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。

超声波-游离亚硝酸联合预处理污泥强化厌氧消化的机制解析

本研究对超声波(US)预处理、游离亚硝酸(FNA)预处理及超声波-游离亚硝酸(USFNA)联合预处理对于污泥有机质溶出、絮体分散、细胞内容物释放及产甲烷性能的作用进行评估。结果表明,US预处理的主要作用是使絮体分散与胞外聚合物溶出,FNA预处理则是使细胞内容物释放。US-FNA联合预处理后,污泥甲烷产率较未预处理增加了37.1%,分别达到US预处理的1.07倍和FNA预处理的1.08倍,但US与FNA在联合预处理中所发挥作用各自独立,并未发现明显的协同增效作用。引入FNA会降低污泥厌氧消化初期产气速率,未对累积产气量造成显著影响。根据发酵后污泥微生物菌群的解析,发现FNA是影响污泥微生物多样性的主导因素。

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。

氧化法对污泥厌氧消化处理影响的研究进展

污泥厌氧消化作为污泥处理的一个重要手段,可以实现污泥的资源化。但在污泥厌氧消化过程中水解速率较低的缘故,厌氧消化的效率受到影响,所以要对污泥进行预处理。文章基于污泥厌氧消化现状,综述了化学氧化法对污泥厌氧消化产甲烷影响的研究进展,例如臭氧氧化法、高铁酸钾氧化法、过氧化氢氧化法、次氯酸钠氧化法、光催化氧化法、过硫酸盐氧化法、Fenton氧化法等,比较并分析了不同氧化法的化学药剂成本、能源消耗、设备成本与甲烷生产所带来的收益等。从低碳角度分析氧化法对厌氧消化的影响,并对污泥厌氧消化预处理技术以及污泥资源化利用的发展与应用作了展望,为后续厌氧消化预处理的发展提供参考。

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。

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。

高铁酸盐预处理剩余污泥强化厌氧消化研究进展

高铁酸盐是一种强氧化剂,常用于污泥预处理的研究。介绍了高铁酸盐的氧化、絮凝等基本性质,阐述了高铁酸盐预处理对污泥水解、产酸和产甲烷的性能影响和作用机理,总结了高铁酸盐与碱、超声等工艺的联用技术。高铁酸盐可破坏胞外聚合物和细胞,释放污泥内的有机物,为后续厌氧消化提供更多的基质,提高了短链脂肪酸和甲烷产量。高铁酸盐的稳定性和投加量是限制其应用的关键,提高高铁酸盐的稳定性和开发联合处理技术是未来的研究重点。

不同预处理方式对市政污泥/餐厨垃圾混合厌氧消化产甲烷的影响分析

本文以市政污泥与餐厨垃圾混合厌氧消化为对象,考察了不同预处理方式对混合厌氧消化产甲烷的影响。结果表明,在温度为30℃,搅拌速率为30r/min,停留时间为24h条件下,污泥与餐厨垃圾混合厌氧消化的累计产气量最高。预处理方式对两种体系的甲烷产量均有影响。其中,经过酸化(50%硫酸溶液)预处理的污泥与餐厨垃圾混合厌氧消化产甲烷量最高,而经过预处理后的污泥与餐厨垃圾混合厌氧消化产甲烷量最低。

PN/A工艺在热水解污泥消化液处理工程中的应用研究

利用短程硝化厌氧氨氧化(PN/A)工艺在北京某污水处理厂成功启动了处理热水解污泥消化液的工程,调试运行结果表明:在接种生物膜填料数占总填料数18%和生物膜上厌氧氨氧化菌(AnAOB)占比为6.8%的情况下可快速启动PN/A系统,并在3个月内可以达到设计处理水量,总氮去除负荷为0.26kg/(m^(3)·d),总氮去除率达到80%以上.通过定量PCR检测和高通量数据发现AOB和AnAOB丰度不同的空间分布特点,项目调试过程中氨氧化菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)和AnAOB均呈稳定增长的趋势,经过3个月启动培养后絮体中AOB丰度达到1011数量级,生物膜中的AnAOB达到1012数量级.实际运行数据证明该旁侧处理系统对水厂主流区产生积极影响,可降低日处理量为40×10^(4) t的污水厂2.9mg/L的进水总氮.另外,在该项目后期运行过程中出现反应池缺氧段和末端游离氨(free ammonia,FA)浓度不足的情况,导致短程硝化过程不稳定,通过控制反应池首端与末端FA浓度及剩余氨氮浓度,可实现对短程硝化过程的快速恢复.

