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.     

两种表面活性剂对剩余污泥产酸影响的比较研究

在批式反应器中研究了常温下2种(两性和阳离子)表面活性剂对剩余污泥产酸的影响,结果表明,2种表面活性剂均能较大幅度地提高剩余污泥生产有机酸的产量.在污泥发酵的第4天,0.1g·g-1(表面活性剂与污泥干重比,下同)的两性和阳离子表面活性剂可分别使剩余污泥生产有机酸的浓度达到226.4和861.4 mg·L-1(以COD计,下同),而空白试验中生成的有机酸浓度仅为3.2 mg·L-1.同时,剩余污泥的有机酸产量随表面活性剂加入量的增加而增加.当表面活性剂的加入量低于0.2 g·g-1时,用两性表面活性剂处理的剩余污泥中有机酸浓度仅为用阳离子表面活性剂处理的剩余污泥中有机酸浓度的50%;当表面活性剂的加入量增至0.3 g·g-1时,两者的有机酸最大产量接近.此外,表面活性剂的种类和加入量对有机酸的组成分布也有一定的影响.     

盐度强化剩余污泥碱性发酵产酸

短链脂肪酸(SCFAs)是生物脱氮除磷的优质碳源,为提高剩余污泥碱性发酵SCFAs的产量,分别在20℃和35℃条件下,考察了不同盐度(0~25g/L)对剩余污泥碱性(pH=10)发酵的影响.结果表明:在20℃和35℃条件下,投加适量的氯化钠均可提高SCFAs产量,且氯化钠投加量为15g/L时SCFAs产量最大,较不投加时分别提高了42.3%和15.0%.进一步的研究表明,适量的投加氯化钠促进了生成SCFAs所需底物(蛋白质和多糖)的释放,同时提高了发酵系统的C/N(SCFAs/NH4+-N).因此,盐度联合碱性pH值可强化剩余污泥发酵产生SCFAs,同时达到剩余污泥减量的效果.     

烷基多苷促进污泥水解产酸的研究

采用向污泥中投加生物表面活性剂烷基多苷(APG)的方法,研究了APG投加量和水解时间对剩余污泥水解产酸过程的影响.结果表明,APG显著降低污泥表面张力,强化污泥水解,在最适投加量(以TSS计,下同)0.2 g·g-1下,SCOD、蛋白质和可溶性糖的浓度均在12h内达到最大,分别由初始的4 280.2、1 122.9和246.5 mg·L-1上升到6 481.1、1 639.3和1 205.8mg·L-1,同时短链脂肪酸(SCFAs)浓度由1 309.9 mg·L-1增加为2 221.6 mg·L-1,且SCFA的组分分布随之改变,APG投加量越大,SCFAs达到最大浓度所需时间也随之延长.随着APG投加量的增大,α-葡萄糖苷酶相对活力由1.5升至2.5,而蛋白酶相对活力在低投加量下由1.4升至1.9,高投加量下降至1.5.不论APG是否存在,α-葡萄糖苷酶和蛋白酶的活力在达最高后都随着水解时间的延长而逐渐降低.整个过程中pH均呈现先减小后增大的趋势.     

柠檬酸钠强化剩余污泥酶水解和酸化的研究

厌氧条件下,研究了阳离子络合剂柠檬酸钠(SC)对剩余污泥酶水解和酸化的影响.结果表明:络合剂SC提高了污泥酶水解和酸化的效率,溶解性蛋白质和碳水化合物溶出量增加,SC的最佳投加剂量为0.432 g·g-1(以TS计,下同).络合剂SC可以提高污泥中短链脂肪酸(SCFAs)的积累量,同时减少达到最大SCFAs积累的时间,缩短厌氧消化时间.空白对照组和蛋白酶组的总SCFAs积累量分别在反应第7 d和第6 d达到最大值,而SC+蛋白酶组(SC 0.432 g·g-1)在反应第2 d就达到了最大值.从酶活性的变化和SEM图可知,SC的投加破坏了EPS的网络结构,原来被束缚、隐藏于污泥基体中的水解酶得到释放,从而提高了污泥水解速率.     

