酸性/碱性启动模式下SRT对剩余污泥水解酸化的影响

以城市污水处理厂二沉池剩余污泥为研究对象,采用完全混合式污泥处理反应器研究了酸/碱2种启动模式下SRT对污泥水解产酸特性的影响。结果表明,采用酸性启动(p H=6.0)模式,控制SRT为6 d,水解酸化液中SCOD、VFAs最高累积质量浓度分别可达6 235.8、1 683.5 mg/L,较碱性启动模式(p H=10.0)分别提高了21.4%、37.5%,VFAs中乙酸累积量达到69.0%。2种启动模式下污泥水解酸化最佳SRT均为6 d,酸性启动(p H=6.0)模式较碱性模式更有利于城市剩余污泥水解酸化产物中的碳源的资源化利用。

产蛋白酶混合菌系对碱性剩余污泥水解酸化的影响

为提高剩余污泥水解酸化过程中挥发性脂肪酸(VFAs)的累积,从剩余污泥中分离产蛋白酶活力较高的耐碱细菌,并构建产蛋白酶混合菌系.将其接种于碱性(p H 10.0)发酵剩余污泥的不同发酵时期,评价其对溶解性有机化合物和VFAs累积的影响,探讨利用剩余污泥生产VFAs的最佳条件.从剩余污泥中分离到2株产蛋白酶活力较高的耐碱细菌,并构建产蛋白酶混合菌系.在发酵初期接种混合菌系效果最显著,且可缩短发酵启动时间2 d.发酵初期接种混合菌系后,溶解性蛋白质和VFAs质量浓度在第8天均达到最高值,分别为未接种混合菌系样品中相应值的1.25和1.41倍,分别占溶解性化学需氧量(SCOD)总量的29.87%和44.54%.乙酸和丙酸为剩余污泥水解酸化过程中VFAs的主要组分,分别占VFAs总量的50.69%和18.19%.

pH值对剩余污泥水解酸化溶出物的影响

在室温条件下(25℃),采用批量实验,研究了pH值在4.0～12.0变化时污泥水解酸化效率情况以及水解过程中溶出的可溶性有机物(SCOD)、挥发性有机酸(VFAs)和氮、磷的质量浓度变化.实验结果表明,污泥水解酸化效率递减顺序为碱性>酸性>中性.ρSCOD、ρVFAs、ρ(NH4+-N)和ρ(PO34--P)随时间延续而增大,并且都随pH值升高(4.0～11.0)而呈现出先减小后增大的趋势.在pH=11.0时,ρSCOD和ρVFAs值最大,分别为2 599 mg/L和749 mg/L;pH=4.0时,ρ(NH4+-N)和ρ(PO43--P)值最大,分别为208.1 mg/L和193.4 mg/L.通过调整pH值能改变污泥水解酸化效率,并且选择pH值在10.0～11.0时,可以协调水解酸化效率与后续脱氮除磷系统N、P负荷之间的关系,既为脱氮除磷系统提供SCOD和VFAs,又可以实现剩余污泥减量.

水解酸化应用于剩余污泥减量的试验研究

碱减量印染废水生物处理剩余污泥接种培养成熟的水解酸化菌,通过它们的新陈代谢作用,可以实现系统内生命物质的更新和减量,同时降解了污泥吸附的有机物等,达到对剩余污泥减量的目的。在系统污泥减量初期,水解酸化作用对微生物的"液化"、内容物释放和对有机物的生物降解作用是污泥减量的主要原因;随着中间代谢产物的积累,微生物活性受到抑制,试验后期剩余污泥减量主要是微生物内源呼吸的结果。试验条件下,接种了成熟水解酸化细菌的2组剩余污泥MLSS浓度分别为7.765和11.250 g/L,MLVSS浓度分别为4.466和6.360 g/L,经过513 h后MLSS、MLVSS浓度较开始时分别下降了40.31%、45.73%和54.85%、63.18%。一定污泥浓度范围,污泥减量效果与污泥浓度正相关。

剩余污泥水解酸化过程中胞外聚合物的影响因素研究

为了解胞外聚合物(EPS)对污泥水解酸化处理的影响,采用批量试验研究了污泥厌氧水解酸化处理过程中EPS的变化以及温度、pH值、污泥来源、污泥浓度对其的影响.结果表明,pH值和污泥来源对EPS产率、成分有显著的影响.强酸性和强碱性条件下污泥水解过程中溶解性EPS产率是中性条件下的2倍多;强酸性条件下细胞破裂较多,DNA物质占总EPS含量的20%左右;强碱性条件多糖类物质溶出量占总EPS的80%以上.A/O工艺污泥水解酸化EPS产率最大,平均值为41.1mg/gVSS;其次为SBR、氧化沟(OD)和A2/O工艺污泥,其中OD工艺污泥水解酸化产生的EPS中糖类与蛋白质的质量比(φ)值远小于其他工艺污泥.温度由18℃升高至35℃时,溶解性EPS产率增加近50%,多糖所占比例逐渐增大.污泥浓度由2000mg/L升高至6000mg/L,EPS产率增大至38.1mg/gVSS,当污泥浓度达到8000mg/L时,EPS产率明显减少(23.1mg/gVSS).

