污泥厌氧发酵产酸机理及应用研究进展

为了实现污水中污泥减量化和资源化,对其进行厌氧消化是目前国际上应用最广泛的处理方法。酸化阶段的重要产物——挥发性脂肪酸（VFAs）不仅可以作为污水脱氮除磷的碳源,还是合成生物质塑料聚羟基脂肪酸酯（PHAs）的理想底物。简单介绍了污泥厌氧发酵产酸的代谢机理和微生物机理,对近年来污泥厌氧发酵产酸的研究成果进行了梳理,重点论述了底物种类、预处理技术、pH值、发酵温度等因素对污泥厌氧发酵产酸的影响及研究进展,总结并对比了不同底物类型、发酵温度、酸性和碱性条件下都可影响发酵产酸的产量及酸种类分布,而污泥预处理技术则倾向于提高酸的产量,对酸种类分布影响不大。介绍了污泥厌氧发酵产酸在合成PHAs、生物能源和污水的脱氮除磷等方面的应用情况。最后,针对污泥厌氧发酵产酸会因底物有机成分不同,导致酸化效率有所差异,同时控制底物种类、pH值和温度等因素不仅影响产酸量,还会影响产酸类型和产物种类。提出了今后的研究方向主要是深入分析不同底物的酸化效率差异原因、污泥定向发酵产酸,实现总VFAs中各种酸比例调控。     

碱性蛋白酶与烷基糖苷协同促进剩余污泥厌氧发酵产酸

针对剩余污泥厌氧发酵产短链脂肪酸(SCFAs)面临的污泥水解效率低的问题,将碱性蛋白酶(AP)与烷基糖苷(APG)联合用于污泥厌氧发酵产酸中。结果表明,AP与APG在强化污泥厌氧发酵产SCFAs过程中具有协同作用,在9%g AP/g SS和0.20 g APG/g SS的作用下,在厌氧发酵第3 d取得的最大SCFAs产率为214.80 mg COD/gVSS,显著高于两者单独作用时,且以乙酸为主。AP与APG的协同作用提高了污泥增溶与水解效率,改善了污泥发酵液的生物可降解性能,为酸化阶段提供了良好的发酵底物。同时,蛋白酶、α-葡萄糖苷酶、乙酸激酶的活性得到提高。微生物群落结构分析表明,AP与APG的协同作用提高了Firmicutes、Bacteroidetes和Actinobacteriota等水解酸化类微生物的相对丰度,而Proteobacteria和Cloroflexi等消耗SCFAs的微生物的相对丰度显著降低。     

含砂量对污泥碱性发酵产挥发性脂肪酸的影响

我国城市污水处理厂普遍存在污泥含砂量较高的现象。研究了含砂量(15%、30%、45%和60%)对污泥碱性发酵产挥发性脂肪酸(VFAs)的影响。结果表明,含砂量的升高抑制了污泥的水解酸化,含砂量从15%升高至60%,VFAs从(314.0±11.93)mg COD_Cr/(g VSS)降至(257.1±12.34)mg COD_Cr/(g VSS)。随含砂量的升高,溶解性蛋白质浓度从(75.83±2.79)mg/(g VSS)下降至(58.40±0.90)mg/(g VSS),类色氨酸和类芳香蛋白质的荧光强度以及小相对分子质量(<1 kDa)蛋白质的浓度均有所下降,Firmicutes(厚壁菌门)、Proteobacteria(变形菌门)及Acinetobacter(不动杆菌属)等水解酸化细菌的丰度也明显降低,进而导致了VFAs产量的降低。本研究对于高含砂量污泥碱性发酵产酸系统的运行优化具有指导意义。     

剩余污泥厌氧发酵产中链脂肪酸的研究进展

随着城市人口增多,污水处理厂处理污水的量增加,剩余污泥产量因此也大幅增加。目前污泥厌氧处理回收甲烷、氢气和短链脂肪酸(SCFAs)是实现资源化的主要途径。但上述产物具有潜在温室效应,分离提纯难等限制性特点。近期,长链脂肪酸(MCFAs)作为一种新型的厌氧发酵产物具有易分离提取、高热量值和广阔的应用前景等优势而受到广泛关注。本文首先介绍了污泥厌氧处理的常规产物类型及特点,MCFAs的性质与优势;其次总结了剩余污泥产MCFAs的主要路径与方法;随后综述了强化剩余污泥产MCFAs技术的重要研究进展,重点阐述了这些技术通过改变发酵底物性质、功能微生物及发酵反应环境等因素影响MCFAs的生产。最后,对未来剩余污泥产MCFAs的研究重点进行了展望。     

