离子液体强化剩余污泥厌氧发酵产酸效能研究

针对污水处理厂剩余污泥厌氧发酵过程中有机质水解慢和酸化率低的问题,本文采用离子液体预处理促进污泥增溶破胞,并考察其对污泥厌氧发酵过程中有机质水解速率和短链脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFAs)产量的影响.结果表明:投加离子液体[Emim]OTF能显著促进污泥溶胞,提高污泥水解速率及SCFAs产量,抑制污泥发酵产气;当离子液体投加量为0.1g/g VSS时,最大SCFAs产量可达226.4mg COD/(g TS),是未经预处理污泥的3.75倍;通过微生物多样性分析发现,投加离子液体[Emim]OTF富集了水解产酸菌,强化了污泥水解和酸化过程,从而导致SCFAs产量提高.

阶梯递进式实验法在固体废物处理与处置实验课中的应用与实践

党中央高度重视固体废物污染环境防治工作,这就要求高校固废实验课程的设置要更加合理,符合OBE教学理念。在《固体废物处理与处置》这门实验课中,我们针对不同垃圾的性质,采取了不同的处理方法。如建筑垃圾,采用破碎的方式;剩余污泥,学生通过查阅文献,提出各种预处理方法,进而提高污泥脱水性能;餐厨垃圾,通过厌氧发酵方式,无害化、减量化的同时,生产清洁能源进行资源化利用。处理方法由简入难、实验手段由单一到综合、实验性质由验证性到设计性再到综合性。阶梯式实验项目的开设和应用,提高了学生的综合设计能力和分析问题能力。

绿色纳米铁/铈联用过碳酸钠改善厌氧消化污泥脱水性能的研究

采用绿色合成的纳米铁/铈(Fe/Ce-NPs)联用过碳酸钠(SPC)对厌氧消化(AD)污泥进行调理,考察了Fe/Ce-NPs投加量、SPC投加量、调理时间、初始pH对AD污泥脱水性能的影响。通过Box-Behnken响应面试验设计对前3个单因素进行优化,以确定其交互作用和最优解。结果表明,构建了响应值为含水率的二次模型,模型的P<0.05、R^(2)=0.9899>0.95,模型拟合效果显著。根据响应值的分布特点,确定AD污泥脱水的最佳条件为:Fe/Ce-NPs投加量为41.3 mg/(g·TSS)、SPC投加量为308 mg/(g·TSS)、反应时间为43 min,最佳条件下泥饼含水率降至73.6%,与模型预测值相差仅0.118%,具有较高的精确度。同时,对厌氧消化(AD)污泥的脱水机理进行了分析。

内源Fe^(2+)活化过硫酸盐联合生物炭增强厌氧消化污泥脱水性能的研究

为实现厌氧消化污泥脱水性能提升,利用厌氧消化污泥内源Fe^(2+)活化过硫酸盐(PDS)联合核桃壳生物炭开展其脱水性能调理,并探讨了作用机理。结果表明,调理体系在pH值为6、PDS质量浓度为6.2 g/L、生物炭投加量为25.6 g/L、粒径范围125~150μm条件下,低压抽滤后泥饼含水率为70.3%,厌氧消化污泥的毛细吸水时间(CST)降低至114.7 s,CST降低率达到81.3%,脱水性能明显提升。在调理过程中,PDS氧化污泥中含铁矿物释放内源Fe^(2+),进一步活化PDS生成·SO_(4)^(-)和·OH,降解胞外聚合物(EPS),释放结合水,显著增强厌氧消化污泥脱水性能;生物炭能够吸附EPS中的亲水性有机物,并提供骨架支撑作用,实现脱水性能进一步提升。对抽滤后泥饼重金属分级提取结果表明,调理体系能够明显削弱污泥固相重金属的环境浸出能力,并降低其浸出毒性;环境效益成本比值(BCR)结果表明提出的联合调理手段可行性较强,需进一步研究实现工业化应用。

