pH值调控方法对剩余污泥与柑橘废渣厌氧共发酵产酸影响

考察不同pH值调控方法对剩余污泥和柑橘废渣共发酵系统的产酸性能影响,结果表明:持续调节pH值为6可以提高共发酵系统的增溶过程,促进糖类物质水解,增强产酸和产甲烷过程,VFA产量和累积甲烷产量分别是空白组的1.36倍和1.25倍;提高共发酵系统中水解细菌和发酵产酸细菌的菌群丰度,促使甲烷生成途径从乙酰分解途径转向氢化营养途径.调节初始pH值为10可以有效促进共发酵系统中溶解性有机物的释放和达到快速水解的目的,促进产酸性能,但对产甲烷过程有抑制作用.     

低碳背景下剩余污泥厌氧共发酵产酸研究进展

低碳背景下,剩余污泥的资源化利用是实现污水处理厂有机固废减污降碳协同增效的重要举措。厌氧共发酵技术则是实现污泥资源化利用的最有效手段之一。通过剩余污泥与其他有机固废厌氧共发酵产生的高值产物(如挥发性脂肪酸等)可广泛应用于工业产品生产中,在实现污泥资源化利用的同时,降低了碳排放。然而,现有研究主要聚焦在剩余污泥厌氧共发酵产酸效能的探讨,在共发酵产酸的机理及优化调控手段等方面缺乏系统性的总结与分析。因此,基于以往研究,系统分析了剩余污泥与餐厨垃圾、农业废弃物等共发酵产酸效能,讨论了C/N值、pH值、温度以及污泥停留时间等工艺参数对剩余污泥厌氧共发酵过程的影响,提出了剩余污泥厌氧共发酵产酸的下游应用,并从能源与经济角度对剩余污泥厌氧共发酵技术进行了展望,以期为剩余污泥厌氧共发酵技术的低碳化应用提供参考。     

不同初始pH值下磷钼酸对剩余污泥厌氧发酵产酸的影响

磷钼酸作为一种绿色的强氧化剂,可以促进剩余污泥(WAS)厌氧发酵产酸过程中的水解阶段并能有效抑制产甲烷菌群,但其与pH值调节共同作用对挥发性脂肪酸(VFAs)的产生情况仍然未知.本研究提出调控初始pH值(7,8,9,10)以优化磷钼酸预处理下的WAS厌氧发酵产酸的方法,结果表明,提高初始pH值有利于污泥有机质的溶出,可与磷钼酸共同促进VFAs的产生.特别在初始p H=10时,最大VFAs的产量(1588.7mg COD/L)是未调控初始pH值(778.1mgCOD/L)时的2.0倍,乙酸含量占比更是达到了48.7%.综上,磷钼酸与碱性条件对污泥厌氧发酵过程起联合协同促进作用,对提高VFAs产量具有一定的可行性.     

pH值对剩余污泥暗发酵产氢的影响

pH值是影响剩余污泥暗发酵产氢的重要因素,为了寻求暗发酵产氢的最佳pH条件,试验研究了中温(37±2)℃条件下不同pH值(4~11)对剩余污泥暗发酵产氢的影响。结果表明,当pH=10时剩余污泥的H2产量最大,发酵132 h时累积H2产量为21.1 mL/gVSS。剩余污泥暗发酵水解、酸化和产甲烷阶段的试验分析表明:pH=10时H2产量最大的主要原因是pH=10的条件促进了污泥的水解和产酸,却抑制了产甲烷菌的活性,因此H2的产量显著增加。     

pH值对有机废水厌氧产酸发酵影响研究

利用厌氧污泥对有机废水的发酵产酸作用,考察pH值对系统产酸效果的影响,从而确定最佳的产乙酸pH值。结果表明:控制系统pH值在4.0~4.5的条件下,乙酸为主要末端发酵产物,厌氧污泥的产酸效果较好,且pH=4.3时效果最佳;而当进水碱度>300 mg/L,氧化-还原电位Eh在-250 mV时,可以保证乙醇型发酵的最佳pH值范围,获得理想的产酸效果。     