温度对污泥厌氧发酵产酸过程的影响

污泥厌氧发酵不仅可以产生短链脂肪酸补充污水脱氮除磷【l】工艺中碳源的不足,还可以实现污泥的减量化和资源化。该文综述了温度对污泥厌氧发酵产酸影响的研究进展,着重讨论了温度对污泥厌氧发酵过程中水解、短链脂肪酸（scFAs）累积、甲烷的产生和污泥减量化等方面的影响,并对今后的研究方向进行了展望。     

预处理法促进剩余活性污泥生产挥发性脂肪酸

采用不同方法（加热法,加热超声法,碱处理法）对污泥进行预处理,考察污泥水解酸化效果。结果表明：经加热超声法预处理的活性污泥,在温度315℃,机械搅拌转速450rpm的条件下,污泥厌氧水解酸化12h后,挥发性脂肪酸（VFAs）的产量最高可达3035mg/L,其中主要成分为乙酸841mg/L、丙酸194mg/L、丁酸420mg/L、戊酸1579mg/L。     

污泥厌氧发酵产酸技术研究进展

阐述了污泥厌氧发酵产酸的机理;归纳了污泥厌氧发酵产酸的影响因素：C/N、温度、pH、污泥停留时间、污染物等,并指明控制污泥厌氧发酵体系C/N比为20～30,温度为25～40℃,pH为10,污泥停留时间为5～10 d以及合适的污染物浓度有利于SCFAs积累;综述了共发酵和联合预处理这两种污泥厌氧发酵产酸技术的最新研究进展,两种产酸技术均可显著提高SCFAs产量;最后提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,旨在为污泥处理与处置、厌氧消化实现资源最大化提供参考。     

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。     

剩余污泥与秸秆发酵产酸研究进展

随着我国经济的迅猛发展,人们生活水平的提高,所产生的废物量日益增多。目前利用污泥和秸秆作为碳源发酵产酸是一种变废为宝的处理方式。研究表明,发酵前对污泥与秸秆进行适当的处理,可以使有机质的溶出量增大,从而增加VFA的产量。而从发酵产酸的机理入手,研究其产酸的过程,有利于人为调控发酵参数使得VFA的产出量增加。     

乙醇型发酵法生物制氢中COD浓度变化对发酵厌氧活性污泥产氢系统的影响

以糖蜜废水为底物,利用连续流搅拌槽式反应器(CSTR)作为反应装置,通过实验在乙醇型发酵情况下,维持其他参数不变,改变反应器内COD浓度,对糖蜜废水厌氧发酵生物制氢进行了研究.结果表明在一定范围内,反应器的产氢产气量随着COD浓度变化成正比,超过某一范围系统即崩溃.     

Acidogenic fermentation of blended food‐waste in combination with primary sludge for the production of volatile fatty acids

The performance of a laboratory‐scale anaerobic acidogenic fermenter fed with a mixture of blended kitchen food‐waste and primary sludge from a sewage treatment plant was investigated for the production of volatile fatty acids (VFA). The operating variables for acidogenic fermentation were kitchen food‐waste content (10 and 25 wt %), hydraulic retention time (HRT: 1, 3 and 5 days), temperature (ambient: 18 ± 2 °C, and mesophilic: 35 ± 2 °C) and pH (varied from 5.2 to 6.7). The experimental results indicated that effluent VFA concentrations and VFA production rates were higher at ambient temperature than at mesophilic conditions. The net amount of VFA with 10 wt % food‐waste increased up to 920 mg dm^?3 with an increase of HRT, but contrasting results (a decrease of 2610 mg dm^?3) were found due to the conversion of VFA into biogas in the case of 25 wt % food‐waste, which increased significantly at HRT of 3–5 days. In terms of biogas composition (CO₂ and CH₄), the organic matter was converted into CO₂ through the oxidative pathway by facultative species at low temperature while mesophilic temperature and optimum pH (6.3–7.8) played a pivotal role in increasing rate of conversion of VFA into biogas by methanogenesis. Rates of VFA production and their conversion are dependent on the food‐waste content in the mixture. Yet, the higher concentration of food‐waste (25% compared with 10%) did not produce VFA proportionally due to the increased rate of conversion of VFA into gaseous products. The maximum VFA production rate (0.318 g VFA_produced g^?1 VS_fed day^?1) was achieved in the 10 wt % food‐waste at ambient temperature and at a 5‐day HRT. Copyright © 2005 Society of Chemical Industry     

不同预处理温度对厌氧颗粒污泥发酵产氢的影响

为消除发酵生物制氢系统接种污泥中的耗氢菌,加速系统的启动进程并提高产氢效能,以啤酒厂废水处理车间的厌氧颗粒污泥为对象,通过间歇发酵试验,探讨了经65、80、95、110、121℃处理后的污泥的产氢特性.葡萄糖间歇发酵试验证明,在初始pH 7.0,葡萄糖浓度10000 mg·L-1、污泥接种量2 g MLVSS·L-1等...     