超声波促进处理剩余活性污泥中试研究

文章进行了超声波促进污泥脱水减量并提高污泥厌氧消化效率的中试。中试装置每天可处理3 000 kg含水质量分数在99%以上的剩余活性污泥。实验结果表明,当超声波频率为28.7 kHz、输出电压为70 V,作用时间为2 m in,絮凝剂投加质量分数为8‰(干基)时,污泥滤饼含水质量分数比未经超声波作用的降低2%,体积减少8%,污泥的脱水效果最佳。当超声波输出电压为150 V,作用时间60 m in时,污泥厌氧消化时间比传统方法缩短20 d。同时沼气产生速率比未经超声波作用的提高6倍,前25 d沼气总产量比传统污泥厌氧消化过程增加4—5倍。可见大功率、长时间有利于促进厌氧消化,从而达到污泥减量的目的。

不同生物预处理方式对污泥厌氧消化过程性能的影响

利用微生物处理技术对经聚丙烯酰胺脱水后的污泥进行不同方式微生物预处理,研究进料总固体(TS)质量分数为3%、发酵温度为35℃时厌氧消化过程中累积产气量与产甲烷含量、p H值、氨氮和化学需氧量(TCOD)等参数的变化趋势,探索真菌宛氏拟青霉不同预处理方式对脱水污泥厌氧消化过程特性的影响。试验结果表明:微生物预处理脱水污泥厌氧消化技术具有较好的可行性。直接添加宛氏拟青霉和添加宛氏拟青霉预处理2 d的污泥进行厌氧消化反应能够有效提高产气量和产甲烷量,加快水解速率,促进污泥中有机物的有效降解,使产甲烷过程顺利进行。直接添加宛氏拟青霉处理的产甲烷效果最优,其净累积产气量和产甲烷量较纯污泥分别提高85.79%和42.76%,且1 kg污泥可产甲烷12.69 L,较纯污泥提高42.74%。

污泥热解液与牛粪混合厌氧消化特性研究

为处理污泥热解液并利用其中所含的能量,研究了250~550℃温度下产生的污泥热解液单独厌氧发酵和与牛粪混合厌氧消化的特性.首先研究250~550℃热解液单独厌氧发酵的情况,发现各温度下热解液可发酵、且350℃下热解液产气性能相对较好;但是总体上产气量很少.其次以250℃下的热解液为例,研究与牛粪在高温[(55±1)℃]下混合厌氧发酵时不同质量比(5/80,10/80,15/80;g/g)的影响,发现热解液在一定程度上抑制了牛粪的厌氧发酵,且热解液的量越大抑制作用越明显.第三步选择最低的热解液添加量比5/80,研究热解温度(250~550℃)对混合物厌氧发酵的影响;结果表明,350℃下的热解液与牛粪混合厌氧发酵累计产气量最高,达116.42m L/g VS,高于纯牛粪对照组的110.36m L/g VS;其他依次是550℃组、450℃组和250℃组.另外,550℃组的总挥发性脂肪酸(TVFA)的初始值最高,为1528mg/L,发酵后降低至254mg/L,为最大降幅,证明污泥热解液中的有机物得到有效降解.因此,适当热解温度下的污泥热解液可以适量与牛粪进行混合厌氧发酵,为污泥热解液处理和能源化提供新出路.

不同VS比例的黄花和污泥联合厌氧消化的研究

采用完全混合式反应器R1～R3（加拿大一枝黄花与脱水污泥的有机质配比分别为0：1、1：3和1：1），研究了污泥停留时间为30d，半连续中温（35±1）℃的运行状态下，脱水污泥和加拿大一枝黄花联合厌氧消化的系统稳定性和厌氧消化性能。结果表明：添加黄花进行共发酵，不但降低了游离氨的浓度和VFA的积累，使系统维持更好的稳定性；而且明显改善厌氧消化性能，与污泥单独厌氧消化相比，最佳条件下单位体积甲烷产率、比沼气产率、甲烷产率分别可以提高79．5％，61．7％，29．2％。随着黄花比例的提高，VS降解率呈现出逐渐上升的趋势。R3和R2的VS降解率稍微高于R1，分别为33．8％、31．2％、30．3％。随着黄花VS比例逐渐增加到50％，沼气中的甲烷和H2S含量稍微有所下降，VFA组分中戊酸的浓度升高，而乙酸和丙酸的浓度则有所下降。

