;临界剪切应力与污泥含固率、剪切速率范围有关,与污泥的种类、成分组成、测试温度以及厌氧消化时间无关;临界剪切应力对应的临界剪切速率6)γc与含固率之间呈线性关系。该结果可为污泥物理化学性质研究提供一定的参考。

外加蛋白酶预处理改善高含固污泥消化性能研究

以污水处理厂贮泥池污泥为研究对象,通过投加α-中性蛋白酶预处理实验,考察不同蛋白酶投加量下污泥有机质溶出效果及絮体结构破解情况。结果显示,蛋白酶投加量由0.03 g/g-TS增至0.12 g/g-TS时污泥上清液溶解性多糖、蛋白质、SCOD和NH_(3)-N含量均呈现先显著增加后趋于稳定或略下降的变化趋势,污泥pH保持稳定;当蛋白酶投加量为0.09 g/g-TS时,污泥上清液多糖、蛋白质含量均最高,比原污泥分别增加了193.73%、180.64%,此时SCOD、NH_(3)-N比原污泥分别增加了215.98%、43.38%,污泥破解效果较好。此外,蛋白酶处理后污泥中富里酸类物质及芳香族类蛋白质明显减少,微生物絮体结构也得到一定的破解。

卧式厌氧消化反应器处理高含固污泥的特性研究

采用容积为200L的卧式厌氧消化反应器(以下简称卧式反应器),对高含固污泥(总固体(TS)≥10%(质量分数))的厌氧消化特性进行研究。通过序批运行、低负荷半连续运行、提负荷半连续运行逐步提高污泥TS从10.09%至12.58%,并对污泥颗粒的运动轨迹进行了计算机流体力学(CFD)模拟。结果表明,序批运行阶段污泥水解酸化特征显著;在低负荷半连续运行阶段,沼气产率平稳上升,在提负荷半连续运行阶段,沼气产率稳定在(0.359 2±0.011 0)m^3/(m^3·d),挥发性固体(VS)降解率稳定在22.05%±0.52%,高含固污泥在卧式反应器中厌氧消化产气性和稳定性良好。CFD模拟结果显示,污泥颗粒在卧式反应器中得到充分混合,卧式反应器运行稳定后,污泥厌氧消化剩余能量可达2.42MJ/(m^3·d),经济效益明显,具备良好的应用前景。

超声联合热碱破解高含固污泥的理化性质变化

为了进一步提高能量利用效率,在前期研究的基础上,采用超声和热碱同步处理方法,在超声能量[以总固体(TS)计]9 551 kJ·kg^(-1)、温度73℃和加碱量(以TS计)0.085 g·g^(-1)处理条件下,研究不同含固率污泥预处理后有机质释放情况及规律。结果表明,含固率w为3%、5%、10%和15%的污泥经预处理后平均粒径分别降低40.14%、58.01%、93.63%和17.46%;含固率10%的污泥预处理后粒径分布中累计体积占10%、50%和90%所对应的粒径值(dp10、dp50和dp90)分别较未处理污泥降低88.38%、93.85%和96.74%。在有机物浓度变化方面,破解后污泥溶解性化学需氧量(SCOD)增量随含固率的增加而上升,而污泥破解度变化趋势则相反,含固率3%的污泥破解度最高达50.3%。在有机物组分方面,含固率10%的污泥预处理后溶解性蛋白质和多糖浓度增量最高,且可降解有机质占溶解性有机质比例最高,达88.94%。以上结论表明,在破解高浓度污泥方面,超声联合热碱处理工艺亦有较好的应用前景。

高含固污泥水热预处理中碳、氮、磷、硫转化规律

以城市污水处理厂脱水污泥为对象,探讨其在165℃下经50 min水热预处理的碳、氮、磷、硫转化规律.结果表明,水热预处理可有效水解污泥中有机组分,VSS水解率达43.35%.碳、氮、磷、硫在水热预处理过程中表现出不同的转化规律,蛋白质和碳水化合物的水解率分别为54.36%和65.12%,溶解态有机物的主要组分为溶解态蛋白质(52.18%);不溶态有机氮的水解率54.23%,氨氮占溶解态凯氏氮的22.13%,水解液中的氮主要以有机氮形式存在;总磷水解率为30.52%,磷酸盐占溶解态总磷的79.84%,说明在水热预处理过程中聚磷酸盐在聚磷菌细胞破碎后极易被水解为磷酸盐;总硫水解率为50.03%,硫化物占溶解态总硫的0.50%,而有机硫很难水解为硫化物.通过水热预处理后物质转化及组分分析,旨在为高含固污泥有效处理提供一定的理论参考.

