基于文献计量学分析的剩余污泥厌氧消化预处理研究进展

污水处理过程中会产生大量剩余污泥,对剩余污泥进行厌氧消化处理既能减少环境污染,又能回收能源。本文基于文献计量学方法和可视化工具,对中国知网(CNKI)数据库和Web of Science核心数据库2003—2023年间收录的相关文章进行梳理,对当前剩余污泥厌氧消化处理的研究热点领域进行比较分析,并对剩余污泥成分、理化特性和厌氧消化预处理方法进行文献综述。研究表明,剩余污泥厌氧消化产生甲烷是该处理技术的重要目的,预处理技术与剩余污泥处理存在重要关联性;物理、化学和生物酶等不同预处理技术对产沼气量有较大影响,针对污泥本身的理化性质而采用更加合适的预处理技术,能够在节约成本的同时进一步提高剩余污泥资源化利用程度。

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。

初沉污泥与剩余污泥热水解厌氧消化性能研究

通过分析初沉污泥和剩余污泥的物化性质及厌氧消化性能,研究了热水解对初沉污泥和剩余污泥的影响。研究结果表明,两种污泥中的有机质主要为糖类、蛋白质和脂肪,初沉污泥的脂肪含量高于剩余污泥,而糖类和蛋白质含量则低于剩余污泥。初沉污泥热水解前后厌氧消化产气率分别为365和376 L·kg^(-1)TS,剩余污泥分别为102和273 L·kg^(-1)TS。热水解对初沉污泥的影响并不明显。但经过热水解处理后,剩余污泥的厌氧消化性能得到了显著提升,其VS去除率从29%提高至49%,初沉污泥和剩余污泥的混合污泥也从33%提高至48%。因此,热水解处理在提升污泥厌氧消化性能方面具有显著效果,但需针对不同污泥的特性选择适当的热水解工艺。

污泥热水解厌氧消化滤液处理工程溶解性有机物

以典型的污泥热水解厌氧消化滤液处理工程为对象进行现场调查.结果表明,滤液中氨氮和COD的浓度分别高达(2034±465),(4128±276) mg/L,滤液中溶解性有机物(DOM)主要是大分子难降解有机物,大于1000Da的DOM占80.6%.现有“生物预处理+两级AO-MBR”滤液处理工艺总体上可实现高效脱氮(TN去除率94.9%)和部分COD去除(69.9%).脱氮主要依赖生物预处理单元(去除贡献率为79.9%),而DOM去除主要依赖MBR工艺的膜过滤(去除贡献率为184.7%).膜过滤截留的DOM依次为高分子聚合物>腐植酸类物质>低分子有机酸和中性物质,出水DOM主要以腐植酸和富里酸类物质为主,且腐殖化程度增高.现有的水洗、酸洗和碱洗对膜的有机污染均有一定的清洗效果,但清洗液中DOM类型差异明显.

外源添加剂强化剩余污泥厌氧发酵产酸的影响研究

挥发性脂肪酸(VFA)是污水生物处理中反硝化脱氮和厌氧释磷过程必需的碳源,还能作为底物生产高附加值的产品,而利用剩余污泥进行厌氧发酵是产VFA的重要途径之一。为了提高污泥产酸效率,利用外源添加剂促进和强化污泥厌氧发酵产酸的研究逐渐引起重视。文章总结了抗生素、表面活性剂、植物化学物质和盐类四类外源添加剂对污泥厌氧发酵产酸过程的影响,分别从外源添加剂对污泥的增溶、水解、产酸和产甲烷四个过程进行了分析,同时阐述了外源添加剂在污泥中的降解、残留状况,最后提出对两种或两种以上的外源添加剂联用促进产酸和寻找能促进污泥产酸的共发酵基质也是今后的研究重点。

