低有机质污泥投加药剂联合低温热水解及后续厌氧发酵研究

污水厂污泥量日益增加,所含的有机物可用于厌氧发酵产甲烷,但目前多数污水处理厂多为低有机质污泥。本文围绕低有机质污泥投加不同药剂联合低温热水解对污泥溶解性物质变化及厌氧发酵规律的影响情况进行研究。结果表明,投加药剂联合低温热水解不仅有助于有机物[可溶糖、可溶蛋白和TVFA(挥发性有机酸)]的溶出与生成,而且有助于后续厌氧发酵产甲烷。在本实验所研究的低温热水解(污泥含固率为8%,热水解处理温度为90℃,处理时间为24 h)及药剂投加量[NaOH:0.018 g·(gDS)^(-1)、Ca(OH)_2:0.016 g·(gDS)^(-1)、CaCl_2:0.0375g·(gDS)^(-1)]的条件下,有机物溶出与生成的效果为NaOH>Ca(OH)_2>CaCl_2,其中热水解联合NaOH中可溶糖、可溶蛋白和TVFA浓度分别达到3051 mg·L^(-1)、10686 mg·L^(-1)和5740 mg·L^(-1)。对于产甲烷促进效果为NaOH>CaCl_2>Ca(OH)_2,其中投加NaOH后最大累积产甲烷量可达到101.9 ml·(gVS)^(-1)。

贫养分低有机质黄绵土中石油烃的生物去除特性及菌群结构变化

为探究陕北油田开采区贫养分低有机质土壤中石油烃的有效去除方法及修复特性,利用生物强化和生物刺激对陕北地区石油污染土壤进行修复研究,比较了两种修复方式对土壤中石油烃的去除效果和对土壤菌群结构多样性的影响.结果表明:相比生物强化修复方式,向土壤中施入氮素进行生物刺激修复更有利于土壤中石油烃的去除:向土壤中加入KNO_(3)调节土壤C/N为100∶20,在含水量为15.1%的条件下修复60 d时,土壤中石油烃去除率达到44.77%;接种降解菌强化修复对石油烃的去除率仅为17.87%.在5.1%和15.1%两种不同含水量条件下,接种的降解菌群可在土壤中生长并存活.外源菌的生长存活和石油烃降解无明显相关关系,影响石油烃降解的非生物因子为土壤养分和含水量,生物因子为土壤菌群的丰富度和均匀度.研究显示,在对污染土壤进行修复时,应“因地制宜”选择适合当地水热条件的修复方式以增加土壤菌群的稳定性,进而提高土壤微生物的代谢活性.

低有机质污泥高温热处理对高温厌氧消化性能的影响

目前我国市政污水处理厂构筑物中的污泥多为低有机质污泥.为提高其产气性能,对低有机质污泥进行高温预处理,在此基础上进行批式高温厌氧发酵实验,探索了高温热处理污泥对高温厌氧消化性能的影响.实验结果表明,污泥含固率是影响产甲烷的主要因素,热处理温度和时间对产甲烷的影响较小.含固率为6%时,最大甲烷含量和累积产甲烷量分别达到67.09%和135.98 mL·(g·VS)^(-1).

城市低有机质污泥的好氧堆肥研究

针对低有机质含量污泥和难降解调理剂混合堆肥时因发热量不足而易导致堆肥失败的问题,利用草坪碎屑作为污泥堆肥的调理剂,考察了添加草屑发酵物后低有机质污泥的好氧堆肥效果。结果表明,草屑发酵后可转化为易被微生物利用的外加碳源,有利于低有机质污泥的堆肥;将发酵青草按1∶5的质量比加到低有机质污泥中,混合后在强制通风条件下进行好氧堆肥,能使污泥堆肥温度升至55℃,并维持3 d以上,使污泥达到无害化和稳定化;对腐熟后的污泥进行植物栽培试验,证明了其可作为有机肥使用,并具有良好的效果。

