超声波预处理城市水厂剩余污泥的研究

利用超声波处理剩余污泥,通过离心作用模拟污水厂污泥脱水过程,以离心后含水率表征剩余污泥的脱水性能,最终确定最佳超声条件为:超声时间10 min,超声声能密度0.8 W/m L;另外分别研究了单独超声作用、单独絮凝剂作用以及超声-絮凝联合作用对剩余污泥脱水性能的影响。结果表明,单独超声处理或絮凝调理均可降低剩余污泥离心后含水率,超声波与絮凝剂共同作用能更好地提高剩余污泥的脱水性能,并对剩余污泥脱水性能改善的机理进行了理论分析。     

超声波/絮凝剂联用于净水污泥脱水机理研究

采用超声波和絮凝剂共同作用于净水污泥脱水,通过设计正交试验得出两者协同作用下最优污泥脱水组合,在声能密度0.1 W/m L、超声作用时间30 s、絮凝剂投加量0.06 mg/g时,比阻去除率达到84%左右。同时对比单一絮凝剂调理和复合调理(超声+絮凝剂)的污泥脱水性能,考察上清液浊度、污泥沉降速度、污泥比阻以及泥饼含水率,综合评价两者的脱水效能。分别从超声作用机理和絮凝剂作用机理分析污泥脱水机理,同时通过热力学原理分析两者协同作用机理。     

超声预处理剩余污泥水解试验研究

通过改变超声时间、超声密度和水解时间,研究污泥厌氧水解过程中SCOD,NH3-N和TP释放量,最终确定最佳的剩余污泥预处理条件和水解时间。得到的试验结果如下:当剩余污泥超声预处理频率为20~25 k Hz,超声密度为1.6 W/m L,超声时间为15 min,污泥水解1 h时,污泥的释放达到最佳,此时SCOD溶出率高达45.55%,而NH3-N和TP释放量较低,该预处理条件下获得的污泥水解上清液为污水厂提供了有利的补充碳源。     

双频超声波预处理破解污泥的研究

通过正交试验选取双频超声波预处理破解污泥的最优条件。对于指标VSS/SS,最优的超声波预处理参数组合:双频组合18 kHz、20 kHz,声能密度0.075 W/mL,超声间隔时间5 s,影响显著顺序为双频组合>声能密度>超声间隔时间;对于指标NH3-N,最优的超声波预处理参数组合是:双频组合18 kHz、20 kHz,声能密度0.1 W/mL,超声间隔时间5 s,影响显著顺序为双频组合>声能密度>超声间隔时间。通过对比试验的方式进一步验证了双频超声波预处理破解污泥的效果,结果表明双低频组合更有利于提高污泥的沉降性能。     

超声波溶胞预处理对污泥溶出物和分形结构的影响

为了强化好氧系统中污泥隐性生长对污泥减量的作用,研究了超声波溶胞预处理后污泥溶出物和微观分形结构的变化。探讨了污泥上清液溶解性化学需氧量(SCOD)和污泥粒径(d_(0.5))、比表面积(SSA)、分形维数(D2、D3)等随超声时间和声能密度的变化特征。结果表明,SCOD随声能密度和超声时间增加而增加,能较好地反映污泥的溶解状态。在超声时间5 min、超声脉冲比1∶1的固定条件下,声能密度0.6 W/m L为d_(0.5)和SSA变化的转折点,当声能密度小于0.6W/m L时对d_(0.5)和SSA作用明显,而大于0.6 W/m L时对d_(0.5)和SSA作用微弱。在声能密度0.6 W/m L、超声脉冲比1∶1的固定条件下,1~5 min内SCOD溶出明显提高,超声对污泥溶胞效果较好,5 min后污泥溶胞效率很难进一步提高。皮尔逊相关性分析表明,SSA和D3分别与SCOD呈现显著的相关性。SSA和D3反映了污泥结构的密实程度和溶出状况,因此,可以在线监测微观结构参数SSA和D3来间接反映污泥溶胞效果,从形态学角度为污泥后续处理处置提供前期指导。     