改善剩余污泥厌氧消化产甲烷性能的新策略:导电材料介导微生物种间直接电子传递

综述了近年来关于碳基和铁基导电材料促进DIET产甲烷的研究进展,归纳了直接种间电子传递的机制,总结了碳基和铁基导电材料的结构特征、电子传递机理和强化剩余污泥厌氧产甲烷效果。指出了当前研究存在的不足,并对未来的研究方向做出了展望。

剩余污泥厌氧消化抑制产甲烷代谢研究进展

首先阐述了抑制污泥厌氧产甲烷代谢的环境因素,主要是初始溶解氧、有机负荷、温度及pH。归纳了污泥厌氧消化产甲烷的内源抑制因素腐殖酸、氨氮及盐度,腐殖酸可通过竞争产甲烷菌的电子及影响相关酶的活性来抑制产甲烷,氨氮主要依靠影响产甲烷菌活性抑制产甲烷,盐度不仅影响产甲烷活性,而且也影响胞内有机基质释放。阐明了两种常用专性和非专性的外源抑制剂的作用机理。归纳了抑制污泥厌氧产甲烷的研究进展,以期为污泥产酸资源化利用提供理论参考。

厌氧消化和好氧堆肥对城市污泥中新污染物的削减

城镇污水处理规模的扩大使得城市污泥的产生量增加,而药物及个人护理品(PPCPs)、生物性污染物、微塑料(MPs)和雌激素等新污染物在污泥中的检出率也呈增加趋势。污泥厌氧消化制沼气、好氧堆肥制土壤改良剂具有削减污染物、回收有价值组分、降低环境风险等多重功效,然而它们对新污染物的削减效果尚待考察。以上述4种新污染物为例,比较了它们在不同国家城市污泥中的存在状况,综述了厌氧消化、好氧堆肥、厌氧消化和好氧堆肥结合以及与物化措施联合对新污染物的削减情况及存在的问题。针对污泥中多种新污染物并存的状况,提出未来应开发针对多种新污染物的去除技术,同时强化新污染物削减机制的研究,以保障城市污泥的安全利用。

市政污泥“热水解+高含固厌氧消化”处理工艺设计浅析

厌氧消化工艺因具有良好的污泥稳定化、减量化、资源化特性而在市政污泥处理中得到广泛应用,而“热水解+高含固厌氧消化”工艺具有减少厌氧消化系统占地和投资、大幅提升厌氧消化效率的特点,该工艺可彻底实现污泥无害化,更好实现污泥减量化、稳定化和资源化,在市政污泥处理应用中具有广阔前景。文章依托国内“热水解+高含固厌氧消化”工艺实际工程案例,对工艺流程和各系统组成进行梳理和分析,梳理工艺设计关键参数,并对该工艺的特点及设计要点进行分析,为类似项目的工程设计提供参考。

污泥厌氧消化对干化焚烧运行的影响分析

2020年,随着上海市白龙港污水处理厂污泥处理处置二期工程建成投运,白龙港厂污泥处理系统的处理规模达486 t DS/d,为国内乃至亚洲最大的城镇污泥“厌氧消化+干化焚烧”处理系统,厌氧消化和干化焚烧工艺相结合的污泥处理路线并大规模工程应用在国内尚属首次。文章结合污泥厌氧消化系统大修停运前后,对该污泥处理系统中脱水、干化、焚烧运行情况的影响进行了分析比对,包括污泥性质、处理量、运行成本等方面。结果表明,对于该系统而言,污泥厌氧消化工艺有利于污泥干化焚烧的经济、稳定运行,对污泥处理系统碳减排、碳中和具有非常重要的作用,符合绿色、循环、低碳、生态的要求。

除盐水再生废水回用促进PTA废水厌氧污泥颗粒化工业实践

福建福海创石油化工有限公司将含有高浓度无机盐的除盐水再生废水引至精对苯二甲酸(PTA)厂区废水处理装置,把高浓度的无机盐均匀稀释,补充至PTA废水上流式厌氧污泥床(UASB)厌氧反应器,作为厌氧微生物微量元素营养剂添加。装置运行4个月后,颗粒污泥占厌氧污泥总量的60%以上,厌氧反应器化学需氧量(COD)降低率提升5百分点以上,说明除盐水再生废水对厌氧污泥颗粒化有明显促进作用。