常温下剩余污泥水解酸化强化方法研究进展

剩余污泥的处理与处置是污水处理的重要环节,常温下对剩余污泥直接破解以促进水解酸化是污泥处理的有效方法,这种方法无需污泥脱水,而且能提高污泥絮体的降解率,并实现资源化利用。但这种方法存在投资大、运行费用高和难以稳定控制等问题,尚未实现大规模的工程应用。对目前研究较多的污泥机械处理、酸碱处理、超声破解和臭氧氧化等技术的作用原理、处理效果和应用前景进行了综述和分析,并提出了多种技术的组合是提高污泥处理效率的最有效方法。

典型酸碱条件下NO_2^-对剩余污泥水解产酸的影响

控制温度35℃,在典型pH值条件下(酸性5.0,碱性9.0)对比研究了NO2-对剩余污泥水解酸化性能的影响.结果表明:投加亚硝酸盐促进了剩余污泥的水解,提高了总可溶性COD(SCOD)产量,且随着时间的进行,酸性时比碱性时水解程度更高,到第28d时,总SCOD浓度由高到低依次为B1(pH=5且加NO2-),B2(pH=9且加NO2-),B4(pH=9且未加NO2-),B3(pH=5且未加NO2-);B1,B2,B3和B4中总挥发性脂肪酸(TVFAs)最高浓度分别为4476,4303,1350和2921mg/L,表明亚硝酸盐同样增强了污泥的酸化程度,并且酸性条件时促进作用更大.除此之外,酸性且投加NO2-的条件可以有效减少氨氮的释放.

搅拌速率对剩余污泥厌氧水解酸化的影响研究

搅拌速率大小对污泥中有机质的溶出影响较大。改变不同的机械搅拌速率,对剩余污泥中SCODCr、VFAs等的溶出进行对比研究。结果表明,搅拌越快越利于SCODCr值的生成,搅拌速率为410~430 r/min时,产生的SCODCr值明显大于较低搅拌速率,但是如此高速的搅拌使污泥处于剧烈搅动状态,可使大气中的氧不断的溶入,污泥产酸效率下降,搅拌速率越大这种影响越明显;当搅拌速率为70 r/min时,试验中采用的3层搅拌器的轴功率约为87.1 W。

基于碳源回用目标的剩余污泥水解酸化产物调控研究

剩余污泥水解酸化产生的挥发性脂肪酸(VFAs)等有机物可作为补充碳源回用于低C/N比城市污水脱氮除磷系统中。然而,在污泥水解酸化过程中由于甲烷菌等微生物的作用而难以实现水解酸化产物的有效积累。同时,含有高浓度氮磷的污泥水解酸化液直接回用将进一步增加污水处理的氮磷负荷。本研究基于碳源回用目标,在热碱预处理的基础上,采用添加二溴乙烷磺酸钠(BES,2-Bromoethanesulfonic acid sodium)和Ca O2的方式对城市污水厂剩余污泥水解酸化过程的主要产物即溶解性有机物(SCOD)、VFAs及氮磷的溶出进行优化调控,旨在得到含有高浓度有机物、低浓度氮磷的污泥水解酸化液以回用于低C/N比城市污水脱氮除磷系统,提高出水水质,为剩余污泥的资源化利用提供理论依据。结果表明,污泥经Na OH预处理后,添加BES可有效提高水解酸化过程SCOD、VFAs的积累,其最高质量浓度分别达到6 169.8 mg·L^(-1)及1 335.0 mg·L^(-1),较对照组分别提高66.7%、192.5%,其中,VFAs中乙酸的质量分数达到66.0%。添加CaO_2的实验组酸化液中,NH4_+^-N和PO_4~3--P的溶出量显著降低,分别降至200.7 mg·L^(-1)、9.6 mg·L^(-1),较对照组分别减少了59.6%、65.7%。同时添加BES和CaO_2的组合体系在实现污泥水解酸化过程SCOD、VFAs累积的同时有效降低了氨氮和正磷酸盐的溶出,所获取的剩余污泥水解酸化产物可作为低C/N比城市污水脱氮除磷提标升级的优质碳源,实现了剩余污泥的资源化回用。