电渗透-过硫酸盐氧化对污泥胞外聚合物的影响

利用电渗透-高级氧化协同的方法,采用自制装置对市政污水厂的脱水污泥进行了深度脱水研究,系统研究了恒定电压和恒定电流对污泥脱水效果的影响,并分析了电渗透-高级氧化协同对污泥中胞外聚合物(EPS)的影响规律。结果表明,电压和电流的变化对于污泥脱水的影响显著,电渗透-高级氧化协同对污泥中的胞外聚合物有明显的破坏作用,其中电渗透作用对松散附着型EPS(LB-EPS)和黏液层EPS(S-EPS)的破坏明显,而高级氧化作用对于紧密黏附型EPS(TB-EPS)的破坏更为显著。     

曝气及搅拌强化超声预处理污泥试验研究

超声是一种具有很大研究价值的污泥预处理技术,但超声波能耗较大,限制了其大规模应用。曝气和搅拌作为辅助技术可以使超声技术在较低的能耗下达到较高的破解效率。以污泥破解后上清液中SCOD增加值为主要评价指标,探究在曝气及搅拌辅助下超声预处理污泥的最佳条件,进一步考察在最佳条件下曝气及搅拌对超声破解污泥效率的提高和能耗的降低作用。结果表明,曝气最有效的超声声能密度为0.9 W/mL,最佳曝气量为20 mL/min,最有效的曝气时间为10 min,在超声10 min的后5 min曝气、前5 min不曝气比在整个超声过程中曝气破解溶出的SCOD更高。在最有效的条件下对污泥进行超声加曝气处理后的SCOD为388.45 mg/L,而相同条件下仅超声溶出的SCOD为196.5 mg/L,溶出的SCOD增加了97.7%,污泥经超声加曝气处理后SCOD溶出率为3.85%,比达到近似SCOD的仅超声处理方式的能量消耗降低了25%。搅拌作为另一个辅助技术,转速为600 r/min时对提高超声破解污泥的SCOD最有效,超声加搅拌比相同条件下仅超声破解污泥溶出的SCOD增加了83.8%,超声加搅拌破解污泥的SCOD溶出率为1.98%。在超声加曝气和搅拌的条件下,污泥SCOD溶出率为4.38%,污泥破解产生的SCOD比相同条件下仅超声破解的污泥SCOD增加了120.8%,比达到近似SCOD的仅超声处理方式的能量消耗降低了12.5%。     

超声强制作用下的污泥膨胀控制研究

为了解决活性污泥法处理废水过程中控制污泥膨胀的措施没有从根本上控制丝状菌导致延误了污泥膨胀治理的问题,研究利用超声波穿透力强和均匀的特点作用于膨胀的活性污泥。结果表明,经过多组参数优化,当超声功率为0. 035 W/cm~2、作用时间为15 min时,SVI指数可从475 mL/g降至183 mL/g。通过污泥表面电荷、污泥粒径分布和扫描电镜图等表征,表明超声对控制污泥膨胀的作用与污泥表面电荷无相关性;而超声作用前后的冻干污泥扫描电镜显示,丝状菌有明显的断裂迹象且菌丝变短萎缩,超声对丝状菌具有机械折断作用和显著的抑制作用。由于超声法属于绿色的非化学方法,通过调整较优的工艺参数可以快速、有效地控制污泥膨胀,随后续深入研究其作用机理,该方法具有较大的应用空间。     

蒽酮比色测定污泥中糖原的预处理研究

污泥中糖原含量对系统脱氮除磷的效果具有显著影响。本研究采用蒽酮比色法测定污泥中糖原含量,探讨预处理过程中超声频率、超声时间、盐酸浓度3因素对其含量的影响,确定最优测定方法。研究表明,超声频率为550W,超声时间为40min,盐酸浓度为1.2 mol/L时,所测污泥中的总糖所占质量分数最高,为5.59%。采用蒽酮比色法测定污泥中糖原含量具有设备简便、误差小、灵敏度高等优点。     

氧化预处理对污泥蛋白质提取及脱水性的影响

为了提高污泥蛋白质的提取效率并提高其脱水性,分别采用过硫酸氢钾、过氧化钙及被Fe2+活化后的过硫酸氢钾和过氧化钙预处理污泥,以考察其对污泥脱水性及蛋白质提取效率的影响并选出一种最佳的氧化预处理方式.结果表明,过硫酸氢钾和过氧化钙单独调理时,污泥脱水性有明显提高且蛋白质提取量较高.经Fe2+活化后,虽然污泥比阻(FSR)比单独调理时降低50％以上,但因反应生成具有絮凝效果的Fe3+导致蛋白质提取量大幅降低.结合蛋白提取效率,发现采用0.1 g/gTSS(干物质质量)的过氧化钙单独调理效果最好,此时污泥比阻(FSR)与毛细吸水时间(tCST)分别为0.37×1013m/kg、22.4 s,相比原污泥比阻与毛细吸水时间分别降低78.4％和76.6％,同时蛋白质提取量高达104.52 mg/g TSS,与原污泥相比增加了 80.4％.     