发酵草屑在低有机质污泥堆肥中的作用

[目的]为明确发酵草屑在低有机质污泥堆肥中的作用。[方法]分别以刨花、葡萄糖、发酵草屑为调理剂进行低有机质污泥堆肥对比试验,研究发酵草屑在低有机质污泥堆肥中的作用。[结果]发酵草屑和低有机质污泥按照1∶5比例混合在强制通风条件下进行好氧堆肥,堆料初期温度上升慢,达到中温后温度急剧上升到高于55℃,并维持3 d以上。加发酵草屑后,污泥中有机质的分解率从最低的8.1%提高到36%,检测表明达到无害化标准。热量平衡计算表明发酵草屑在堆肥中的作用是有效调理堆料的C/N比,并为微生物提供初期碳源,既是起爆剂和调理剂,又是高温菌的营养物提供者。[结论]低有机质污泥加发酵青草堆肥是一种简单、经济、可行的技术。

低有机质高浓度氨氮废水亚硝化控制的实验研究

利用自主开发的沸石填料曝气生物滤池(ZBAF)处理低有机质高浓度氨氮废水,研究了滤料层高度、水力负荷及温度对亚硝酸盐积累的影响。结果表明,当进水氨氮浓度为210mg/L时,氨氮去除率达93.4%,亚硝酸盐积累率高达89.5%。

秸秆与城市低有机质含量污泥好氧堆肥试验研究

[目的]为了提高秸秆利用效率;降低污水处理后污泥对环境造成的污染。[方法]将污泥与秸秆混合堆沤,以秸秆为调理剂调理C/N,测试堆肥的温度与营养成分。[结果]结果表明,腐熟秸秆和低有机质含量污泥混合堆肥能有效调理堆料C/N比,满足微生物生长繁殖条件,使堆料快速升温,实现污泥的资源化、无害化和稳定化。[结论]腐熟秸秆和低有机质含量污泥混合堆肥可用于处理秸秆及污染废物。

电子受体冲击条件下低有机质剩余污泥的高温厌氧水解酸化性能

剩余污泥水解酸化是其后续能源资源化的重要前提保障技术。针对低有机质剩余污泥,在55℃高温运行条件下,研究了电子受体冲击对剩余污泥水解酸化运行性能的影响,重点考察了水解酸化过程中水解、酸化效果和氮磷营养元素的释放。结果表明:采用短时曝气冲击模式能够有效提高厌氧水解酸化过程中污泥的去除率,短时曝气和对照组条件下污泥挥发性悬浮固体去除率分别为40%和31%。电子受体冲击条件下增加了溶解性化学需氧量(重铬酸钾法)的产率,尤其是蛋白质产率。引入电子受体冲击主要改善固体物质的降解效率,并不影响酸化的代谢模式,酸化产生的挥发性脂肪酸主要以丁酸型为主。氨氮释放、三维荧光和分子量分布均表明蛋白质类物质的差异主要在于水解阶段产生溶解性蛋白质浓度不同,而不是酸化阶段造成的差异。电子受体冲击尤其是短时曝气冲击是强化污泥水解酸化的有效技术途径。

温和热处理对低有机质污泥厌氧消化性能的影响

以高浓度低有机质污泥为研究对象,通过改变加热时间研究100℃温和热处理对其有机物溶出以及厌氧消化性能影响.结果表明通过100℃的温和热处理,污泥上清液中的有机物浓度在预处理前30 min内显著增加,30 min以后则趋于平缓.其中SCOD、蛋白质和碳水化合物在100℃热处理30 min时的溶出率分别达到10.5%、11.6%和8.2%.温和热处理不仅可以提高低有机质污泥的产气总量,而且还可以缩短产气高峰的到达时间.经100℃热处理30 min的污泥,在厌氧消化10 d时的沼气产率(以VS计)为136.0 mL·g-1,比空白对照组提高了86.0%;厌氧消化30 d后的VS降解率也由空白时的19.1%增加到33.3%.此外,实验结果还表明,100℃的温和热水解处理对厌氧消化过程中的4种关键酶(蛋白酶、乙酸激酶、磷酸转乙酰酶和辅酶F420)均有不同程度的促进作用.