剩余污泥水解酸化液磷去除的影响因素研究

城市污水厂剩余污泥水解酸化后可产生高浓度挥发性有机酸(VFAs),其中的乙酸和丙酸是增强生物除磷(EBPR)工艺的有利基质。但水解酸化液中含有大量的磷,如不进行处理就作为碳源回用到污水处理工艺中,势必增加除磷负荷。利用鸟粪石沉淀法可以去除污水中的磷。对城市污水厂剩余污泥水解酸化液形成鸟粪石的影响因素进行了试验研究。结果表明,在最佳工艺条件下,正磷和总磷的去除率分别可达92.5%和83.8%。

污泥接种量对剩余污泥水解酸化的影响研究

研究了厌氧条件下水解酸化污泥接种量及污泥浓度对剩余污泥水解产酸、污泥减量的影响。在各反应瓶污泥浓度不同的情况下接种等体积的水解酸化污泥,当污泥停留时间为7d时,剩余污泥具有较高的产酸量,超过7d则反应进入厌氧消化的产甲烷阶段,表明接种污泥在反应的前7d对剩余污泥产酸具有促进作用;水解酸化污泥接种量最多(35%)时其产酸量最高,7d后作用逐渐减弱,污泥浓度成为影响产酸的主要因素。剩余污泥的水解过程与产酸过程具有相似的规律,MLVSS浓度随着时间的增加而逐渐下降,7d后降幅趋缓,经过7d的反应,污泥接种量最多(35%)的MLVSS浓度较开始时下降了27%,MLSS浓度下降了25.5%。

剩余污泥水解酸化液中营养元素与有机质的回收

为回收剩余污泥水解酸化液中的营养元素与有机质,构建了白云石-水解酸化液钙镁溶出体系,获得富含钙镁的溶出液,控制溶出液反应pH和反应时间进行第1阶段回收,以回收后的上清液进一步作为钙镁源从水解酸化液中进行第2阶段回收。结果表明,钙镁溶出的适宜条件为酸化pH 4.0~4.5、白云石颗粒50~80目、固液比3∶100（每100mL水解酸化液中投加3g筛分后白云石）、溶出时间10h;第1阶段回收适宜的反应pH为8.5,氮（以氨氮计）回收率、磷（以可溶性正磷酸盐（以P计）计）回收率分别为10.24%和95.89%;第2阶段回收适宜的镁磷摩尔比为0.60、反应pH为9.0,此时氮、磷回收率分别为14.60%和83.91%;傅立叶红外变换（FTIR）和电感耦合等离子直读光谱（ICP）分析表明,回收产物主要由无机养分和有机质组成,重金属含量极少。利用白云石提供钙镁源能经济有效地回收剩余污泥水解酸化液中的氮、磷等营养元素,同时回收有机质,回收产物品质符合《有机-无机复混肥料》（GB 18877—2009）中Ⅰ型肥料要求。

外加剩余污泥水解酸化液碳源时曝气生物滤池的生物脱氮性能

利用剩余污泥水解酸化液作为外加碳源研究中部曝气和底部曝气曝气生物滤池(BAF)处理低碳氮比生活污水时的生物脱氮性能。结果表明,碳源与污水投配的流量比以及是否回流对BAF生物脱氮效果影响明显,气水流量比和回流流量比对BAF生物脱氮效果有一定影响;进水NH4+-N、TN质量浓度和COD分别为43.11、45.07、29.2mg.L-1时,中部曝气BAF的NH4+-N和TN去除率分别为99.04%和78.32%,出水COD为32.4 mg.L-1;底部曝气BAF的NH4+-N和TN去除率分别为98.61%和68.99%,出水COD为28.4 mg.L-1。研究表明,BAF在2种运行方式下可获得良好的硝化与反硝化性能,且不会引起二次污染。

温度对CaO_2强化剩余污泥厌氧水解、酸化的影响

本文探究了温度对CaO2强化剩余污泥厌氧水解,酸化的影响。实验结果表明在15~35℃,随着温度的升高,污泥厌氧反应体系中水解和酸化得到加强,且VFA和甲烷的最大积累量分别为3 120 mg/L和196 m L。当温度进一步提高至55℃时,水解反应得到强化,但是过高的温度限制了厌氧微生物对溶解性蛋白质和多糖的利用,进而导致VFA的积累量较少。因此35℃是CaO2强化剩余污泥水解和酸化的最佳温度。