Physical and chemical characteristics of waste activated sludge treated with electric field

This study investigates the physical and chemical characteristics of sludge treated with controlled levels of electric field. The results indicated that the potential gradient and contact time strongly influenced the physical and chemical characteristics of sludge. Based on the settling velocity measurements, a potential gradient of 6 V/cm with a treatment time of 10 min is recommended as an optimal condition for improving sludge settling. For sludge disintegration, applying a higher potential gradient and a longer treatment time to the sludge are more efficient than applying lower levels. The results of the experiments presented here show that an electric field not only disintegrates sludge and destroys microbial cells but also removes and solubilizes organic substances. Possible mechanisms of electric field treatment are also discussed.     

低强度超声对短程硝化污泥活性的影响

为提高短程硝化反硝化脱氮效率,采用低强度超声对短程硝化反应进行强化,通过对比氨氧化率和亚硝酸盐生产量,考察低强度超声对短程硝化污泥活性影响。首先,通过对超声能量的优化试验,发现低强度超声能够提升短程硝化污泥反应速率,且超声能量为43.20 kJ时氨氧化率和亚硝酸盐生成量最大;然后考察超声能量与污泥浓度的关系。结果表明:1)在相同超声能量(43.20 kJ)条件下,随着污泥质量浓度(0.34~1.03 g VSS/L)增加,能量密度降低,反应速率不断提高;2)保持污泥浓度恒定,增加超声能量,发现在43.20 kJ时短程硝化污泥活性最好,氨氧化速率比对照组提高25.42%,继续增加能量后去除速率开始下降,原因是适宜的能量会增加微生物细胞壁和细胞膜的通透性,加快基质传递和反应速率,提高微生物活性,但当所施加能量超出其所能承受范围,则会对微生物内部产生损害,降低其活性;3)考察超声能量对胞外聚合物浓度和酶活性影响,在43.20 kJ条件下,多糖、蛋白质和胞外聚合物(EPS)浓度分别提高了18.32%、26.54%和22.05%,氨单加氧酶活性增加19.82%。研究表明,由于低强度超声作用加快胞外聚合物分泌,增加生物酶活性,进而促进了短程硝化污泥反应速率。     

能源物质和接种物的投量对生物沥浸改善城市污泥脱水性能的影响

选用硫粉(S0)和黄铁矿粉(Fe S2)作为复合能源物质,以生物沥浸处理城市污泥脱水。通过正交试验分析了不同能源物质和接种物配比下的污泥脱水、沉降性能。结果表明:能源物质和接种物的合理配比为S0投量2 g/L、Fe S2投量6 g/L、接种物投量20%,在该投量下进行生物沥浸试验,污泥比阻由初始的3.35×1012m/kg降至3.90×1011m/kg,降幅达88.36%,污泥沉降率由68%升至78%;沥浸过程中污泥比阻、沉降率与p H值、ORP、Fe2+、Fe3+、总Fe和SO2-4质量浓度的变化同步,表明污泥脱水和沉降性能的改善是酸化、氧化和絮凝的协同作用所致;同时,细菌总数、总大肠菌群和粪大肠菌群的灭活率均在99%以上,表明生物沥浸还可高效杀灭病原微生物。     

Disintegration of municipal waste activated sludge by simultaneous combination of acid and ultrasonic pretreatment

The individual and simultaneous effects of acid and ultrasonic pretreatment on the disintegration of municipal waste activated sludge (WAS) were investigated based on chemical properties of WAS. In the combination of acid and ultrasonic pretreatment methods (ultrasonic-acid pretreatment), lowering pH accelerated and enhanced the disintegration of waste biological sludge. Therefore, the same disintegration efficiency (obtained by ultrasonic pretreatment alone) was achieved by the combined pretreatment in shorter sonication times. Optimum pretreatment conditions were ultrasonic power density of 1.0 W/mL and pretreatment time of 10 min for ultrasonic pretreatment alone, and ultrasonic power density of 1.0 W/mL, pretreatment time of 10 min and initial sludge pH of 2.0 for the combined pretreatment. Sludge disintegration degrees were about 30% and 40% under these optimized conditions, respectively. Optimum sludge concentration was found to be 1.0% total solid (TS) content for the combined pretreatment. As a result, ultrasonic-acid pretreatment has been determined as a new and effective combined sludge pretreatment method to improve the sludge disintegration.     