有机生活垃圾与脱水污泥协同厌氧消化工艺的性能

基于序批式中温(35℃)厌氧消化小试试验,对添加了不同比例脱水污泥(以VS计)的有机生活垃圾协同厌氧消化系统的降解性能与产气性能进行了对比分析。结果显示,当有机生活垃圾与脱水污泥VS比为0.6:0.4时为最优条件,协同厌氧消化系统可获得最短厌氧消化周期(10 d),甲烷产量达到306.3 mL CH_4g^(-1)VS_(add),VS降解率达到68.9%,此时沼气相中H_2S含量可降低为16μL/L,无须脱硫处理即可资源化利用。因此,添加适量脱水污泥的有机生活垃圾协同厌氧消化系统有效地缩短和消除酸化停滞期,获得较优的甲烷产量和VS降解率,并使沼气中的H_2S大幅降低。为改善我国农村地区有机生活垃圾的高效厌氧生物制气处理提供重要参考。

脱水污泥厌氧发酵搅拌动力需求试验研究

对于含固率较高的脱水污泥厌氧发酵系统,对物料的搅拌是能耗的重要组成部分,而目前对发酵工艺中机械搅拌动力需求的研究几乎没有。研制了一台卧式强制搅拌干式厌氧发酵反应器,对叶片搅拌过程进行受力分析,计算出理论搅拌扭矩,并以此反应器为基础,研究了污水处理厂脱水污泥的搅拌动力需求。具体研究了污泥的含固率、搅拌转速、反应器填充率等因素对搅拌动力需求的影响,发现低转速下,转速对搅拌扭矩影响非常小,而从搅拌动力需求角度考虑,物料填充率在66.7%~85%之间比较合理。同时还对长期连续搅拌状态下污泥所需的搅拌动力的变化做了研究,发现经过搅拌污泥的内摩擦角和粘聚力出现了较大的变化,从而引起搅拌所需动力在短时间内大幅降低。而原污泥兑水使含固率降低、自由水含量增加时,其搅拌动力需求呈指数趋势减小。

基于RSM模型对厌氧消化污泥脱水性能改善研究

文章研究了超声波、芬顿试剂耦合叶腊石对生物乙醇厌氧消化污泥脱水性能的影响。以离心沉降比和滤饼含水率为评价指标进行单因素实验,得出单因素影响脱水性能的最佳范围,然后以响应曲面优化法(RSM)为依据的Box-Behnken多因素实验,建立了离心沉降比和滤饼含水率二次多项预测模型,得到耦合处理的最佳处理参数。结果表明,耦合处理能明显提高污泥脱水性能,超声波、芬顿试剂和叶腊石的最佳处理值分别为30 s、2 mg/g和0.3 g/m L,此时污泥离心沉降比和滤饼含水率的减少率分别取得最大值53%和74%,验证实验结果表明:离心沉降比减少率为(54.32±0.45)%,滤饼含水率为(74.23±0.32)%,与模型预测值基本吻合。电镜图片和热重分析也证实污泥脱水性能的改善。

造纸污泥与味精废液联合厌氧消化试验

采用中温单相间歇式厌氧消化工艺,对造纸污泥与味精废液进行联合厌氧消化制沼气,通过设计正交试验,研究不同处理的产甲烷性能以及TS、C/N、接种量三种因素对甲烷产量的影响.试验结果表明,在中温条件下,各处理的VFA、SCOD与累积甲烷产量的变化趋势相同,其中VFA、SCOD指标均在12d左右达到最高值,各处理中仅T3在VFA高峰期表现出甲烷菌活性抑制效应,TS对三个指标均产生显著影响,系统的累积甲烷产量最高达5482ml;正交试验结果直观分析和方差分析显示:三个因素对系统累积甲烷产量的影响程度依次为:TS>C/N>接种量,其中TS的影响达到显著水平,最佳工艺条件为:TS=10%、C/N=20、接种量=5%,该条件下造纸污泥与味精废液的用量比为10∶1.