酸碱法预处理低有机质污泥的效果研究及条件优化

以高含固率(10%)低有机质(VS/TS<50%)污泥为研究对象,探讨不同pH值的酸碱预处理对污泥融胞效果的影响,并结合化学药剂投加和厌氧消化产甲烷潜力(BMP)实验,从经济性与处理效果两个角度筛选出酸碱预处理最优的pH条件.结果表明,COD、蛋白质、碳水化合物和DNA在不同的pH条件下有着基本相似的溶出规律,即其溶出浓度在碱性条件下随着pH的升高不断增加,而在酸性条件下正好相反,且碱性预处理的溶出效果要明显优于酸性预处理.当预处理pH为9、10、11、12和13时,COD的溶出率分别达到6.5%、18.0%、36.7%、65.5%和83.5%.氨氮和磷酸盐的溶出规律与有机物不同,其酸性条件下的溶出效果比碱性条件更明显.此外,随着碱性处理pH的升高,需投加的化学试剂的量也在不断增加.当pH≥12时,OH-反应率则迅速下降,不再具有经济性.而较低的pH(如pH=9)对甲烷产率和VS去除率的提高效果有限.因此,从处理效果提高和碱性试剂消耗两个角度来考察,选择pH=10或11作为低有机质污泥碱性预处理的控制条件是较为适宜的.

热碱预处理改善低有机质污泥厌氧消化性能的效果

以高含固率(10%)、低有机质含量(VS/TS值<0.5)的污泥为对象,研究在控制pH值为11时不同加热温度的热碱预处理对其溶胞效果的影响,并通过厌氧消化产甲烷潜力(BMP)试验评价其对厌氧消化性能的促进作用。结果表明:SS的减量化程度以及COD、TOC、蛋白质和碳水化合物的溶出效果随着热碱处理时加热温度的上升而不断提高,且在100℃以上变化更趋明显。在经pH值为11、120℃加热处理30 min后,COD溶出率和对SS的去除率达到最大分别为54.1%和11.6%。在热碱联合预处理过程中,伴随着有机物的溶出,各种元素也不断由固相释放至液相。C、N和P三种元素的溶出率在加热温度为120℃时达到最大,分别为69.1%、76.2%和86.1%。BMP试验显示,经pH值为11、加热温度分别为100℃和120℃的热碱预处理后,低有机质污泥厌氧消化25 d的沼气产率比空白分别提高了37.7%和41.5%,其对应的VS去除率分别为34.8%和37.9%。

微波强化预处理促进低有机质污泥厌氧消化

以微波法强化预处理高浓度低有机质污泥,重点考察微波时间对有机物溶出量以及厌氧消化性能的影响。结果表明:随着微波处理时间的增加,有机物溶出量也相应增加,且在作用前6 min增幅较高,后趋于平缓。COD、TOC、蛋白质、多糖和DNA在微波处理6 min时的溶出量分别为相同条件下未经微波处理时的8.0倍、7.2倍、10.4倍、12.4倍和8.4倍。微波处理不仅可以促进低有机质污泥产气总量的提高,而且可以使厌氧消化过程中产气高峰段提前。在厌氧消化15 d时,微波处理6 min的甲烷产率为144 mL/g,比未处理空白提高了62%;微波处理组在厌氧消化15 d时产气基本稳定,而未处理组则要延迟到20 d。VS去除率也随微波处理时间的增加而增加。

NZVI对低有机质污泥厌氧消化系统及微生物群落的影响

采用投加不同剂量纳米零价铁(NZVI)(0,0.1,0.3,0.5 g/g VS)的低有机质污泥进行半连续中温厌氧消化试验,研究了反应器在不同NZVI投加量下的产甲烷特性及微生物群落变化。研究表明:NZVI的投加前期对产甲烷具有促进作用,随着反应器中NZVI累积逐渐对产甲烷产生抑制,且投加量越高抑制效果产生越早,抑制作用也越强。投加NZVI反应器未造成酸化或氨抑制,厌氧消化系统稳定性较好,系统上清液中磷酸盐去除率最高达到97.78%。NZVI的投加可以促进Firmicutes、Proteobacteria等水解产酸菌和Methanosarcina等多数氢营养型产甲烷菌的生长,而对严格的乙酸型产甲烷菌Methanosaeta生长有一定抑制作用。

