流体剪切与超声空化破解剩余污泥的参数优化

为提高剩余污泥的破解效果并降低能耗,采用FS（fluid shear,流体剪切）、UC（ultrasonic cavitation,超声空化）、FS和UC联合工艺（FS-UC,UC-FS）破解剩余污泥,并应用单因素试验结合响应面法对联合工艺进行优化.结果表明:FS对剩余污泥破解效果一般,只在开始阶段具有较好效果,随作用时间延长,破解效果未有显著提高甚至下降.UC对剩余污泥破解效果明显,随作用时间延长,破解效果显著提升,但能耗也随之增大,EDR（energy disintegration ratio,效能比）明显下降.相同作用时间下,UC破解效果优于FS破解效果,UC破解剩余污泥的DD_COD（degree of disintegration,破解率）与EDR均明显高于FS方法.单因素试验得出的较优FS作用时间范围为2~8 min,较优UC作用时间范围为5~15 min.响应面法试验结果显示,联合工艺的剩余污泥破解效果和能量利用率均优于单一方法,联合工艺中FS-UC工艺的破解效果优于UC-FS工艺.FS-UC工艺的最佳参数:FS处理5.6 min再UC处理15.0 min,该条件下剩余污泥实际DD_COD为50.8%,EDR为26.8%.UC-FS工艺的最佳参数:先UC作用15.0 min再FS作用7.8 min,该条件下剩余污泥实际DD_COD为36.5%,EDR为17.1%.研究显示,以DD_COD和EDR为指标,4种工艺的高效性顺序为FS-UC > UC-FS > UC > FS,其中FS-UC工艺具有能耗低、破解效率高的特点,是4种工艺中剩余污泥破解效果最好的一种工艺.      

碱性环境中臭氧破解污泥的效果研究

实验研究发现,在碱性环境中臭氧破解污泥的效果下降;将污泥pH调至11,24 h后,MLSS减少率=38.3%、MLVSS减少率=45.1%;通入臭氧18 min后,MLSS减少率=18.3%、MLVSS减少率=27.2%;污泥减量过程中pH呈下降趋势.     

水力空化联合臭氧氧化协同促进剩余污泥溶胞

为有效提高剩余污泥溶胞效率并减少剩余污泥产量,采用水力空化与臭氧反应相结合的方法促进剩余污泥溶胞。系统探究了二者协同作用下剩余污泥的减量效果、有机质的释放、胞外聚合物(EPS)的解聚,分析污泥形态结构和各类溶解性有机物的变化趋势。结果表明：当臭氧浓度为(160±10) g/m³,水力空化联合臭氧处理135 min后,污泥的挥发性悬浮固体和总悬浮固体去除率分别为79.12%和68.55%,DD_COD达到90.67%,ρ(NH⁺₄-N)由(3.15±0.07) mg/L增加至(42.75±0.21) mg/L,蛋白质和多糖总量分别提高了627.05%和957.28%。剩余污泥经水力空化联合臭氧氧化处理后,粒度扫描和显微镜观察结果表明其颗粒较原泥显著变小;三维荧光结果显示该方法可有效增强污泥溶胞效果,在促进污泥溶胞和减量方面表现出显著的协同效应。     

超声波-氢氧化钙联合破解剩余污泥的效果

在对超声波、Ca(OH)2单独破解污泥效果研究的基础上,运用响应面法对超声波-Ca(OH)2联合破解剩余污泥的效果进行研究。结果表明:超声波单独破解剩余污泥过程中,污泥破解效果与超声波能量密度和作用时间均成正相关;Ca(OH)2单独破解剩余污泥过程中,当Ca(OH)2投加量为0.04 mol/L时,污泥破解效果最佳,1 h内污泥的破解率(DD)由控制样的0.61%增长到7.48%;联合破解剩余污泥效果优于2种单独破解效果,污泥破解率与超声波能量密度(A)、Ca(OH)2投加量(B)、联合作用时间(C)满足三元二次方程方程DD=-2.660-0.057A+484.738B-0.048C+0.441AB-2.233×10-3AC-0.088×BC-2.909×10-4A2-6 055.000 B2+2.117×10-4C2,且超声波与Ca(OH)2联合破解污泥过程中存在协同效应,当超声波能量密度为0.10 kW/L、Ca(OH)2投加量为0.04 mol/L、联合作用时间为60min时,污泥的破解率达到19.60%,此时协同效应最强。     