热水解对初沉污泥高温厌氧消化产气性能的影响研究

厌氧消化是目前城市污水处理厂处理污泥的主要方式,传统污泥厌氧消化有机物转化率和产气性能都较低,采用热水解结合高温厌氧消化进行小试试验,考察热水解工艺对初沉污泥高温厌氧消化产气性能的影响。试验结果表明,热水解后初沉污泥最大粒径、平均粒径和中值粒径分别是处理前的0.49倍、0.55倍和0.51倍,污泥中可以被厌氧微生物分解的有机物含量明显提升,COD溶出率达到27.1%。热水解处理之后的初沉污泥相较于处理之前单位VS总产气量提高了21.93%,有机物转化率提高了4.93%,热水解工艺有效提高了初沉污泥高温厌氧消化的产气性能。

强化循环厌氧反应器处理印染废水的厌氧颗粒污泥特性研究

利用强化循环厌氧反应器(SCAR)中试规模处理实际印染废水。强化循环厌氧反应器接种厌氧颗粒污泥后启动运行93 d,研究启动过程中不同水力停留时间(HRT)下反应器内厌氧颗粒污泥的浓度、沉降速度、脱氢酶活性、辅酶F420、胞外多聚物等特性指标。结果表明:随着HRT的缩短,系统内SS和VSS的含量都呈先减少后增加的趋势,当HRT为13.5 h时,SS和VSS均达到最大值,分别为66.3 g/L、47.3 g/L;反应器内厌氧颗粒污泥具有良好的沉降性能,其沉降速度与粒径成正比,0.5~5.0 mm颗粒污泥的沉降速度介于55.2~163.8 m/h之间;颗粒污泥中脱氢酶活性和辅酶F420含量的变化趋势基本一致,随着HRT的缩短,两者含量逐步上升并趋于稳定,在HRT为13.5时达到最大值,分别为8.5 mg/(g·h)、0.2μmol/g;颗粒污泥的胞外多聚物中,蛋白质含量较多,蛋白质与多糖的比值在1.4~3.1之间;启动完成后颗粒污泥表面扫描电镜观察发现,厌氧颗粒污泥中古细菌巴氏甲烷八叠球菌(Methanosarcina barkeri)占优势。

接种污泥和pH值对CMC-Na厌氧降解的影响及菌群解析

为揭示羧甲基纤维素钠(CMC-Na)的厌氧降解效率,本研究采用间歇培养方式考察了不同类型接种污泥和初始pH值对其厌氧降解的影响,并通过Illumina MiSeq测序揭示了主要功能微生物对初始pH值的响应特征.结果表明,在CMC-Na初始浓度为5g/L条件下,絮状污泥具有较强的水解、发酵产酸能力.但该系统的产氢产乙酸作用和产甲烷作用较差,导致甲烷产率仅为10.0mL/g CMC-Na.相反,颗粒污泥具有较高的甲烷发酵能力,甲烷产率达到了100.2mL/g CMC-Na.初始pH值对CMC-Na厌氧降解影响试验表明,初始pH 4.5和9.5对甲烷生成表现出明显的抑制作用,而在初始pH 7.5和8.5条件下,甲烷产率达到了最大值(123.4和123.2mL/g CMC-Na).Illumina MiSeq测序结果表明,不同初始pH值环境中的微生物组成存在显著差异.在初始pH 7.5条件下,Methanothrix和Methanobacterium为优势产甲烷菌,而Macellibacteroides,Petrimonas,Trichococcus,Anaerofilum和Brooklawnia为优势产酸发酵菌.当初始pH值为4.5和9.5时,Methanosarcina也成为优势产甲烷菌,且主要产酸发酵菌的相对丰度发生了明显变化.