温度对热水解预处理高含固污泥特性的影响

以含固率为10%的污泥为对象,研究不同温度和时间条件下热水解过程中有机物转化规律对污泥特性的影响。结果表明：随着热水解时间的延长和温度的升高,污泥中挥发性悬浮固体（VSS）的水解率逐渐升高。在热水解时间为20 min时,温度由150℃升高到180℃,VSS水解率由22.9%增至38.4%,污泥中VSS由46.28 g/L降低到40.63 g/L。水解液组分分析表明,溶解性化学需氧量（SCOD）主要组成为蛋白质（50%）、碳水化合物（15%~20%）、可挥发性脂肪酸（15%~20%）。水解液中氮主要以有机氮的形式存在。在热水解条件达到165℃、50 min时,氨氮浓度为1.16 g/L,之后,随着温度的升高和时间的延长,氨氮浓度基本不变。

高含固污泥在热水解-厌氧消化工艺中的流变特性分析

对热水解-中温厌氧消化联合工艺中的高含固率调配污泥、热水解污泥和消化污泥的流变特性进行分析,考察了3种污泥的黏度、屈服应力和触变性等流变特征指标在不同工艺中的变化规律,并讨论了TSS对污泥流变特性的影响。结果表明:调配污泥、热水解污泥和消化污泥均为假塑性非牛顿流体,都可用Herschel-Bulkley模型进行描述;极限黏度与TSS之间呈指数关系;屈服应力在TSS高于7.3%时增长趋势加剧,流动性变差;热水解污泥和消化污泥的触变性与调配污泥相比降低50%以上,使用触变性动力学系数K来表征污泥的触变性较滞后环更适宜。

高含固污泥厌氧消化中Fe/S及pH对原位抑硫效率影响及其交互作用

以城市污水处理厂高含固污泥为对象,分别进行了连续厌氧消化抑硫试验和消化污泥Fe(Ⅲ)投加抑硫试验,探讨不同Fe/S(摩尔比)对污泥厌氧消化中溶解态硫化物去除效率的影响以及Fe(Ⅲ)与pH的交互作用.结果表明,热水解污泥厌氧消化采用原位抑硫技术,在Fe/S(摩尔比)为7.75时沼气中H_2S含量可由170.4×10^(-6)降至14.09×10^(-6),无需进行后续处理;当pH为7.00~7.50、Fe/S为1~11时,pH为原位抑硫主要显著影响因子,提高消化池pH有利于降低Fe(Ⅲ)投加量;高含固污泥厌氧消化沼气满足H_2S利用标准时,所需最低Fe/S为7.0;当消化池pH低于7.30时,将无法通过调节Fe/S实现H_2S浓度达标排放.

不同温度水热处理对高含固污泥有机物转化及组分的影响

以城市污水处理厂的高含固污泥为研究对象,探讨其在不同水热预处理温度条件下,污泥中有机物水解效果及组分构成的变化情况。结果表明:在不同的水热预处理温度下(140、170、200、230和260℃),均可有效地水解污泥中有机物;在温度170℃的条件下预处理30 min,水解后的污泥中,SCOD、溶解性蛋白质和溶解性碳水化合物浓度均达到最高,分别为40.71、20.56和9.10 g·L^-1。对水解上清液进行傅里叶红外分析发现,在170℃时,污泥中的蛋白质和碳水化合物被充分水解,上清液中含有大量O—H键。对水解上清液进行三维荧光检测结合积分区域法(FRI)分析发现,在170℃时,可生物利用的微生物代谢产物所占比例最大(38.68%),微生物难降解的腐殖酸类物质所占比例最小(37.47%)。高含固污泥在170℃、30 min的预处理条件下,污泥中大分子有机物被分解为小分子有机物;同时,可供微生物利用物质所占比例最大,更有利于污泥后续的资源化利用。

水热处理高含固污泥的无害化效能和资源属性影响

污水处理厂污泥除含有易腐有机质和营养物质外,还富集了大量的抗生素、抗性基因(ARGs)、病原菌等污染物质.水热处理作为预处理技术,可提高高含固污泥的生物转化率,然而对于高含固污泥的无害化效能和资源属性的影响研究较少.因此,本文考察了不同温度水热处理条件对高含固污泥无害化效能的影响,选取具有代表性的4种氟喹诺酮抗生素(FQs)、ARGs及常见病毒作为无害化的评价指标.结果表明,在160℃和180℃处理60 min的情况下,总FQs去除率分别达到了42.5%和59.5%,而低温条件下FQs的去除效果不明显,表明FQs具有一定的热稳定性.高温处理同样对ARGs的消减效果明显,在180℃水热处理后,ARGs和水平转移因子的消减超过了6个数量级(6 logs),显著降低了ARGs的传播风险.尽管高含固污泥中可以检出病毒基因如人腺病毒等,但污泥中病毒对水热温度非常敏感,在120℃的水热条件下即可消减病毒基因.除此以外,水热处理可以释放大量的营养物质如多糖、蛋白质、挥发性脂肪酸等,有助于提高和改善后续的微生物转化效率.