以超声波破解剩余污泥为碳源强化污水脱氮

针对污水厂生物脱氮碳源不足和剩余污泥难以处置的问题,探讨了利用超声波处理后的剩余污泥作为生物脱氮外加碳源的可行性。研究采用三因素三水平的响应曲面分析法,考察了超声波声能密度、时间和pH对剩余污泥可生化性(BOD_5)的影响,确定了超声波破解剩余污泥的最佳工艺条件。结果表明:在超声波声能密度为2. 0 W/m L,超声波时间为40 min和pH=7. 0的条件下,剩余污泥ρ(BOD_5)为2195 mg/L,增加为原来(88 mg/L)的24. 9倍,大大增强了其可生化性。超声波破解前后剩余污泥的大肠菌群检测结果证明,超声波破解也可将致病菌灭活,使剩余污泥无害化。在以3种剩余污泥产物为外加碳源的反硝化实验中,利用最佳参数条件下处理的剩余污泥为碳源时反硝化效果最好,反应仅进行14 h,ρ(NO_3~--N)从108 mg/L迅速降至3 mg/L,去除率达到95%以上,NH_4~+-N几乎无积累,整个反硝化过程完成仅需24 h,表明采用优化后的超声波预处理条件可以有效提升以剩余污泥为碳源的反硝化效果。     

超声波对污泥破解及改善其厌氧消化效果的研究

利用槽式超声波发生器对城市污水处理厂剩余污泥进行处理,研究超声波对污泥的破解效果以及破解后污泥消化产气能力的改善情况,分别比较超声波发生方式、处理时间、功率和声能密度等因素对污泥破解及厌氧消化等特性的影响.结果表明,经过超声波处理后的污泥在厌氧反应初期.其产气速率增长较为明显.同时,单频超声波处理后污泥的厌氧产气累积增量高于双频超声波,为40.93%.而双频超声波处理后污泥的SCOD溶出量大,比单频高23.5%.     

流体剪切破解剩余污泥的实验与模拟研究

污水处理过程中产生大量剩余污泥需妥善处理处置,剩余污泥的破解是众多污泥减量化与资源化处理工艺的有效预处理过程。利用组织捣碎机产生流体剪切力破解剩余污泥,考察在19 000 r/min和24 000 r/min下,破解500 m L剩余污泥0.5~10 min的效果,并应用FLUENT软件对流体剪切力破解剩余污泥的过程进行模拟。结果表明,破解10 min后,24 000 r/min时SCOD增加4.76倍,蛋白质增加2.68倍,肽聚糖由0增至387 mg/L;19 000 r/min时SCOD增加4.68倍,蛋白质增加2.63倍,肽聚糖由0增至304 mg/L。在破解的3 min内各指标增长最快,3 min后破解效率逐渐降低,持续增加破解时长,对破解效率的提高作用不大。通过FLUENT数值模拟得出,高速旋转的叶片带动污泥在容器内形成剧烈的湍流,产生了足够大的流体剪切力,使得污泥中微生物的细胞壁破碎。实验与模拟结果说明流体剪切破解污泥的是一种有效的方法。     