混合外源菌强化剩余污泥微氧水解产酸

利用外源投加酵母菌与醋酸菌的方式促进了剩余污泥水解产生短链挥发性脂肪酸（SCFAs）的产量,考察了混合投加模式下污泥水解溶出的正磷酸盐、氨氮和溶解性COD的浓度,研究水解过程胞外聚合物（EPS）组分中蛋白质及多糖的变化特征.结果表明,在酵母菌和醋酸菌投加量分别为10和20g/L时,发酵第5d实现了最高的SCFAs产量,达到719mgCOD/gVSS,其中乙酸含量为328.78mgCOD/gVSS,占总SCFAs的45.72%.投加两种菌显著促进了剩余污泥水解产生SCFAs,且以乙酸为主.外源菌投加促进了水解酸化过程氨氮和正磷酸盐的释放,最佳反应条件下最大释放量分别为80.66和22.38mg/gVSS,有利于从剩余污泥中回收氮磷.投加外源菌后EPS中的蛋白质和多糖从内层向最外层释放,为污泥水解产酸提供底物.外源投加酵母菌与醋酸菌是促进剩余污泥水解酸化的有效手段.     

混碱调控剩余污泥碱性发酵实现LDHs高效提取短链脂肪酸

氢氧化钙调控剩余污泥碱性发酵,可有效提高发酵液原位合成层状双金属氢氧化物(LDHs)提取短链脂肪酸(SCFAs)的效率.本文拟利用氢氧化钙和氢氧化钠混碱调控剩余污泥碱性发酵,提高发酵过程SCFAs产量,进一步提高SCFAs提取效率.通过配置不同氢氧化钠和氢氧化钙混合比例的碱液,用于调控剩余污泥碱性发酵实验,发现混碱比例为25∶75时,可避免钙离子对污泥水解产酸影响,发酵液中SCFAs浓度达到6581.4 mg·L~(-1)(以每COD计,下同),是空白对照组(4179.4 mg·L~(-1))的1.6倍.同时,碱液提供的钙离子可将污泥发酵过程释放的无机阴离子去除,CO■、PO■浓度分别低至3.7 mmol·L~(-1)和0.5 mg·L~(-1).利用氢氧化钠和氢氧化钙调控剩余污泥进行混碱厌氧发酵,可有效提高SCFAs的产量,消除主要无机阴离子对发酵液原位合成层状双金属氢氧化物(LDHs)提取SCFAs的干扰,合成的LDHs中SCFAs的含量为52.3 mg·g~(-1) LDHs,是空白组(18.9 mg·g~(-1)LDHs)的2.8倍.     

表面活性剂促进剩余污泥酶水解的研究

为了提高污泥酶水解的效率,研究向污泥中投加表面活性剂十二烷基硫酸钠（sodium dodecyl sulfate,SDS）强化污泥酶水解的效果.结果表明,SDS极大促进了剩余污泥酶水解,且复合酶的处理效果优于单酶.复合酶的投加量为0.06 g/g时,SCOD溶出率随SDS投加量成正比增加.SDS为0.20 g/g时,S...     

剩余污泥臭氧化过程中磷的释放及形态转化

以剩余污泥臭氧化过程中含磷物质的形态分布及变化规律为研究核心,分析了不同臭氧投加量下污泥样品中液相和固相中磷的形态,并探讨了不同磷形态与臭氧相关的释放性能.结果表明,臭氧投加量为0.15 g·g~(-1)时,液相总磷(TP_L)含量为38.26 mg·L~(-1),比氧化前污泥混合液中TP_L含量增加了29倍,因此,可将0.15 g·g~(-1)作为实际释磷工艺最佳臭氧投加量.臭氧氧化过程中污泥固相中各形态磷含量及其所占固相总磷(TP_S)比例的变化趋势基本相同.臭氧可提高污泥中磷潜在的生物可利用性,臭氧投加量为0.15 g·g~(-1)时,生物有效磷含量达20.74 mg·g~(-1),在TP_S中所占比例由原始污泥中的73.60%提高至86.27%.TP_L含量的增加主要来自污泥臭氧氧化过程中污泥解絮和溶胞,每溶解1 g MLSS向液相中释放TP_L的量为0.0324 g.     

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。     

生物滴滤池对BTEX的去除及相应细菌群落分析

以预先驯化的菌群和活性污泥作为起始接种物用于生物滴滤池(BTF)中,研究评估了BTF去除苯、甲苯、乙苯和二甲苯混合气体(BTEX)的性能,并利用变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术分析了微生物群落结构的变化.结果表明,BTF能在短时间内得到驯化,填料附着的生物量从第10 d的5.7 mg.g-1迅速增加至第30 d的112 mg.g-1.BTF能同时有效去除混合BTEX中的各组分,在进气负荷和停留时间分别为269.7 g.(m3.h)-1和39 s时,可获得的最大去除能力为216.6 g.(m3.h)-1.DGGE图谱表明,BTF中优势微生物种群主要来源于富集菌群,微生物群落结构随着运行时间发生变化,但在BTF上下空间分布较为均匀.     