pH值调控柠檬酸污泥厌氧发酵产酸及碳源潜力研究

以柠檬酸废水厌氧颗粒污泥为接种物,在不同pH值调控条件下开展柠檬酸生产废水剩余活性污泥厌氧发酵产酸研究.通过对发酵液挥发性脂肪酸(VFAs)、有机质、氮磷和污泥脱水性能的分析,探讨了柠檬酸污泥厌氧产酸机制.结果表明,pH≥10的碱性条件更有利于有机质的溶出从而促进VFAs的产生.三维荧光光谱分析发现在恒定pH值下腐殖酸(HA)和富里酸(FA)会大量溶出降低VFAs的产量.初始pH=10是柠檬酸污泥厌氧产酸的最佳p H值,发酵4d的VFAs浓度最高达(6681.47±126.82)mgCOD/L,是文献报道中市政污泥产酸量的近2倍,其中乙酸占比49.8%,发酵后产酸功能菌Chloroflexi、Bacteroidota的相对丰度分别由初始的9.52%、10.87%增至16.84%、14.39%,污泥归一化毛细吸水时间(nCST)为(11.34±0.27)s·L/g,脱水性能良好,发酵液TP浓度为(20.45±0.33) mg/L.研究表明,利用柠檬酸剩余活性污泥碱性厌氧发酵产酸作为污水处理过程中的外加碳源具有较大潜力.     

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.     

污泥发酵产酸强化技术研究及应用进展

污水氮磷排放不达标,剩余污泥处理率低是当前污水处理厂亟待解决的两大问题。由剩余污泥厌氧水解发酵产生的挥发性脂肪酸,可以作为易生物利用的碳源提高污水脱氮除磷效率,因此如何获取富含挥发性脂肪酸的污泥发酵液,实现污水与污泥的共同治理受到了广泛关注。该文综述了国内外污泥厌氧发酵产酸的研究进展;介绍了影响污泥发酵产酸过程的各因素(主要包括pH值、温度、停留时间、氧化还原电位、碳氮比等)及作用机理;重点阐述了各种提高水解效率及产酸量的强化技术(超声、热、碱、臭氧及生物强化等)及其优缺点;基于可行性和成本效益,分析了现行强化技术存在的不足;并提出了后续研究的问题和方向。     

Ce~(3+)对厌氧颗粒污泥产VFA的影响

采用批式实验,以葡萄糖和乙酸钠为基质,研究投加不同浓度稀土Ce3+对稳定驯化和长期贮存的厌氧颗粒污泥消化产VFA的影响.结果表明,Ce3+浓度＜1 mg/L时可降低消化过程中的VFA浓度,促进丁酸向乙酸的转化以及乙酸转化为甲烷;Ce3+浓度为1～10 mg/L时则抑制细菌活性,不利于乙酸和丁酸的降解.稀土Ce的投加对以葡萄糖为基质的厌氧颗粒污泥消化产VFA中各组分的质量分数影响较小,厌氧消化前期和中期VFA产物主要为丁酸和乙酸,两者含量之和约为96%,丙酸含量＜3%.以乙酸钠为唯一基质厌氧消化时,0.05 mg/L Ce3+的投加对乙酸钠降解具有一定促进作用,可提高反应速率和去除率.污泥经过长期贮存活性降低,但含稀土Ce的厌氧颗粒污泥活性高于不含稀土的污泥,利用含稀土Ce的污泥有利于反应器再启动.     

3种添加剂对污泥发酵产挥发性有机酸的影响

为利用污泥厌氧发酵产生的挥发性有机酸(VFA),通过批式实验研究了35℃条件下硫酸亚铁(Fe SO4·7H2O)、十二烷基磺酸钠(SDS)和活性炭3种添加剂对剩余污泥产VFA的影响。结果表明,3种添加剂均能提高VFA的产量。在厌氧发酵第4天时,3种添加剂分别促使VFA生成量达4 601、5 683、和4 830 mg/L,明显优于空白对照组。从生成量来看,SDS作用最明显;从达到峰值的时间来看,活性炭的作用最明显。     

次氯酸钙预处理对污泥厌氧发酵合成中链脂肪酸的影响研究

探究了次氯酸钙(Ca(ClO)₂)预处理对活性污泥厌氧发酵合成中链脂肪酸(MCFAs)的影响,结果表明Ca(ClO)₂能显著提高污泥的降解性能,且发酵液中可溶性有机物增量与Ca(ClO)₂浓度梯度呈正相关.当预处理浓度为80 mg·g^-1时,产出MCFAs浓度达到峰值(5691.9 mg·L^-1),是空白组的2.6倍.然而,更高Ca(ClO)₂(240 mg·g^-1)预处理浓度下其对污泥中的微生物过程(水解、酸化过程)的抑制作用导致MCFAs产出浓度有所降低.本研究为拓展污泥高值化处理技术提供了新思路.     