基于酸碱调节的剩余污泥水解酸化研究

对影响污泥水解酸化的环境因素和操作条件进行了工艺优化研究。

矿化垃圾对剩余污泥厌氧水解、酸化的影响

通过向剩余污泥发酵系统中加入不同剂量的矿化垃圾的方法,探究了矿化垃圾对剩余污泥厌氧水解、酸化过程的影响.结果表明,添加1/3g/g TSS(总悬浮固体)剂量以内的矿化垃圾能显著提高WAS的水解、酸化过程,且矿化垃圾的最佳投加量为1/3g/g TSS,在此条件下,试验组SCOD/TCOD以及最大产酸量(183.45mg COD/g VSS,发酵时间为6d)均高于空白组(79.45mg COD/g VSS,发酵时间为10d).机理研究表明,矿化垃圾能够促进污泥的溶解、蛋白质和多糖的水解以及氨基酸和葡萄糖的酸化.在投加矿化垃圾的反应体系中与水解、酸化有关酶的活性也均高于空白试验组,进一步证实了矿化垃圾能够强化污泥厌氧发酵的水解酸化反应.

利用剩余污泥水解酸化液合成聚羟基脂肪酸酯的研究

以城市污水处理厂剩余污泥水解酸化产物为原料,研究了罗氏真养菌(Ralstonia eutropha)H16在水解酸化液中的生长规律和聚羟基脂肪酸酯(PHAs)积累特性,同时分析了H16对水解酸化液中各种有机酸组分的利用规律.结果表明,以剩余污泥52℃中温水解酸化48h的水解酸化液为培养基,在HAc水解酸化液(C/N/P=100/10/1,TOC=2881mg/L,乙酸占总有机酸含量36.1%)中,H16最先利用乙酸和正丁酸来进行自身的生长和PHAs的合成,合成的主要产物是聚羟基丁酸酯(PHB);随后开始利用丙酸和正戊酸,在此过程中聚羟基戊酸酯(PHV)的含量也逐步上升,菌体量同步增长,H16在40h左右处于平稳期,并且达到最大积累率为12.51%(占菌体干重);最后利用的是异丁酸和异戊酸,但是此时H16已经进入衰亡期,菌体量和PHAs合成率都在下降.当以HVa水解酸化液(C/N/P=100/10/1,TOC=2358mg/L,异戊酸占总有机酸含量29.0%)为培养基时,H16在18h达到生长的峰值,24h达到PHAs合成率的最大值为32.14%(占菌体干重),PHV为PHAs的主要形式.

剩余污泥水解酸化释放有机物的效果及影响因素研究

在常压、不调节pH条件下,探讨了不同温度和水力停留时间下城市污水处理厂剩余污泥在水解酸化过程中CODCr、挥发性有机酸(volatile fatty acids,VFA)和总氮(TN)的释放量和释放速度,同时考察了剩余污泥减量效果,在此基础上探讨了剩余污泥水解酸化释放有机物用于反硝化碳源和实现减量化的最优控制条件。结果表明:MLSS为30 000 mg/L的污泥,50℃下水解酸化24 h,达到有机物的最佳释放效果,上清液CODCr浓度为8 349 mg/L,VFA(以CODCr计)浓度为2 490 mg/L;总氮释放量相对较低,CODCr/TN为10.3∶1。同时MLSS削减了22.5%,较高效率地实现了剩余污泥减量。

剩余污泥厌氧水解酸化产VFA的研究

剩余污泥的处理不仅增加了污水处理成本,而且处理不当会造成二次污染。有效解决此问题的方法之一是将剩余污泥进行厌氧水解酸化产VFA,影响剩余污泥的水解酸化产VFA的因素有pH值、温度、搅拌、SRT、污泥浓度、反应器结构、运行方式、预处理方式等,其中预处理是关键。不同预处理方式对VFA的产量和种类影响比较大,是研究的重点和热点。

剩余污泥水解酸化挥发酸产量最大化试验研究

对剩余污泥水解酸化中挥发酸产量最大化的影响因素进行了研究。试验中投加了甲烷抑制剂氯仿来减少产甲烷反应在水解酸化过程中的干扰。试验首先研究了45℃下氯仿的不同投加量对产甲烷菌的抑制效果,旨在得到抑制产甲烷菌的最合适的氯仿投加量,并考察氯仿的投加对水解酸化效果的影响。采用上述试验得出的合适剂量的氯仿作为产甲烷抑制剂,排除产甲烷菌对挥发酸的消耗。试验重点研究了35℃和45℃下,剩余污泥水解酸化过程中挥发酸产生潜力,结果表明,在45℃时,每克VS的SCOD最大产量达到225.51 mg,挥发酸每克VS的COD最大累积量达到155.71 mg,较35℃高出21.22%,说明45℃更有利于有机物溶解和挥发酸累积,能有效促进水解酸化反应的发生。