生物淋滤-PAC与PAM联合调理城市污泥

采用生物淋滤-聚合氯化铝(PAC)与聚丙烯酰胺(PAM)联合使用工艺对城市污泥进行了调理研究.结果表明,在固定单质硫投量为3 g.L-1的条件下,投加亚铁离子能明显加快污泥生物淋滤速率;FeSO4.7H2O投量为8 g.L-1时,污泥pH降至2约需1.5 d.生物淋滤显著改善了污泥的脱水性能,生物淋滤后使污泥比阻从6.45×1010 s2.g-1降到1.45×1010 s2.g-1,降低了77.52%,但污泥仍属于难脱水污泥.回调淋滤污泥pH至6,投加PAC及PAM对淋滤污泥进行强化调理.结果表明,单独使用PAC与PAM的最佳投量分别为200 mg.L-1和50 mg.L-1;联合使用PAC与PAM时,PAC与PAM的最佳投量分别为100mg.L-1和25 mg.L-1,污泥比阻和滤饼含水率分别为2.02×108 s2.g-1和74.81%,污泥属于易脱水污泥.与单独使用PAC与PAM相比,PAC与PAM联合使用调理污泥费用低、处理效果好.     

祁连山不同海拔土壤有机碳库及分解特征研究

依据三库一级动力学理论,通过室内土样培养实验,研究了祁连山不同海拔高度土壤总有机碳库(Csoc)、活性碳库(Ca)、缓效性碳库(Cs)和惰性碳库(Cr)特征及有机碳(SOC)的分解特征.结果表明,祁连山不同海拔A、B层土壤总有机碳库含量分别为7.606～89.026 g·kg-1,5.804～84.267 g·kg-1;活性碳库含量分别为0.180～1.328 g·kg-1,0.159～1.273g·kg-1;缓效性碳库含量分别为3.650～35.173 g·kg-1,3.703～43.623 g·kg-1;惰性碳含量分别为3.776～65.298 g·kg-1,1.942～48.121 g·kg-1.总有机碳库随海拔表现出"增加-减少-增加-减少"的变化趋势,3种组分碳库未表现出海拔高度上的明显变化规律,大致呈现中高海拔>高海拔>中低海拔.土壤总有机碳库和惰性碳库含量在海拔之间有极显著差异(P<0.01),缓效碳库有显著性差异(P<0.05),活性碳库间无显著性差异.培养结果显示土壤有机碳分解速率也未表现出随海拔高度的明显变化规律,与碳库变化几乎一致.不同海拔土壤有机碳日释放速率峰值与整个培养过程土壤有机碳释放速率变化一致,可以用以代表有机碳分解的快慢特征.活性碳库与有机碳日释放速率峰值满足线性关系(P<0.01).培养结果显示土壤有机碳按活性碳库、缓效性碳库、惰性碳库的顺序进行周转.多项式方程能很好表达有机碳累积释放量与时间的关系,三次多项式已能达到较好的精度(R2>0.99).     

厌氧氨氧化污泥恢复过程中的颗粒特性

目前运行容易失稳已成为制约厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺应用的因素之一.在保证底物不抑制的条件下,通过对实验室前期运行失稳的连续流全混反应器(CSTR)中的厌氧氨氧化污泥进行活性恢复,研究了滞留的基质浓度对ANAMMOX污泥恢复过程中颗粒化及活性的影响.结果表明,经过126d运行,ANAMMOX污泥活性获得恢复且脱氮能力明显提升.控制高、低基质浓度水平的2个反应器均能实现污泥的颗粒化及氮素的高效去除,NRR最大分别达到16. 97 kg·(m~3·d)~(-1)和14. 43 kg·(m~3·d)~(-1).随着反应器脱氮能力的提高(污泥颗粒粒径增大),R1、R2两个反应器内污泥的胞外聚合物EPS含量(以VSS计)均增大,分别由接种时的34. 45 mg·g~(-1)增大至77. 52 mg·g~(-1)和94. 18 mg·g~(-1),PN/PS由1. 89分别增大到6. 25和6. 84.在一定范围内,PN/PS比值增大有利于ANAMMOX污泥颗粒化,但PN/PS过大会导致颗粒污泥结构失稳上浮,加剧污泥流失现象.     