餐厨垃圾水力制浆耦合厌氧消化的效果分析

根据餐厨垃圾高含水的特点,从水力模拟、浆化物料特性、设备运行关键指标及项目运行效果等方面对餐厨垃圾水力浆化预处理技术进行综合评价。计算流体力学(CFD)的水力模拟结果表明,浆化过程中流体质点螺旋式汇聚至转叶,形成三股内旋状涡流,在流体内部产生明显的流速差和正负压分区现象,水力作用下可快速实现餐厨垃圾的浆化。浆料和杂质特征分析表明,浆化产物颗粒细小,有机质损失率低,杂质去除率高,可与后端不同资源化技术(如厌氧消化、好氧堆肥等)高度融合。以水力浆化与厌氧消化技术相结合的餐厨垃圾资源化项目为例,餐厨垃圾经水力浆化预处理后,有机质损失率约为8.5%;不可生物降解杂质分选率约94%;粗油脂提取率约91%,吨餐厨垃圾平均产油率为3.76%,产气率为85.57 m^(3)(以标态计)。该处理方式较机械式预处理具有更高的资源化利用率,可大幅提升项目的经济效益。

餐厨垃圾厌氧处理及资源化利用

近年来,随着生活水平不断提高,餐饮业发展迅猛,但餐厨垃圾的处理问题也日益凸显。餐厨垃圾的大量产生给环境和城市管理带来了严峻的挑战,同时也影响了人们的生活质量。实施餐厨垃圾厌氧处理,实现餐厨垃圾的资源化利用,能够有效加强对自然生态环境的保护,改善人们的生活环境。采用厌氧消化、发酵以及堆肥处理技术,能够更加高效、科学地处理餐厨垃圾。基于此,首先分析餐厨垃圾的危害及餐厨垃圾厌氧处理的重要性,其次分析餐厨垃圾厌氧处理的主要技术,最后探讨餐厨垃圾厌氧处理的资源化应用。

提高污泥含固率对高温厌氧消化互营产甲烷影响

以常规含固率(2%)剩余污泥高温厌氧消化排泥为接种污泥,分析接种污泥在不同氨浓度下厌氧消化各步骤的动力学速率变化,并以热水解预处理的高含固污泥(10%)为基质进行连续试验,探讨高温厌氧消化条件下基质由常规含固率快速切换至高含固率的产甲烷性能变化.结果表明,随着氨浓度上升,接种污泥对乙酸、丙酸、丁酸和热水解污泥的比产甲烷活性均有所下降,但其氢利用速率和互营乙酸氧化速率未受到显著影响.高温厌氧消化基质含固率由2%切换至10%连续运行试验结果表明,在有机负荷高达14g COD/(L·d)时,虽然系统COD去除率不足(27.99±3.66)%,且存在VFAs积累(10.41±2.25)g COD/L,但pH值仍可稳定在(7.74±0.09),说明该切换策略具有可行性.稳定运行系统中产氢产乙酸和互营乙酸氧化功能菌属以Coprothermobacter(15.29%)、Anaerobaculum(8.89%)、Tepidimicrobium(17.99%)和Syntrophomonas(1.60%)为主,切换后乙酸营养型产甲烷菌Methanothrix被淘汰,而参与互营乙酸氧化过程的Methanosarcina和Methanothermobacter相对丰度显著提高,说明体系通过构建互营乙酸氧化产甲烷途径来抵御高温高氨的环境胁迫.因此,以常规含固率高温厌氧消化污泥作为接种泥是实现由常规含固率切换至高含固热水解-高温厌氧消化的有效策略,并且接种污泥的互营乙酸氧化活性是切换成功的关键因素.

厌氧消化污泥的干化处理产物对花毛茛生长的影响

以重庆市主城区普通厌氧消化污泥的干化处理产物样品为研究对象,通过盆栽试验,研究处理产物对花毛茛成活率、株高、冠幅、花径、地上部分生物质量等指标的影响。结果表明:使用普通厌氧消化污泥的干化处理产物处理的成活率偏低,处理产物对花毛茛幼苗的成活与生长有一定风险。第一次栽植15 d后对死亡的花毛茛进行补栽。补栽后,在小于等于33%的体积使用量范围内,使用处理产物对花毛茛的冠幅和地上部分生物量增长产生了一定的促进作用,其中的养分促进了花毛茛的生长;当使用量超过33%后,处理产物的使用对花毛茛生长表现出明显的抑制作用,这与高使用量下花毛茛成活率快速降低的情况一致。

污泥厌氧消化预处理方法研究进展

介绍了高压水流喷射法、碱溶法、超声波法、臭氧氧化法、γ-辐照法以及高能电子束辐照等污泥预处理方法的基本原理、特点及应用前景。

城市污水处理厂剩余污泥厌氧消化试验研究

以北京市某污水处理厂的剩余污泥为研究对象,对该污泥的理论产气量进行了估算,考察了投加接种污泥和未投加接种污泥条件下污泥厌氧消化的产气情况,并分析了污泥消化前、后的泥质特点。结果表明:与未接种条件相比,污泥厌氧消化前采用投加接种污泥的方式可大大促进消化反应的进行,加快污泥的产气速率,使厌氧消化周期缩短近1/4,但对污泥的总产气量影响较小;在厌氧消化正常运行条件下,污泥产气量达到总产气量的90%时所需反应时间约为16d,可将其作为污泥厌氧消化工艺较为理想的消化周期;剩余污泥的消化性能差、产气率低、试验产气量占理论产气量的比例<50%,在工程上单独的剩余污泥不宜采用厌氧消化工艺处理。