黄花和脱水污泥厌氧消化的温室气体减排研究

采用联合国政府间气候委员会(IPCC)推荐的方法,对植物加拿大一枝黄花和污泥生物质厌氧消化产沼气的环境和能量影响进行了评估.环境影响评估重点关注温室气体(GHG)减排,将加拿大一枝黄花和脱水污泥的中温小试厌氧消化的甲烷产率数据运用于GHG减排潜质的计算;能量评估包括污泥贮存及传播、消化液的沼气逃逸,及化学肥料和化学药剂的投加几个过程中的直接和间接的能量输入.结果表明,一枝黄花和脱水污泥联合厌氧消化净GHG排放量随着SRT的缩短和黄花添加比例的增加而逐渐下降,在二者以挥发性固体(VS)比例1:1混合,停留时间为20d时的能量效率较高,GHG减排量较大,与基础方案相比,添加黄花可以实现78%的净GHG减排.

脱水污泥高温两相与单相厌氧消化工艺比较研究

采用课题组自主研发的自动控温间歇搅拌高含固厌氧消化反应器,针对合肥市十五里河污水处理厂的脱水污泥(稀释至含固率10%)进行了超高温(70℃)酸化-高温(55℃)甲烷化和高温(55℃)酸化-高温(55℃)甲烷化两相与高温(55℃)单相厌氧消化系统性能的比较研究。结果表明,在污泥停留时间为两相产酸相4 d、产甲烷相16 d,单相20 d的条件下,超高温-高温和高温-高温两相的VS降解率分别为40.5%和40.2%,高温单相则只有34.9%。在总停留时间相等的条件下,两相消厌氧化系统的VS降解率、甲烷产率均比高温单相厌氧消化系统高,而出泥VFA含量小于高温单相厌氧消化系统。总体来说,两相厌氧消化系统运行更为稳定,效果更好,并且有较高的H2可供利用为清洁能源,但较高的H2S含量则须控制。

混凝技术处理厌氧消化污泥脱水液试验研究

为满足厌氧氨氧化工艺对悬浮物(SS)和铁浓度的进水要求,采用混凝技术对厌氧消化污泥脱水液进行预处理。通过曝气试验和正交试验,确定了厌氧消化污泥脱水液的最佳曝气量、曝气时间和混凝工艺条件;基于单因素试验,得到最佳工艺条件为:快搅(250 r/min)90 s、慢搅(90 r/min)120 s、助凝剂投加时间30 s、静置15 min、聚合氯化铝(PAC)投加量20 mg/L、聚丙烯酰胺(PAM)投加量1 mg/L、pH值为7.0,此时厌氧消化污泥脱水液中的浊度和总铁去除率分别为97.63%和98.21%。由此可见,混凝技术处理后的出水不仅可以提高污染物的去除效果,还可以满足后续厌氧氨氧化工艺的进水要求。

“污泥+生物质”混合厌氧消化分类管理研究

污泥单独厌氧消化困难,产气量低,能量回收价值低。但"污泥+生物质"混合厌氧消化能够改善物料间的营养平衡,运行更平稳,既有效处理污泥,又能够提高甲烷产气量,更适合生产实际,符合行业发展趋势。分析了安阳市四家污水处理厂脱水污泥的重金属含量,依据土地利用限值标准,结合生产实际,把安阳市四个污水处理厂脱水污泥分类,分类混合厌氧消化处理后分类土地利用,既提高了污泥的土地利用,更强化了污泥土地利用的重金属管理。