三种预处理方法对污泥的破解效果

运用热水解、超声波和微波等3 种方法预处理污水剩余污泥,通过测定污泥pH 值、可溶性蛋白质、总糖和可溶解性化学需氧量(SCOD)等指标考察其对污泥破解效果的影响.结果表明,在各种预处理中,污泥pH 值变化不显著.污泥破解效果随处理强度的增加而增强.超声波ED=2W/L,t =10min 条件时,污泥的破解效果最好,可溶解性蛋白质、总糖和SCOD 浓度分别为1013.6,512.6,4184 mg/L;SCOD/TCOD 值较原始污泥升高了41.73%.从实际应用和运行成本考虑,长时间而低强度的处理都能够达到较为理想的破解效果,即热处理(t=75min,T=45℃),超声波处理(t =10min,ED=0.5W/L),微波处理(t =300s, p =70W). 在能耗相同的条件下,破解效果为超声波>微波>热水解.     

污泥基活性炭催化臭氧氧化降解水中微量布洛芬的效能研究

以城市污水处理厂脱水污泥和玉米芯为原料,氯化锌为活化剂制备污泥基活性炭(SAC),考察其催化臭氧氧化去除水中稳定性药物布洛芬(IBP)的效能.试验中对比考察了单独臭氧氧化、单独SAC吸附、SAC催化臭氧氧化这3种工艺对水中IBP(初始浓度为500μg.L-1)的去除效果,同时研究了臭氧与SAC投加量对催化效果的影响.结果表明,单独臭氧氧化对IBP的去除率随臭氧浓度的增加而增加,当臭氧浓度由0.75 mg.L-1增加至3.0 mg.L-1时,IBP的去除率由44.4%提高到100%;单独SAC对IBP的吸附去除效果较差,即使SAC投加量增至100 mg.L-1,吸附时间为40 min时,IBP的吸附去除率仅为44.56%;SAC催化臭氧氧化工艺中,IBP去除速率大大加快,在反应的初始阶段(0～5 min)SAC催化臭氧氧化对IBP的去除率要远远高于单独臭氧氧化和单独SAC吸附二者作用之和.臭氧与SAC的投加量对IBP的催化氧化去除效果具有较大影响.SAC催化臭氧氧化IBP分为瞬时需氧阶段反应(0～5 min)和慢速反应(5～40 min)两阶段.快速反应阶段以.OH与IBP反应为主,慢速反应阶段残余臭氧浓度很低,此时主要以SAC吸附去除IBP为主.     

城市污水处理厂污泥臭氧减量技术研究

通过半连续式实验考察了臭氧投加量和初始pH对剩余污泥臭氧处理的影响.结果表明,随着臭氧投加量的增加,污泥溶解率增加,有机质、氮、磷等物质释放到污泥液相中;最佳臭氧投加量控制在约150 mg·g-1(以SS计),污泥溶解率可达约26%;污泥臭氧减量应在初始pH中性或偏碱性条件下进行,此时污泥溶解率较高,有利于有机质和氮的溶出.臭氧处理后污泥回流至生物处理系统对微生物的生物活性、COD和TN的去除效果无显著影响,但由于系统中无剩余污泥排放,导致TP的去除效果明显下降.臭氧处理后污泥上清液的Ca(OH)2除磷实验发现,较高的钙磷摩尔比对上清液除磷有利;当其值控制在10.0左右时,TP的去除率大于80%.     

低强度超声波改善污泥活性

采用城市污水处理厂的好氧活性污泥为试验材料,以好氧呼吸速率(OxygenUptakeRate,OUR)为指标,研究活性污泥在超声波强度0～1.2W/cm²、辐照时间0～40min处理后活性的变化.发现当采用超声波强度0.3W/cm²,辐照时间10min,对提高污泥活性的效果最为显著,不适当的处理时间与处理强度则不利于污泥活性的提高.因此,利用超声波激励污泥活性存在最佳的超声波强度和辐照持续时间.另外,研究了强度0.3W/cm²,辐照时间10min超声波辐射处理后0～48h中污泥活性的变化规律,发现超声辐照8h后污泥活性达到最大值,为辐射处理后初始活性的2倍,24h后超声波的强化作用基本消失.因此,可采用强度0.3W/cm²超声波每隔8h取反应器中的部分活性污泥辐照10min后再返回反应器,来提高生物反应器的处理效率.本文还对低强度的超声波改善污泥活性的可能机制进行了假说性解释.     