预处理对造纸污泥厌氧消化产甲烷性能的影响研究

采用碱(NaOH)和生物(蘑菇渣、绿色木霉)2种方法分别预处理造纸污泥,并将预处理后的造纸污泥与味精废液进行联合厌氧消化,研究不同预处理方式对造纸污泥的影响以及对后续联合厌氧消化甲烷产率的影响.结果表明,造纸污泥经过碱(NaOH)预处理和生物预处理(蘑菇渣、绿色木霉)后,污泥颗粒的结构变得紧实、平滑,颗粒间的孔隙度减少,污泥絮体中的纤维长度明显变短、污泥中的SCOD增加了35.5%～1130%、VSS降低了6%～19%、SVsludge增加了32%～192%,NH3-N浓度提高了36%～62.4%,表明预处理后污泥中的大分子物质被降解成小分子物质,且碱预处理对污泥产生的变化较生物处理大;经预处理后的造纸污泥与味精废液联合厌氧消化,甲烷得率分别为:NaOH预处理0.32m3CH4/kgVS、蘑菇渣预处理0.23m3CH4/kgVS,较CK分别提高了54%～88%和12%～34%,可见碱预处理提高甲烷产率效果更明显,由于蘑菇渣预处理具有成本低、解决二次污染、实现废物再利用等优点,因此两者在预处理提高造纸污泥厌氧消化甲烷产率方面都具有重要意义.

剩余污泥超声强化预处理及其厌氧消化效果

采用超声预处理方法破解剩余污泥,考查污泥理化性质的变化以及后续厌氧消化的性能。在3种不同超声波电功率密度下破解污泥,并对超声波电功率密度1.5W/mL、超声30min处理后的污泥进行厌氧消化实验,结果表明:污泥溶解性COD随着超声时间和超声波电功率密度的增加而线性上升.当超声波电功率密度分别为0.8和1.5W/mL、作用30min后,污泥溶解性COD是原泥的4.7倍和6.0倍.超声后污泥的pH值和碱度均有下降,同时污泥溶液的颗粒尺寸减小.超声污泥经厌氧消化后总COD去除率较对照组上升了13.5%.在5%污泥投配率下,超声组反应器在10d内即达到稳定产气状态,超声污泥的平均日产气量提高了57.9%.

城市污水处理厂预热处理混合污泥的高温厌氧消化特性研究

针对165℃、30min预处理后的混合污泥,进行高温厌氧消化的连续试验.研究了在不同的水力停留时间（HRT）下的产气量、有机物的分解率等指标,探讨了“热处理＋高温消化”实用化的可行性.结果表明,总固体（TS）为70g·L^-1、预热处理后的混合污泥经高温厌氧消化,在HRT.为10、20、30d的条件下,产气率为2.82、1.70和1.19 L·L^-1·d^-1;降解单位COD的产气量为968、1053和1091 L·kg^-1;COD分解率为47%～52%;有机物分解率与HRT的关系符合一级反应动力学关系.COD物质平衡计算结果表明,基质中50%的固态有机物被分解转化,生物气中的甲烷含量可达59.1%.本研究中的厌氧消化反应可归纳为C8.38H19.7O7.59N＋3.86H2O→4.38CH4＋2.99CO2＋NH4^＋ ＋HCO3ˉ.

不同预处理方法对剩余污泥厌氧消化产沼气过程的影响

研究了不同预处理方法对剩余污泥固态法厌氧消化产沼气过程的影响。结果表明:不同的预处理方法均可不同程度地提高产气量和甲烷含量。其中,经酶法处理后,剩余污泥前4 h产气速率最快,平均每小时为3.29 mL/g;经热处理后,剩余污泥累积产气量最多,为45.80 mL/g,比对照提高了230%;而经微波处理后,剩余污泥所产沼气中甲烷质量分数最高,为62.26%,比对照增加了130%。

上海市白龙港污水处理厂污泥厌氧消化工程设计

上海市白龙港污水处理厂升级改造后总规模为200万m3/d,其污泥处理工程规模1020t/d(以含水率80%计),是目前亚洲最大的污泥处理项目。白龙港污泥处理工程在对国内外污泥处理处置经验进行分析总结的基础上,采用了浓缩—中温厌氧消化—脱水—干化的处理工艺,介绍了该工程的工艺选择和具体设计情况。