剩余污泥热水解厌氧消化中试研究

针对糖纸厂污水活性污泥法处理后剩余污泥进行热水解厌氧消化中试研究,结果表明,热水解预处理工艺能够有效改善污泥性质,SCOD与VFA分别提高5.2和7.6倍,在厌氧消化过程中随着水力停留时间(HRT)缩短,消化罐有机负荷和比沼气产率提高,在2.5 kg VS/(m3·d)、HRT=12 d条件下达到28.1 Nm3/t。整个厌氧消化过程中无过度酸化现象发生,沼气甲烷含量稳定,平均达到60%。     

污泥预处理强化厌氧水解与产甲烷实验研究

污泥传统厌氧消化因水解瓶颈而导致有机物转化甲烷产率低下。选择适当工况对污泥实施预处理可同时实现对污泥中木质纤维素破稳和污泥微生物细胞破壁,从而释放出较多溶解性COD(SCOD),使有机物水解变得容易进行,最终导致甲烷产率大幅提高。本研究通过热水解(T=150℃,t=30 min)、超声波(P=500 W,t=2 h)、碱解(pH=13,t=2 h)和酸解(pH=2,t=2 h)等4种预处理方式对原污泥实施最优工况预处理,分别获得了50.9%、39.1%、31.0%和22.4%的COD溶出率。对预处理后污泥进行传统条件下(SRT=20 d)厌氧消化,分别获得了53.6%、40%、26.8%和24%的甲烷产率(mL/g VSS)增量。同时,预处理后污泥中木质纤维素类物质降解率亦大大增加。缩短SRT(10 d)会导致传统厌氧消化甲烷产率急剧减少,但是,污泥预处理却非常有利于甲烷产率的提高,因此可通过外在预处理方式来逾越内在厌氧水解的瓶颈。     

添加餐厨油脂对高含固污泥热水解及厌氧消化的影响

针对高含固污泥热水解传热差的问题,通过向剩余污泥中添加餐厨油脂协同污泥热水解以达到加速热水解过程的目的,探究了热水解时间和油脂添加量对污泥有机物水解及中温(35±1) ℃厌氧消化性能的影响。结果表明：油脂与污泥协同热水解可有效促进污泥中不溶态有机物的水解,当热水解温度为165 ℃、水解时间为90 min时,油脂与污泥的质量比为0.4∶1时,有机物水解效果最佳;添加油脂能提高热水解速率,当油脂与污泥的质量比分别为0.2∶1、0.4∶1、0.6∶1时,污泥中不溶态有机物的水解速率分别提高了23.30%、43.63%和62.98%;油脂的添加可提高甲烷产量和产甲烷速率,但会延长延滞期,综合考虑热水解与厌氧消化的性能,建议预处理时间为90 min、油脂与污泥的质量比为0.2∶1为最佳条件。添加餐厨油脂可加速高含固污泥的热水解过程,有助于实现污泥的高效处理。     

体系含固率对土霉素菌渣厌氧消化的影响

针对抗生素菌渣危害性大、处理处置困难等的问题,采用厌氧消化技术可在降低污染物的同时产生清洁能源,是实现抗生素菌渣减量化、资源化和无害化处理的重要途径。含固率(TS)是厌氧消化的重要影响因素之一,通过改变体系的含固率,研究其对土霉素菌渣厌氧消化系统的影响。结果表明,系统内氨氮、挥发性脂肪酸(VFAs)均随TS的增加而增加,当氨氮浓度大于2 000 mg·L⁻¹、VFAs大于4 000 mg·L⁻¹时,会对系统产生明显的抑制作用。系统稳定性能、产气效率以及有机物去除效率均随TS的增加而降低。TS为4%的反应组在各方面均优于其他组,且其中残留的土霉素去除效率最高,可基本实现菌渣的无害化处理。对体系内优势微生物群落进行分析发现,产甲烷菌的优势菌群以Methanosarcinaceae和Methanosaetaceae为主,可知,土霉素菌渣的厌氧发酵以乙酸型发酵为主。本研究结果可为厌氧消化技术在抗生素菌渣处理处置中的应用提供理论参考。     