臭氧在中试规模污泥原位减量中的应用

为探究高、低浓度臭氧旁路处理对中试系统出水水质、污泥减量率的影响,采用两组系统(对照组:厌氧/缺氧/好氧(A/A/O),试验组:A/A/O+臭氧旁路处理)在5个工况下运行183d.结果表明,利用剂量为13mg/g MLSS(25mg/g MLVSS)臭氧处理占生物反应池容积20％的回流污泥时,系统运行性能良好;在此操作...     

超声对净水沉淀污泥絮体特性及对污泥回流效能的影响

为解决污泥回流强化混凝技术存在的有毒有害物质积累的问题,取净水沉淀污泥经超声预处理后进行回流试验,考察超声作用后净水沉淀污泥絮体特性的变化及其对回流效能的影响.结果表明:超声作用后污泥溶液的温度升高,絮体粒径减小,长时间作用后粒径可降至几个mm,且粒径与声能密度呈现相关性;1,5W/mL的超声处理后,絮体Zeta电位降低,比表面积增大,10,15W/mL的超声处理后絮体Zeta电位升高,比表面积有所下降;低声能密度(1W/mL)超声处理后污泥回流可强化混凝效果,30min超声作用后污泥回流的浊度、UV254和CODMn去除率分别提高了2.7%、23.12%和10.02%,长时间高声能密度(15W/mL)超声波处理污泥回流后混凝效果反而恶化.超声技术对污泥回流后污染物的去除率有一定的提高,但超声时间和声能密度必须很好控制.     

Treating both wastewater and excess sludge with an innovative process

The innovative process consists of biological unit for wastewater treatment and ozonation unit for excess sludge treatment. An aerobic membrane bioreactor( MBR ) was used to remove organics and nitrogen, and an anaerobic reactor was added to the biological unit for the release of phosphorus contained at aerobic sludge to enhance the removal of phosphorus. For the excess sludge produced in the MBR, which was fed to ozone contact column and reacted with ozone, then the ozonated sludge was returned to the MBR for further biological treatment. Experimental results showed that this process could remove organics, nitrogen and phosphorus efficiently, and the removals for COD, NH3-N, TN and TP were 93.17%, 97.57%, 82.77% and 79.5%, respectively. Batch test indicated that the specific nitrification rate and specific denitrifieation rate of the MBR were 1.03 mg NH3-N/(gMLSS^ h) and 0.56 mg NOx-N/(gMLSS^ h), and denitrification seems to be the rate-limiting step. Under the test conditions, the sludge concentration in the MBR was kept at 5000--6000 rng/L, and the wasted sludge was ozenated at an ozone dosage of 0.10 kgO3/kgSS. During the experimental period of two months, no excess sludge was wasted, and a zero withdrawal of excess sludge was implemented. Through economic analysis, it was found that an additional ozonation operating cost for treatment of both wastewater and excess sludge was only 0. 045 RMB Yuan( USD 0.0054)/m^3 wastewater.     

一种曝气过滤元件的特性研究

针对膜生物反应器面临的膜污染问题,开发一种新型的曝气过滤元件,该元件一方面可恢复元件污染造成的通量的下降,另一方面可有效补偿微生物反应过程中对氧的需求.在清水、高岭土配水、活性污泥3种条件下研究了该元件的过滤通量的特性,得出该元件在清水和高岭土配水条件下具有大通量特性,并分析了在活性污泥条件下失去大通量的原因.确定了元件2的优化实验条件:压力0.15 MPa,元件过滤表面冲刷速率9.26 m/s,曝气强度18 m3/(h*m2),运行时间70 min,曝气时间5 min.曝气反冲前后过滤通量的变化情况初步表明了气体反冲对过滤通量的恢复效果显著.      