高温热水解对不同含固率低有机质污泥溶出规律影响

高温热水解是促进低有机质污泥厌氧水解过程的有效方法,探讨不同含固率下低有机质污泥高温热水解后物质溶出规律,可为实现其高效厌氧发酵提供基础理论依据。通过序批式实验和相关性分析研究了含固率、温度和时间对高温热水解污泥中物质溶出的影响。结果表明:污泥中物质溶出特性与温度、含固率的相关性均较高(P=0.272~0.757,0.249~0.774)。除含固率6%的污泥外,8%、10%及12%含固率污泥中可溶糖、可溶蛋白质、总挥发性脂肪酸(TVFA)、溶解性有机碳(SOC)浓度随处理温度提高而增大,而pH则相反。除含固率的8%污泥外,氨氮(NH^(+)_(4)-N)和游离氨(FAN)浓度亦随含固率、热水解温度的提高而增大。当处理温度相同时,可溶糖、可溶蛋白质、TVFA、SOC、NH^(+)_(4)-N、FAN浓度总体上随含固率的升高而升高,而含固率变化对pH无显著影响。同时,含固率6%~10%的污泥中可溶蛋白质的溶出率高于可溶糖,随着含固率的增加,可溶蛋白质溶出率增幅有所降低;含固率为6%和12%时,TVFA增加不明显;SOC与SCOD的变化规律一致,主要取决于可溶蛋白质溶出浓度的变化。

低温热碱破解低有机质污泥及磷形态分析

以低温热碱破解低有机质污泥,考察了不同热碱条件下低有机质污泥破解情况,通过DNA释放量分析了污泥细胞破解效果,同时,研究了污泥中磷形态分布与变化。结果表明,从污泥破解程度(DD)与DNA释放量来看,热碱联合可强化污泥破解,而pH比温度起更重要作用,尤其对污泥破解释磷起关键作用。高pH条件下,污泥中有机磷(OP)和非磷灰石无机磷(NAIP)以磷酸盐的形式大量溶解,而磷酸盐与钙离子反应导致磷灰石(AP)含量升高。研究认为,仅加碱pH=13即可有效破解低有机质污泥,操作简单,有利于污泥减量,且磷回收潜力大。

药剂联合高温对低有机质污泥水解促进研究

厌氧消化是实现污泥稳定和能源回收的主要途径之一。我国南方地区污水处理厂广泛采用生物营养物去除工艺,普遍存在进水有机物含量低的问题,导致污泥有机质含量也偏低(VS/TS<0.6)。针对南方典型低有机质污泥,在120℃、0.5 h条件下分别投加NaOH、Ca(OH)_(2)和CaCl_(2)进行联合高温热水解预处理后,进行中温厌氧消化。结果表明,投加药剂联合高温热水解促进了溶解性有机碳(SOC)、可溶糖、可溶性蛋白质的溶出,进而提高了累积产甲烷量。在高温热水解预处理过程中,药剂对有机物的溶出效果为NaOH>Ca(OH)_(2)>CaCl_(2)。在后续厌氧消化过程中,由于CaCl_(2)可提高SCOD中碳水化合物占比,投加CaCl_(2)联合高温热水解后总化学需氧量(TCOD)和总糖降解效果明显,TCOD降解量为25326 mg/L且总糖降解量在TCOD降解量中占比最高(87.7%),因而3种药剂中CaCl_(2)的累积产甲烷量最高(183.1 mL/gVS)。CaCl_(2)联合高温热水解预处理较NaOH、Ca(OH)_(2)更能提高低有机质污泥的厌氧产沼性能。

陆相咸化湖盆“低TOC”烃源岩高生烃效率探讨——以苏北盆地溱潼凹陷阜宁组二段泥页岩为例

苏北盆地溱潼凹陷阜宁组二段(以下简称阜二段)页岩油勘探取得重大突破,但其泥页岩总有机碳含量(TOC)普遍不高,一般低于2%。业界认为陆相咸化湖盆“低TOC”烃源岩能生成大量油气,称之为陆相咸化湖盆的“低TOC”高效生烃模式。由于生排烃效应,烃源岩的TOC会降低,因此,恢复烃源岩原始TOC对客观认识烃源岩的生烃能力、油气资源评价和持续增储上产具有重要意义。以溱潼凹陷典型钻井阜二段泥页岩为研究对象,利用生烃模拟实验和岩石热解资料,采用热模拟TOC演化、有效碳(PC)演化和元素质量守恒法,对QY1井阜二段泥页岩TOC进行了恢复。结果表明:咸化湖盆烃源岩的TOC恢复系数最高可达3~4,且受到岩相的重要影响。随着热演化程度增高,TOC恢复系数增大,纹层状页岩TOC恢复系数高于块状泥岩,QY1井阜二段Ⅳ亚段泥岩、Ⅰ—Ⅲ亚段页岩TOC恢复系数可分别高达1.1~1.5、1.5~3.0。母质类型和生烃活化能的差异导致页岩成烃转化率和TOC恢复系数高于泥岩。