热水解预处理对剩余污泥可生物降解性的影响

针对剩余污泥可生物降解性差的问题,以热水解作为预处理手段,研究了其对剩余污泥可生化性的提高作用。热水解在175℃,0.6~0.8 MPa条件下进行30 min。结果表明,剩余污泥经热水解后,水解率可达48%,挥发性脂肪酸浓度提高7~8倍,COD当量平均7 800 mg·L-1,生化产甲烷潜力提高43%左右。厌氧消化实验中,组合有热水解预处理的温度两相工艺和中温单相工艺容积产甲烷率为0.760和0.719 L·（L·d）-1,甲烷产率为0.288 L·g-1和0.255 L·g-1,均显著高于传统中温单相工艺的0.376 L·（L·d）-1和0.138 L·g-1。组合工艺的挥发性有机物去除率为48.64%和46.51%,比传统工艺高8%~11%。比甲烷产率提高约50%,表明这些被转化的有机物较传统工艺中被转化者产能更多。工艺对比发现,虽然热水解联合温度两相工艺效率最高,但热水解联合中温单相工艺几乎同样高效且工艺更简单实用。     

超声波联合厌氧消化处理制药污泥

以制药废水处理厂污泥为研究对象,采用超声波技术研究了污泥破解过程中污泥溶解性、沉降性、温度pH和粒径分布等变化情况,以及超声预处理对污泥后续厌氧消化的影响。研究结果表明,超声波能强化污泥的溶解性,在超声比能耗0到250000 kJ/kgTS范围内,污泥上清液的SCOD、TOC、TN和TP值均大幅增加,当比能耗相同时,高能短时的超声条件更利于污泥破解;污泥经超声波处理后,温度上升至40~52℃,pH值在6.9±0.2范围内有所波动,体积平均粒径削减58.75%~72.81%,污泥沉降比SV30由35%急剧升高至95%左右,使脱水性能变差。经ES 250000 kJ/kg TS的超声预处理,污泥厌氧消化的甲烷产量提高了36.81%,VS去除率由33.89%提高到53.11%,TCOD去除率由16.65%提高到89.23%,促进了污泥厌氧消化的产气效率和减量化效果。     

污泥厌氧消化的热预处理研究进展

热预处理能够提高后续厌氧消化效率,改善污泥脱水性能。对国内外污泥热预处理的研究进行了归纳,包括热与碱、超声波和氧化法的联合预处理,重点介绍了热预处理对污泥溶解作用、厌氧消化、脱水性和流变性的影响,分析了热处理与厌氧消化整体的能量平衡。最后提出了热预处理研究中存在的问题,并展望了今后的发展趋势。     

微好氧预处理对市政污泥厌氧消化产甲烷的影响

针对目前市政污泥处理资源化与减量化效率低的问题,利用微好氧预处理技术进行预处理,提高其甲烷产量。利用有机物溶出效率、VSS减量、甲烷产量3项指标对预处理效果进行了评价;研究了不同参数条件下微好氧预处理对市政污泥厌氧消化产甲烷的影响;探讨了微好氧预处理对污泥胞外聚合物的影响。结果表明,微好氧预处理可以促进污泥溶解性有机物释放、提高VSS去除率;在最佳反应条件下(曝气强度0.30 m³·(min·m³)⁻¹、预处理时间12 h),相对于未经过预处理的工况,甲烷产量可提高26.77%;微好氧预处理对剩余污泥活性细胞的影响主要发生在胞外聚合物部分,同时也存在对活性微生物的破解作用。市政污泥经过微好氧预处理后,可有效提升后续中温厌氧消化或高温厌氧消化的甲烷产量。     