赤泥基生物炭载体对厌氧氨氧化污泥富集的影响研究

为了实现厌氧氨氧化(Anammox)污泥的快速富集,以赤泥为铁源、以斑茅秸秆为生物炭前驱体制备赤泥基生物炭载体,并将其与处理养殖沼液的自然塘污泥混合均匀后,投加至上流式厌氧污泥床(UASB)反应器中,考察了Anammox污泥驯化过程中反应器的脱氮性能、污泥性能、微生物群落结构的变化情况,评估了赤泥基生物炭载体对Anammox污泥富集的影响机理.结果表明:历经59d,添加了赤泥基生物炭载体的R2反应器可成功富集Anammox污泥,其NH_(4)^(+)-N和NO_(2)--N去除速率分别为1.47kg/(m^(3)·d)和1.91kg/(m^(3)·d),而未投加的R1反应器至92d时才成功富集Anammox污泥;污泥驯化过程中,R2污泥的胞外聚合物(EPS)分泌量明显高于R1,且R2污泥颗粒粒径大小和颗粒化程度明显大于R1;至驯化末期,观察到R2中有大量的厌氧氨氧化菌(AnAOB)附着在赤泥基生物炭载体的孔道内,且孔道内的AnAOB周边存在大量的铁元素,而R1的AnAOB则相对较少且分散,R2污泥比厌氧氨氧化活性(SAA)是R1的2.3倍,Anammox基因拷贝数是R1的3.8倍.由此可见,赤泥基生物炭载体可明显加快Anammox污泥的富集,其不仅为AnAOB提供了“房子”以抵御不利环境,“房子”内的赤泥活性组分如铁等可能在AnAOB的代谢和团聚生长方面具有促进作用,且赤泥基生物炭载体采用固体废弃物制成,在实际应用中具有经济有效性.

热-碱渣预处理强化炼厂剩余活性污泥厌氧消化性能

热-碱预处理是强化剩余活性污泥厌氧消化的有效手段。为降低处理成本,利用炼厂碱渣替代新鲜碱剂,研究了热-碱渣预处理对炼厂剩余活性污泥(refinerywasteactivatedsludge,RWAS)厌氧消化的影响。结果表明,热-碱渣预处理显著促进了胞内有机物的释放,蛋白质、多糖和挥发性脂肪酸浓度随温度和碱渣剂量的提升而增加,在温度90℃和碱渣剂量4%的条件下,蛋白质、多糖和挥发性脂肪酸分别可达1338.7mg/L、510.9mg/L和651.2mg/L。Person相关性结果表明碱渣剂量对腐殖酸类物质荧光强度和类黑素产量呈正相关,与厌氧消化停滞期呈显著正相关,表明高碱渣剂量会抑制RWAS厌氧消化性能。因此,热-碱渣预处理的最佳工艺条件为温度90℃、碱渣剂量1%。该条件下预处理RWAS厌氧消化的溶解性化学需氧量(SCOD)降解率可达66%,最大产酸量为736.2mg/L,甲烷和氢气产量分别是未处理RWAS的5倍和3倍,分别达95.3mL/g-VS(VS为挥发性固体)和11.5mL/g-VS。综上所述,热-碱渣预处理炼厂剩余活性污泥具有较好的应用前景。