厌氧消化污泥脱水性能变化的试验与分析

研究了剩余污泥在中温厌氧消化条件下脱水性能的变化及其作用机制。剩余污泥厌氧消化过程中,消化污泥的比阻(SRF)相比于剩余污泥有一定的减小,消化污泥的过滤速度有一定的改善,但改善不明显。聚丙烯酰胺(PAM)、FeCl3和聚合氯化铝(PAC)3种絮凝剂调理试验显示,消化污泥的最佳投药量相对于剩余污泥均有所增加,说明消化污泥脱水性能变差。分析了2种污泥中胞外聚合物(EPS)含量及污泥颗粒特性的变化,表明消化过程导致EPS的降解并向液体中释放。随着EPS含量的减少,由EPS架桥形成的较大絮体解体成为较小的污泥颗粒,污泥中小颗粒的比例增加,污泥的脱水性能变差。

海口市污水处理厂污泥消化的运行分析

白沙门污水处理厂(30×104m3/d)是海口市利用德国政府软贷款兴建的第一座城市污水处理厂,处理工艺为高负荷生物处理加深海排放。2005年以前,该厂污泥仅经重力浓缩后直接离心脱水。在消化池投入运行后,污泥利用厌氧消化进行稳定处理及离心脱水,产生的沼气用来发电,其废热用于加热消化池污泥。从消化对污泥脱水、污泥量及其经济效益和环境影响等方面进行对比分析,阐明消化作为稳定工艺的必要性。在运行中应加强对沼气脱硫塔的维护,避免由于磷酸铵镁(MAP)的形成而堵塞污泥管道,同时还应积累对沼气发电机组的操作及其维护的经验。

生物炭对污泥热解液与牛粪共厌氧发酵的影响

利用4种以芦苇和互花米草为原料的生物炭促进含大量毒性有机物的污泥热解液(SSPL)和牛粪的共厌氧发酵,以实现SSPL的降解并促进其产甲烷,同时分析了炭源中无机质的影响.结果表明:与对照组相比,添加生物炭后可将产甲烷高峰日提前4~8d,累计甲烷产量提升78.8%~157.2%;4种生物炭的促进效果与其炭源中无机质的含量呈负相关.生物炭通过吸附SSPL降低其生物有效性、为微生物提供载体和微量元素、促进种间电子转移来提升甲烷产量.炭源中无机质含量越高,生物炭对SSPL的吸附效果越差,厌氧发酵结束后SSPL的残留量越高;炭源中的碱土金属盐比碱金属盐对厌氧发酵过程更有利.

油松育苗地施用污泥厌氧消化产品重金属污染风险评价

[目的]探究城镇排水污泥厌氧消化产品在油松育苗地施用后的重金属累积情况及其污染风险,为判定其应用的可行性及确定其施用量提供依据。[方法]在现有18年生油松大苗育苗地,采取随机区组试验设计,按0、1、2、3、4、5 kg/m^(2)设置6个施用量水平定株施入污泥产品,通过测定土壤中铜(Cu)、镍(Ni)、铬(Cr)、锌(Zn)、镉(Cd)、汞(Hg)、砷(As)、铅(Pb)8种重金属的含量,利用潜在生态危害指数法对不同处理下的土壤环境质量进行评价。[结果]铜、镍、铬、锌、铅5种重金属随着污泥产品施用量的增加呈现先减少后增加的趋势,且在污泥产品中含量较高的铜、锌在0~20和20~40 cm土层中对照组皆显著高于4 kg/m^(2)的处理(P<0.05),砷和汞含量变化幅度不大。不同土层重金属总量随施肥量增加的变化趋势类似,并在0~20 cm土层4 kg/m^(2)处理下出现最小值。重金属镉具有产生污染的潜在风险,且在4 kg/m^(2)处理下潜在生态危害指数最低。其他重金属单独作用或8种重金属共同作用均为低生态风险。[结论]综合考虑镉的生态风险及重金属含量的变化情况,在油松大规格苗木移植培育育苗地施用污泥产品可将用量控制在4 kg/m^(2)较为适宜。