牛粪和玉米秸秆厌氧消化产甲烷潜力及动力学

为了评价牛粪和玉米秸秆的产甲烷潜力,研究其厌氧消化过程动力学方程,采用自制序批式厌氧发酵实验装置对某养殖场牛粪和秸秆的最大甲烷生产潜力及其发酵过程进行研究。通过实验研究,测得接种物、牛粪和玉米秸秆的累计甲烷产量分别为64.87、244.0和466.54 mL CH4/g VS。根据实测的产气量变化曲线,按照modified Gompertz equation模型进行方程拟合,牛粪组和玉米秸秆组拟合方程的相关性系数分别为0.983和0.991,表明运用modified Gompertz equation模型预测牛粪和玉米秸秆的产甲烷潜力方法可行。通过对产甲烷过程的动力学研究得到:接种物、牛粪和玉米秸秆的最大产甲烷潜力分别为66.07、213.93和458.57 mL CH4/g VS,与实测值的误差率分别为1.8%、12.3%和1.7%;牛粪和玉米秸秆的最大甲烷日产气率(Rm)和延滞期时间(λ)分别是13.14 mL CH4/(g VS·d)、30.76 mL CH4/(g VS·d)和0.35 d、0.71 d。综上,玉米秸秆厌氧消化的停滞期长,但总产气量和最大甲烷日产期率都比牛粪高。     

热水解超声组合预处理对污泥厌氧消化产气潜力的影响研究

针对城市污泥厌氧消化由于融胞困难所导致的消解速率低、产气量低等问题,采用热水解与超声组合的方法对污泥进行预处理,考察经预处理后污泥融胞效率的变化及对厌氧消化产气潜力的影响.结果显示,热水解与超声波组合工艺对污泥的破胞作用明显,在30 min热水解与0.53 W/mL超声声能密度组合工艺反应60 min条件下,相对于处理前污泥,预处理后污泥溶解性COD(SCOD)溶出率可提高41.6％,蛋白质增加值达282.7 mg/L,污泥厌氧消化的产气潜力显著增加;30 min热水解分别与0.53、0.33 W/mL超声声能密度组合工艺对污泥破胞效率的差异不大;随着超声时间的延长,在组合预处理工艺前20 min内SCOD的溶出速率较慢,20260 min时溶出速率逐渐提高.试验结果可为城市污泥厌氧消化预处理工艺的选择提供一定的理论依据.     

热碱预处理对高含固剩余污泥厌氧消化的影响及其动力学研究

以高含固剩余污泥为研究对象,考察不同碱投加量下热碱联合预处理对剩余污泥溶胞效果和厌氧消化性能的影响,并运用3种动力学模型对剩余污泥生物化学产甲烷潜力过程进行模拟。结果表明,热碱联合预处理有助于促进剩余污泥的溶胞效果,并且随着碱投加量的增加,溶胞效果不断增强,当碱投加量为80mg/g(单位质量SS的NaOH投加量计)时,COD、氮、磷的溶出量均达到最大值,分别为58 622.2、1 792.8、790.3mg/L,溶出率分别为54.9%、45.7%、37.6%。热碱联合预处理可有效改善剩余污泥厌氧消化性能,但碱投加量过大时对可能对产甲烷过程带来抑制作用,碱投加量为60mg/g时剩余污泥厌氧消化的累积产甲烷量最大,为158.9mL/g,较不进行热碱联合预处理的空白组(106.5mL/g)高49.2%。3种动力学模型中,锥体模型对厌氧消化产甲烷过程的拟合效果最好,不同处理条件下模型拟合相关系数R~2均在0.990以上,该模型可准确预测最终的累积产甲烷量,预测误差均在2%以下。     

稀盐酸预处理对稻草厌氧消化的影响

为探明稀酸预处理对稻草厌氧消化的影响,采用不同浓度的稀盐酸溶液对稻草进行了浸泡预处理,并在完全混合厌氧消化条件下,研究了稻草厌氧发酵过程中的产气量、甲烷含量,发酵液中COD、pH值及挥发性脂肪酸(VFA)的变化情况.结果表明,增大稀盐酸溶液浓度会提高稻草厌氧消化反应的效果.分别经4%、8%和12%的稀盐酸溶液浸泡预处理...     