基于光谱FOD与优化指数的银川平原土壤有机质含量反演

土壤有机质(SOM)是土壤肥力的重要组成部分,是作物生长的主要养分来源。为探究分数阶微分(FOD)联合优化光谱指数对低肥力地区SOM的反演效果,以银川平原为研究对象,对野外土壤高光谱反射率原始数据进行0~2阶FOD处理(间隔0.2阶),构建优化光谱指数DI/RDI、DI/NDI、NDI/RDI、RDI/NDI、DI/GDI和RI/GDI,分析各指数与土壤有机质含量间的二维相关性,筛选出最佳优化光谱指数,并建立基于支持向量机(SVM)的SOM含量反演模型。结果表明:银川平原SOM含量整体偏低,其中93.05%处于四级到六级水平。土壤野外原始光谱反射率吸收特征差异明显,在1400、1900 nm处有明显吸收峰。随着分数阶的不断增加,光谱反射率不断趋近于0。土壤DI/NDI、DI/GDI、RI/GDI、NDI/RDI和RDI/NDI在0~2阶最大相关系数绝对值(MACC)均小于0.80,DI/RDI在0.2~2.0阶范围内的MACC为0.9965~0.9986,其敏感波段主要集中在1450~1750 nm和2100~2400 nm之间。基于0.2阶微分处理的DI/RDI SVM模型对SOM的反演精度最佳,建模决定系数R_(c)^(2)和验证决定系数R_(p)^(2)分别为0.98和0.99,相对分析误差(RPD)为4.31。研究结果可为低肥力地区的SOM含量快速、准确反演及制图提供科学依据。

生物质炭对黑土有机碳组分的影响

为了修复退化的黑土,提高黑土有机质含量,通过室外盆栽试验,在高、低两种有机质含量黑土中施用质量比为0.5%、1.5%、2.5%玉米秸秆生物质炭,测定总有机碳(TOC)、易氧化有机碳(AOC)、微生物量碳(MBC)、颗粒有机碳(POC)、矿物结合态有机碳(MOC)、重组有机碳(HFOC)、轻组有机碳(LFOC)、水溶性有机碳(WSOC)和惰性有机碳(ROC)含量,研究了生物质炭对高、低两种有机质含量的黑土有机碳组分的影响及各指标之间的相关性。结果表明:(1)与对照相比,添加生物质炭明显增加土壤TOC、POC、MOC、HFOC、LFOC和ROC的含量,且浓度越高提升效果越明显;而WSOC的含量逐渐减小;(2)生物质炭对土壤AOC、MBC含量的影响与试验时间有关;高浓度的生物质炭会抑制土壤AOC与MBC含量,与对照相比,1.5%处理对AOC与MBC的提升最大。可以得出:施用不同量生物质炭对高、低两种有机质含量的黑土有机碳组分均有一定的影响;生物质炭的施入对于低有机质含量的土壤影响比高有机质含量的土壤影响更大。

合肥市污水处理厂污泥泥质调查与处理处置技术对策

自2011年12月至2012年5月对合肥市7座典型污水处理厂的污泥样品进行调研,分析了有机物、C、N和P以及热值的变化,并据此提出了相应的对策与建议。分析结果表明,合肥市7座典型污水处理厂剩余污泥的VS/TS基本上维持在30%～60%,总体均值46.7%,与国外(60%～80%)相比明显偏低。元素含量以C最为丰富,占15.3%～32.0%(均值24.2%),其次分别为N(1.6%～7.5%,均值4.3%)和P(0.5%～1.6%,均值1.0%);其中,C/N均值维持在4.6～6.5。此外,合肥地区的脱水污泥的低位热值均较低,不足以进行自持燃烧。针对上述情况,提出联合厌氧消化—干化—土地利用技术路线作为合肥市污泥处理处置的一个重要途径。