微膨胀对好氧颗粒污泥脱氮过程中N2O产生量的研究

采用控制低溶解氧(DO)在SBR反应器内,研究了好氧颗粒污泥微膨胀的实现;考察了微膨胀颗粒污泥对COD和氨氮去除效能以及温室气体N2O产生量.结果表明,在低DO条件下可以获得微膨胀颗粒污泥,污泥容积指数(SVI)大都在150～250 mL.g-1之间.微膨胀颗粒污泥对COD和氨氮去除量影响不大,COD去除率从89.45%上升到90.99%;氨氮去除率从77.29%降至68.29%;硝化速率从38.95×10-3 mg.(g.min)-1降至33.46×10-3 mg.(g.min)-1.微膨胀颗粒污泥对N2O产生量影响很大,微膨胀颗粒污泥N2O产生量为2.42 mg.m-3是没有发生微膨胀颗粒污泥N2O产生量的1.26倍.微膨胀颗粒污泥N2O释放速率由3.63×10-3mg.(L.min)-1上升到4.72×10-3mg.(L.min)-1.     

胞外聚合物对活性污泥吸附去除全氟辛烷磺酸（PFOS）的影响

采用活性污泥和去除胞外聚合物(EPS)污泥作为吸附剂,探讨污泥吸附PFOS的机制和EPS在吸附过程中的作用.结果表明,活性污泥和去除EPS污泥吸附PFOS均符合准二级动力学方程,平衡吸附量(q_e)分别为0.46 mg·g~(-1)和0.38 mg·g~(-1),化学吸附占主要作用.吸附等温线可以用Freundlich、Langmuir及Temkin方程拟合.Ca~(2+)和Cu~(2+)通过离子架桥作用促进PFOS在污泥上的吸附.活性污泥吸附去除PFOS的效果明显优于去除EPS后的污泥.傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电发射光谱(XPS)分析吸附前后的污泥官能团变化,发现去除了EPS的污泥中羟基、羧基和氨基活性基团减少,而这些基团是PFOS吸附过程中参与反应的主要成分.由此可见污泥EPS中蛋白质含有的羧基和氨基活性基团为PFOS提供了吸附反应位点,EPS在吸附过程中起到至关重要的作用.     

厌氧条件下序批式间歇反应系统与完全混合反应系统对氢分压的影响

研究了在厌氧条件下以葡萄糖为基质的序批式间歇反应系统(ASBR)与完全混合反应系统(CSTR)中氢分压的变化.结果表明,在完全混合反应系统中,微生物中糖原含量保持在142.52mg.g-1(以VSS计),氢分压稳定在291.3Pa,最大氢利用速率为0.703g.g-.1d-1.在序批间歇反应系统中,当进水结束时,50.17%的葡萄糖转化为糖原储存在细胞体内,氢分压达到最大为14.3Pa;当反应结束时,微生物细胞中储存的糖原被完全代谢,氢分压降至最低,为3.5Pa,反应器中污泥最大氢利用速率为1.719g.g-.1d-1.序批式反应器氢利用速率较大及糖原储存的存在,降低了系统的氢分压,保证了厌氧系统的高效、稳定的运行.     

OLR对ABR沿程格室甲烷发酵特征的影响

为高效处理玉米淀粉生产废水,启动并持续运行了一个四格室厌氧折流板反应器（ABR）,通过分阶段提升进水COD的方法,探讨了有机负荷率（OLR）对ABR运行效能的影响,并采用间歇培养方式考察了OLR对沿程格室中不同营养类型产甲烷菌群活性的影响.结果表明,在OLR分阶段从2.7提高到8.0 kg·m^-3·d^-1的过程中,ABR前两个格室（C1和C2）始终呈现出典型的产酸发酵特征,其污泥的有机挥发酸（VFAs）比产率为0.54~0.76 kg·kg^-1·d^-1（以每天每千克MLVSS产出的1千克有机挥发酸计,下同）,而后两个格室（C3和C4）则表现出典型的产甲烷特征,其污泥的比产甲烷速率达98 L·kg^-1·d^-1（以每天每千克MLVSS产出的1升甲烷计,下同）以上.活性污泥产甲烷活性测试结果表明,当OLR为2.7~8.0 kg·m^-3·d^-1时,C3中的氢营养型产甲烷菌群保持了较高的产甲烷活性,其最大甲烷产量（P_max）和最大比产甲烷速率分别达到了20.4 mL和16.5 mL·g^-1·h^-1（以每小时每克MLVSS产出的1毫升甲烷计,下同）以上.乙酸营养型产甲烷菌群的累计甲烷产量由大到小依次为：C3 > C4 > C1 > C2.经过144 h的培养后,C3中乙酸营养型产甲烷菌群的累计甲烷产量为15.1~15.2 mL,最大比产甲烷速率为10.0~10.8 mL·g^-1·h^-1.