Experimental characterisation of activated sludge behaviour during mechanical expression

Even after mechanical dewatering, activated sludge contains a large amount of water. Due to its biological nature, composition and also the type of treatment it comes from, this material is usually highly compressible and known to be difficult to dewater. In the present work various tests are proposed to try to highlight some aspects which could explain the poor dewaterability of activated sludge. Experiments of expression were carried out in a Filtration-Compression Cell for semi-solid samples of sludge. Operating conditions (intensity of the applied pressure, initial thickness of sludge sample) and the composition of the sludge (ionic strength by adding monovalent salt) were modified for the different series of experiments. It was observed that the removal of water from the sludge depended significantly on the pressure gradient throughout the sludge cake. However, the development of a dense layer of cake at the interface cake/filter medium seems to generate a pressure gradient non-uniformly distributed throughout the thickness of the cake. This phenomenon should control in part the efficiency of dewatering. This study also discusses the link between sludge dewaterability and cake relaxation on the basic of an osmotic effect within the flocculated matrix, which tends to resist against compression or deformation. This effect was reduced when both the applied pressure and the time increased. Finally, the activated sludge dewatering during expression stage depends on both the formation of a dense layer of cake at the interface cake/filter medium and an osmotic effect.     

新型空化器及其在污泥细胞破解中的应用

研究开发了一种新型空化器用来破解剩余污泥,它具备通气调节和孔板旋转的功能。这样的设计可以防止堵塞和节约能耗。该空化器工作时可以产生直径2~5μm的"气核",从而提高空化初生的空化数,降低能耗。孔板旋转产生的轴向推力可使小孔中的堵塞物脱落,有效防止小孔堵塞。在实验室内应用该装置破解剩余污泥的生物细胞,并通过测定细胞内可溶性COD的溶出率来评价污泥破解效果。研究制造了空化作用破解污泥细胞系统,该系统可以利用新型空化器连续处理剩余污泥,并且可以根据研究需要改变通气比和调节管道流速等运行工况。在实验室内应用该系统破解剩余污泥生物细胞,通过调整通气比和管道流速,探索最优运行工况。根据正交试验结果,系统运行的最优工况为通气比1.4%、空化数1.8,此时可溶性COD(SCOD)的溶出速率为0.06%/s。在最优运行工况下,破解1 kg剩余污泥的功率为560 W,采用该系统处理30 min后,95%以上的污泥生物细胞可被破解。按处理时间30 min计算,处理1 m3剩余污泥的耗能约1 000 MJ,比超声空化法低40%左右。该系统还具有装置简单、无二次污染等优点,可为污泥细胞破解提供更为经济、有效的技术和方法。     

同忻井田地应力测量与回采巷道稳定性研究

为保证同忻煤矿安全、高效开采,采用应力解除法对大同矿区同忻井田3-5#煤层的地应力场进行了测量,结合理论分析、数值模拟与现场监测,分析了在该类型应力场中不同巷道布置方向与巷道围岩稳定性之间的关系。测得同忻井田最大主应力为20.42 MPa,方位角为245.18°,确定了同忻井田地应力场属于σHv型。理论计算和数值模拟的结果表明,有利于回采巷道稳定性的布置方向为与最大水平主应力方向成30°,并采用巷道顶板离层监测仪对其进行了验证。     

磁化作用对水性质的影响规律及喷雾除尘性能优化研究

为研究磁化水除尘的最佳磁化条件,提高水的利用率,通过实验得出不同磁化条件下水的表面张力、黏度;然后采用AN-SYS Fluent进行数值模拟得出磁化水降尘性能最佳时的喷雾压力和磁化条件.研究结果表明:当喷射压力为5 MPa时未磁化水的喷雾浓度较大、粒径较小;在此压力下,磁场强度为150 mT、磁化时间为80 s时,磁化...