超声波预处理对牛粪厌氧消化的影响

以牛粪为研究对象,考察超声波预处理对牛粪厌氧消化的影响。结果表明,适宜强度的超声波预处理对牛粪厌氧消化有一定促进作用。与未经预处理牛粪相比,在100、175、250W超声波预处理下牛粪厌氧消化的最高产气速率从127.02mL/d分别提高到179.26、212.73、298.71mL/d,累计产气量从1 674.18mL分别提高到2 279.81、2 508.05、2 730.66mL,消化液达到最低pH的时间从30d分别缩短至25、15、10d;消化液最大溶解性COD从14 881mg/L分别提高到16 450、17 080、19 250mg/L,牛粪挥发性固体的生物降解率从44.7%分别提高到55.4%、57.3%、61.7%。超声波强度过大将对微生物造成破坏,降低生物反应活性,从而抑制牛粪厌氧消化。经325W超声波预处理后,牛粪厌氧消化的最高产气速率、累计产气量等参数均不及未经预处理牛粪。在未来实际应用中,应注意控制超声波强度,以达到最优预处理效果。     

稀硫酸预处理对稻草厌氧消化的影响

以稻草为对象,研究了热稀硫酸预处理后对厌氧消化过程中的COD、pH、挥发性脂肪酸(VFA)、产气量及产气速率的影响。结果表明,以1.0%、1.5%和2.0%稀硫酸溶液预处理后,稻草厌氧消化系统总产气量分别提高了34%、125%和66%,甲烷产量分别提高了61.5%、215.1%和113.9%,挥发性固体(VS)去除率分别提高了15.5%、22.4%和17.6%,COD去除率分别提高了47.1%、57.4%和53.9%。浓度1.5%稀硫酸预处理对稻草厌氧消化效果最佳。     

污泥基生物炭对餐厨垃圾厌氧消化产甲烷及微生物群落结构的影响

为考察污泥基生物炭对餐厨垃圾厌氧消化的影响,以餐厨垃圾为基质,设置4种不同接种比(inoculum to substrate ratio, ISR)的批次实验,以得到不同酸化程度的厌氧消化体系;检测空白组、餐厨垃圾对照组和生物炭实验组的产甲烷情况和微生物群落结构的变化。结果表明：当ISR=2时,生物炭对餐厨垃圾厌氧消化效果不明显;当ISR=0.5时,生物炭使其停滞期缩短28.9%左右;ISR越小,生物炭对酸化停滞时间缩短以及产甲烷速率提高的效果越明显。同时,生物炭可以促进Chloroflex,Proteobacteria,Bacteroidetes的生长,从而提高厌氧消化中间产物的产生。当ISR较大时,厌氧消化系统的产甲烷途径以乙酸利用型为主,投加生物炭可以促进乙酸型产甲烷;随着ISR减小,产甲烷途径有逐渐向氢利用型转变的趋势,同时Methanosacrina逐渐替代Methanosaeta利用乙酸产甲烷。本研究结果可为污泥基生物炭在餐厨垃圾厌氧消化的实际应用提供参考。     

小麦秸秆预处理对厌氧消化性能的影响研究

针对小麦秸秆厌氧消化水解限速步骤,研究了酸、碱和污泥发酵消化液(以下简称消化液)预处理对小麦秸秆厌氧消化性能的影响。结果表明,酸和消化液预处理可以加速小麦秸秆水解酸化,在厌氧发酵第4天时产气中测得甲烷,早于对照和碱预处理。与对照相比,酸、消化液和碱预处理后小麦秸秆和污泥共消化体系的产气量可分别提高13.7%、12.0%和9.2%,产甲烷量可分别提高7.4%、9.5%和5.2%,但碱预处理会延滞厌氧消化产甲烷阶段。厚壁菌门(Firmicutes)是厌氧消化反应器中最主要的菌门,主要包括己酸菌属(Caproiciproducen s)、乙醇生孢产氢菌属(Hydrogenispora)、瘤胃梭菌属(Ruminiclostridium)、罗伊氏乳杆菌属(Lactobacillus)和Ruminiclostridium_1属等,其中己酸菌属和乙醇生孢产氢菌属可以作为小麦秸秆和污泥共消化的监测指标,在厌氧消化前期反应器中微生物主要为己酸菌属,而后期主要为乙醇生孢产氢菌属。     