高含固率污泥厌氧消化系统的启动方案与试验

高含固污泥厌氧消化技术是目前国内外的研究热点。该文以上海市白龙港污水处理厂脱水污泥稀释而成的含固率为10％的污泥作为研究对象，对高含固污泥厌氧消化技术进行了初步的探讨。试验结果表明，厌氧消化系统的进泥含固率升高至10％后，每投入1m3的污泥产气约16～18m3沼气，远高于现有浓缩污泥厌氧消化系统的产气率（8～10m3沼气／m3污泥）。高含固率污泥厌氧消化系统推荐采用清水启动策略，即消化罐内介质的初始状态为清水（二沉池出水），之后以不同投配率投加原污泥，避免系统启动过程中的VFA的积累，尤其是丙酸含量的积累。该研究成果不仅可为该污水处理厂现有污泥厌氧消化系统未来的扩建改造服务，而且可为国内同类工程提供借鉴和示范。

热水解预处理对高含固污泥流变特性的影响

研究了高温热水解预处理对高含固污泥流变特性的影响规律。结果表明,污泥黏度随着含固率的提高而呈现指数增加趋势,当含固率<10%时,污泥黏度的增加较为缓慢;而当含固率>10%时,污泥黏度随含固率的提高而急剧增加。热水解前后污泥黏度均随着剪切速率的提高而减小,呈现出剪切变稀特性。剪切应力随剪切速率的变化规律符合Herschel-Bulkley模型,且流型指数均小于1,表明污泥为假塑性非牛顿流体。在所有含固率梯度下,热水解后污泥黏度均低于热水解前,尤其在含固率>10%时,热水解对污泥黏度的降低作用非常显著。热水解后污泥屈服应力降低幅度均达到80%以上。

添加餐厨油脂对高含固污泥热水解及厌氧消化的影响

针对高含固污泥热水解传热差的问题,通过向剩余污泥中添加餐厨油脂协同污泥热水解以达到加速热水解过程的目的,探究了热水解时间和油脂添加量对污泥有机物水解及中温(35±1)℃厌氧消化性能的影响。结果表明:油脂与污泥协同热水解可有效促进污泥中不溶态有机物的水解,当热水解温度为165℃、水解时间为90 min时,油脂与污泥的质量比为0.4∶1时,有机物水解效果最佳;添加油脂能提高热水解速率,当油脂与污泥的质量比分别为0.2∶1、 0.4∶1、 0.6∶1时,污泥中不溶态有机物的水解速率分别提高了23.30%、 43.63%和62.98%;油脂的添加可提高甲烷产量和产甲烷速率,但会延长延滞期,综合考虑热水解与厌氧消化的性能,建议预处理时间为90 min、油脂与污泥的质量比为0.2∶1为最佳条件。添加餐厨油脂可加速高含固污泥的热水解过程,有助于实现污泥的高效处理。

磷酸盐缓冲液初始pH值对高含固污泥厌氧消化性能影响

在高含固污泥厌氧反应器中投加浓度为20 mmol·L-1(以P元素计)的磷酸盐缓冲溶液,考察不同pH值的缓冲溶液对污泥厌氧消化效果的影响。结果表明,投加pH为7.0的缓冲溶液后,总甲烷产量达到最大值61.08 L,较对照提高了38.1%,而投加pH为7.5和8.0的缓冲溶液后对产甲烷过程产生了抑制。投加缓冲溶液的各组厌氧消化至45 d,污泥的VS去除率均高于对照组。动力学研究表明,蛋白质和多糖的降解符合一级反应动力学,投加缓冲溶液有利于加速蛋白质的降解,而对多糖的降解无明显影响。

UASB处理高含固污泥热水解滤液启动特性

针对高含固剩余污泥热水解滤液采用UASB处理的启动特性,开展连续运行试验(HRT为26~7.8 d)并分析启动过程中有机物去除率、甲烷产量的变化。结果表明,COD去除率及甲烷产率随着有机负荷的提升而增加,当HRT为7.8 d时COD去除率可达(65.92±2.44)%。相比于COD去除率,系统启动过程中更应关注甲烷产量的变化。当HRT为7.8 d时,出水氨氮浓度及pH分别为(2532.37±129.93)mg/L、8.02±0.28。负荷提升过程中,应更注重氨抑制风险。由于沼气产量及进水量较低,系统启动初期可采用间歇进水并增设内回流的方式增加UASB内的上升流速。