预处理温度对剩余活性污泥生产挥发性脂肪酸的影响

考察了预处理温度对剩余污泥水解酸化生产挥发性脂肪酸(VFAs)的影响.分别在70、80、90、100℃下处理剩余活性污泥2 h,考察其水解酸化情况.结果表明:热处理可提高溶液中的SCOD及碳水化合物含量,提高效果随温度升高而增大;预处理温度对污泥产酸的促进效果为:90℃>80℃>100℃>70℃.经加90℃处理的活性污泥在缺氧条件下水解酸化30 h后,VFAs的产酸量达到最大,为946 mg/L.VFAs包括乙酸、丙酸、丁酸和戊酸,其中乙酸和丙酸为主要产物,热顶处理污泥可提高VFAs中乙酸的含量.     

Effects of butyric acid stress on anaerobic sludge for hydrogen production from kitchen wastes

BACKGROUND: Anaerobic digestion is an alternative technology to achieve the dual benefits of hydrogen production and waste stabilization from kitchen wastes. In this work, the butyric acid stress on anaerobic sludge was investigated in order to improve the tolerance of sludge against organic acids, and to enhance hydrogen accumulation. RESULTS: The tolerance of butyric acid in anaerobic sludge increased with the stress concentration, however, it decreased at concentrations greater than of 4.0 g L^?1. The maximum hydrogen yield reached 63.72 mL g^?1 VS at 4.0 g L^?1 stress, representing an increase of 114% compared with the control group. The concentration of volatile solids (VS) of the sludge and SCOD increased steadily with time up to 20 h. At 4.0 g L^?1 butyric acid stress, the maximum activity of β‐glucosidase, BAA‐hydrolysing protease and dehydrogenase enzyme were 14912.1 µmol PNP g^?1 TS h^?1, 134.14 µmol NH₄‐N g^?1 TS h^?1 and 7316.42 µg TF g^?1 TS h^?1, which were 2.78, 1.90 and 2.01 times that of the control, respectively. CONCLUSIONS: The feasibility of butyric acid stress on anaerobic sludge to increase hydrogen production from kitchen wastes was demonstrated. Remarkably, 4.0 g L^?1 butyric acid stress was found to be favorable for improving the tolerance of butyric acid in sludge as well as hydrogen yield in the experiment. Copyright © 2010 Society of Chemical Industry     

挥发性脂肪酸和氨氮对污泥厌氧消化中病原指示微生物灭活的影响

通过外源添加不同浓度挥发性脂肪酸(VFA)和氨氮,模拟研究剩余污泥固态中温(35℃)厌氧消化条件下,VFA和氨氮浓度对病原指示微生物灭活效果的影响。试验结果表明:经过VFA组持续8 d和氨氮组持续28 d的厌氧消化后,消化液中的总大肠杆菌和粪大肠杆菌的杀灭率均达到99.9%以上;且初始VFA和氨氮浓度越高,消化系统中病原指示微生物的灭活效果越好。厌氧消化结束后,高浓度VFA组和氨氮组粪大肠杆菌均在检测限以下,表明剩余污泥固态厌氧消化中产生的高浓度VFA和氨氮能够提高剩余污泥消化残渣的生物安全性。     

灰分在印染污泥热解气化中的协同催化机理

印染污泥中含有大量的金属基组分。选取其中的主要金属氧化物组分,分别进行单组分与多组分添加开展催化热解实验,采用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、热解-气质联用、热质联用分析手段,研究金属基组分对印染污泥的催化热解效应,探索了各金属基组分在热解过程中的协同催化作用机理。结果表明,不同金属基化合物在热解过程中显示了不同的催化热解温度区间和催化性能,对热解的催化协同效应是Fe₂O₃、ZnO、CaO和Na₂CO₃四种组分共同作用的效果。协同作用可以分为两个阶段：250~500℃为主热解区,各金属基组分都发挥着催化剂的作用,促进大分子化合物的裂解;在600℃之后的高温热解区间,Fe₂O₃等组分可与原料中的碳成分发生还原反应,造成热重曲线明显失重峰,进一步提升残渣的裂解特性。