生物炭和石墨的电化学性质对剩余污泥厌氧消化产甲烷的影响

以玉米秸秆为原料,分别在300、500和700 ℃的条件下热解制备生物炭(CS300、CS500、CS700),对其理化性质(pH、比表面积、灰分含量、元素组成)和电化学性质(电子供给能力(EDC)、电子接受能力(EAC)、导电率(EC))进行了表征,并将3种生物炭和导电型石墨分别加入消化反应器进行污泥中温厌氧消化批次实验。结果表明：CS300具有最高的EDC(0.598 mmol·g⁻¹),CS700具有最高的EAC(0.740 mmol·g⁻¹),石墨的导电性最强(2.0×10⁴ S·m⁻¹);4种碳材料对污泥厌氧消化产甲烷均有促进作用,CS300、石墨、CS500和CS700实验组的甲烷累积总产量比对照组分别提高了42.4%、38.9%、28.9%和11.2%。微生物群落结构分析结果表明：甲烷生成的主要代谢途径是CO₂还原代谢途径;3种生物炭材料均提高了Methanosarcina等氢营养型产甲烷古菌的相对丰度,CS300的富集能力最强,石墨的影响作用则不显著。冗余分析结果表明：4种碳材料的电化学性质对厌氧细菌群落组成变化的贡献度为52.7%,对厌氧古菌群落组成变化的贡献度为 64.4%;具有氧化还原活性的生物炭通过反复供给、接受电子大幅增加体系中微生物可用电子数量来提高互养微生物种间电子传递效率;而导电性能优秀的石墨则主要通过促进微生物的直接电子传递来提高甲烷产率。研究为解析具有电化学活性的碳材料对厌氧微生物菌群代谢特征和电子传递的影响规律提供了一定的理论支撑,对提高污泥厌氧消化效率、实现能源高效回收具有重要理论价值和现实意义。     

臭氧预处理对高固污泥厌氧消化的影响

高固污泥的厌氧消化速率低下,严重限制了有机物的利用。在序批式反应器中探究了臭氧预处理对高固污泥厌氧消化的影响。实验结果表明臭氧预处理能够显著促进高固污泥的消化,且最佳臭氧的剂量为80 mg·g-1（SS）,相应的最大甲烷产量为238 mL·g-1（VSS）,是空白对照组的1.36倍。进一步研究表明,臭氧的投加能够促进溶解性化学需氧量（SCOD）,溶解性蛋白质和多糖的溶出。最后NH4+-N和PO43--P的溶出量进一步验证了臭氧能够促进高固污泥的溶出。     

液-液射流搅拌提高热水解污泥混合性能分析

在厌氧消化反应器中,机械搅拌是广为应用的搅拌方式,但机械搅拌在运行过程中存在设备维修困难、能耗高等问题。基于前期的研究,利用Ansys 17.2软件平台,构建3 000 m3液-液射流搅拌厌氧消化反应器1∶1仿真模型,为考察液液射流装置对热水解污泥在反应器内的搅拌混合效果,模拟得出速度云图、速度矢量图、剪切速率图以及死区分布图,并对搅拌性能、搅拌机理进行分析。结果表明:流场区域流速范围0~1.50 m·s-1,剪切速率范围0~200 s-1;依据斯托克斯定律计算出该流场中沉降速度阈值0.30 m·s-1,低于该速度值的部分形成死区,死区主要分布在流场中心区域,其体积为600.88 m3,占总体积20.58%;相对于流场中心区域,流场内其他区域流速均值为0.60 m·s-1,得到较好的搅拌混合。