基于臭氧旁路处理的污泥原位减量技术工艺

探究基于臭氧旁路处理的污泥原位减量技术在不同臭氧含量以及不同污泥龄条件下的工艺参数和污泥性质.本研究发现75 mg·g^-1（以O₃/MLVSS计）为实现污泥减量并维持污水处理系统正常处理能力较为适宜的臭氧含量,该含量下的臭氧旁路处理后污泥产率系数Y_h从0.331 g·g^-1减少到0.326 g·g^-1,衰减系数K_d从0.046 d^-1增加到0.050 d^-1,污泥产生速率减小,衰减速率增大,且污泥龄为10 d时SBR系统出水水质良好.即臭氧含量75 mg·g^-1、污泥龄为10 d条件下的臭氧旁路处理为适宜的工艺条件,此时剩余污泥减量12%.该工艺条件下的臭氧旁路处理改变了剩余污泥中微生物在门和属上的种群丰度,臭氧旁路处理后拟杆菌门相对丰度增加1.2倍,与硝化和反硝化相关的变形菌门相对丰度从24%降低到18%,硝化细菌相对丰度的减少影响了污水处理系统的脱氮能力,但出水总氮仍满足一级B排放标准;在属上Lactococcus等乳酸菌的种群相对丰度从0.4%增加到21.6%.同时,剩余污泥胞外聚合物（EPS）中蛋白质与腐殖质类等大分子有机物比例增加,使CST值从15 s升高至17 s,Zeta电位从-10.04 mV下降至-15.20 mV,剩余污泥的SVI由54 mL·g^-1升高至62 mL·g^-1,说明沉降性能和脱水性能受到一定影响,但系统的出水SS含量以及抽滤后泥饼含固率变化不明显,系统仍能够稳定运行,未明显影响剩余污泥的后续脱水.     

Low intensity ultrasound stimulates biological activity of aerobic activated sludge

This work aims to explore a procedure to improve biological wastewater treatment efficiency using low intensity ultrasound. The aerobic activated sludge from a municipal wastewater treatment plant was used as the experimental material. Oxygen uptake rate (OUR) of the activated sludge (AS) was determined to indicate the changes of AS activity stimulated by ultrasound at 35 kHz for 0–40 min with ultrasonic intensities of 0–1.2 W/cm². The highest OUR was observed at the ultrasonic intensity of 0.3 W/cm² and an irradiation period of 10 min; more than 15% increase was achieved immediately after sonication. More significantly, the AS activity stimulated by ultrasound could last 24 h after sonication, and the AS activity achieved its peak value within 8 h after sonication, or nearly 100% higher than the initial level after sonication. Therefore, to improve the wastewater treatment efficiency of bioreactors, ultrasound with an intensity of 0.3 W/cm² could be employed to irradiate a part of the AS in the bioreactor for 10 min every 8 h. Translated from Environmental Science, 2005, 26(4): 124–128 [译自: 环境科学]     

Enzyme extraction by ultrasound from sludge flocs

Enzymes play essential roles in the biological processes of sludge treatment. In this article, the ultrasound method to extract enzymes from sludge flocs was presented. Results showed that using ultrasound method at 20 kHz could extract more types of enzymes than that ultrasound at 40 kHz and ethylenediamine tetraacetic acid (EDTA) methods. The optimum parameters of ultrasound extraction at 20 kHz were duration of 10 min and power of 480 W. Under the condition, ultrasound could break the cells and extract both the extracellular and intercellular enzymes. Ultrasound power was apparently more susceptive to enzyme extraction than duration, suggesting that the control of power during ultrasound extraction was more important than that of duration. The Pearson correlation analysis between enzyme activities and cation contents revealed that the different types of enzymes had distinct cation binding characteristics.