Fe^(0)改性厌氧颗粒污泥吸附Sb(Ⅴ)效用及其机理

在UASB动态运行下,Fe^(0)改性颗粒污泥对锑的最高去除率可达99.5%,改性污泥各组分对Sb(Ⅴ)的去除率高于未改性污泥,改性污泥中锑的生物质结合位多于未改性颗粒污泥。除锑后的改性污泥表面出现了大量颗粒状物体;多糖与蛋白质在改性污泥吸附锑时的作用效果相当;改性污泥吸附Sb(Ⅴ)后,出现了FeSb_(2)O_(4)、FeOOH、Fe_(2)O_(3)、Fe_(3)O_(4),反映出Sb(V)与污泥中的铁离子络合形成铁锑共沉物;吸附锑后,改性污泥的Fe2p峰的结合能从711.044 eV与724.642 eV变为711.105 eV与724.703 eV,说明Fe^(0)改性颗粒污泥中的氢氧根被Sb取代,并与O-Fe结合,形成了Fe-O-Sb配位化合物,沉积于颗粒污泥表面,达到除锑效果。

低强度超声波对高负荷厌氧氨氧化EGSB反应器运行性能的影响

研究了低强度超声波对厌氧氨氧化EGSB反应器处理无机高氨氮废水的影响,考察了超声波处理对反应器脱氮性能、厌氧氨氧化颗粒污泥特征、胞外聚合物以及微生物菌群的变化情况。结果表明,低强度超声波可提高厌氧氨氧化反应器脱氮效能,在进水氮负荷为6.03kg N/(m^(3)·d)时,总氮去除率提高了11.40%,抵抗氮负荷冲击能力也得到了增强。周期性超声波辐照后,颗粒污泥粒径维持在1.0~1.5mm,有利于改善传质效率,提升厌氧氨氧化颗粒污泥活性和减少颗粒漂浮。污泥EPS总量有显著增加,其中紧密结合型胞外聚合物(TB-EPS)增加较为明显,有助于维持颗粒污泥的结构稳定性。污泥表面官能团种类不变,但羟基、羧基、氨基等基团有所增多。颗粒污泥的比厌氧氨氧化活性提高了33.2%,通过简化的Gompertz方程模型发现超声组的厌氧氨氧化菌生长速率(0.0127d^(-1))高于对照组(0.0107d^(-1))。高通量测序显示,超声波促进了厌氧氨氧化菌及其共生菌,其中Candidatus Brocadia提升了22.03%。同时严重抑制了部分反硝化细菌,使厌氧氨氧化菌的底物和生存空间更加充足。

有机条件下硫酸盐型厌氧氨氧化生物反应机理研究

为探究有机条件下硫酸盐型厌氧氨氧化(SRAO)生物反应机理,在上流式厌氧污泥床(UASB)反应器中,建立了SRAO反应体系,实现氨氮与硫酸盐同步去除。通过物质衡算、活性测定、微生物分析等,总结获得UASB反应器中SRAO过程分步分层进行的特点。首先,在中下层污泥中,氨氮与硫酸盐在微生物作用下发生反应,生成硫离子和硝态氮;随后,在中上层污泥中,硫离子与硝态氮发生硫自养反硝化反应,生成硫酸盐和氮气。反应器中硫离子的积累会抑制SRAO微生物活性,因此,第二步反应是整体反应的限速步骤。破解硫离子对SRAO微生物的活性抑制,是SRAO技术发展面临的一大难题。

厌氧污泥微生物作用对微塑料表面性质的影响

污水处理剩余污泥是微塑料的潜在储存库。为了考察污泥微生物对微塑料分解作用的影响特征,以聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯和丁苯橡胶轮胎颗粒微塑料为研究对象,研究其表面性质在厌氧污泥微生物作用过程中的变化情况。结果表明:随着厌氧污泥微生物作用时间的延长,微塑料表面羰基和羟基等含氧官能团吸收峰强度呈增大趋势,接触角测试结果进一步证实微塑料表面亲水性增强。通过相关性分析可知,微塑料的羰基指数可较好地反映厌氧污泥微生物对聚乙烯和聚氯乙烯微塑料表面性质的作用,而聚丙烯和丁苯橡胶轮胎颗粒微塑料可通过1300~1500 cm^(-1)处的峰面积表征其表面性质的变化过程。该研究可为进一步研究污泥微生物驱动的微塑料的分解和反应行为提供理论依据。