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.     

Kinetic analysis of waste activated sludge hydrolysis and short-chain fatty acids production at pH 10

The accumulation of short-chain fatty acids (SCFAs), a preferred carbon source for enhanced biological phosphorus removal microbes, was significantly improved when waste activated sludge (WAS) was fermented at pH 10. The kinetics of WAS hydrolysis and SCFAs production at pH 10 were investigated. It was observed that during WAS anaerobic fermentation at pH 10 the accumulation of SCFAs was limited by the hydrolysis process, and both the hydrolysis of WAS particulate COD and the accumulation of SCFAs followed first-order kinetics. The hydrolysis and SCFAs accumulation rate constants increased with a increasing of temperature from 10 to 35℃, which could be described by the Arrhenius equation. The kinetic data further indicated that SCFAs production at pH 10 was a biological process. Compared with the experiment of pH uncontrolled (blank test), both the rate constants of WAS hydrolysis and SCFAs accumulation at 20℃ were significantly improved when WAS was fermented at pH 10.     

Effects of sludge age on anaerobic acidification of waste activated sludge: Volatile fatty acids production and phosphorus release

Effects of sludge age on volatile fatty acids (VFAs) production and Phosphorus (P) release during anaerobic acidification of waste activated sludge (WAS) were investigated. Sequencing batch reactors (SBR) fed with simulating domestic sewage were applied to produce WAS of different sludge ages, and batch tests were used for anaerobic acidification. The maximum dissolved total organic carbon, release of  ${\text{PO}}_4^{3+}?\mathrm{P}$, and accumulation of acetate (C2), propionate (C3), butyrate (C4), and valerate (C5) decreased by 56.2%, 55.8%, 52.6%, 43.7%, 82.4% and 84.8%, respectively, as the sludge age of WAS increased from 5 to 40 days. Limited degradation of protein played a dominating role in decreasing DTOC and VFAs production. Moreover, the increase in molecular weight of organics and organic nitrogen content in the supernatant after acidification suggested that the refractory protein in WAS increased as sludge age extended. Although the production of C2, C3, C4, and C5 from WAS decreased as the sludge age increased, the proportions of C2 and C3 in VFAs increased, which might be due to the declined production of C5 from protein and the faded genus Dechlorobacter. Keeping sludge age of WAS at a relatively low level (<10 days) is more appropriate for anaerobic acidification of WAS as internal carbon sources and P resource.     

城市污泥中温厌氧消化中挥发性脂肪酸(VFA)对肠道病原菌的杀灭机理

为探讨污泥中温厌氧消化（MAD）过程中挥发性脂肪酸（VFA）对肠道病原菌的杀灭机理,在连续流污泥MAD反应器中,研究了两种pH条件下VFA对埃希氏大肠杆菌（E.coli）、沙门氏菌（Salmonella spp.）和志贺氏菌（Shigella spp.）杀灭的影响.结果发现,中性条件下（pH≈7）,污泥中大肠杆菌和沙门氏菌数量经厌氧消化处理后明显下降,均下降了2个数量级,但VFA浓度为1000～6000mg·L-1时大肠杆菌和沙门氏菌的杀灭效果差别不明显.在pH酸性条件下（pH≈5）,高浓度VFA反应器中污泥的大肠杆菌、沙门氏菌和志贺氏菌数量分别下降了3、6和2个数量级,达到污泥A级标准.对于纯培养的大肠杆菌和沙门氏菌,在VFA浓度8000mg·L-1、pH=5条件下培养6d后病原菌浓度低于检测限.结果表明,VFA对污泥厌氧消化中病原菌的杀灭效应与未解离状态的VFA浓度密切相关,高浓度VFA、低pH时,未解离态VFA浓度增加,从而提高病原菌杀灭效率.     

基于pH调控的城市污泥厌氧发酵产酸小试研究

本研究设计了热碱预处理-半连续流厌氧发酵污泥处理工艺,探究了p H对热碱预处理污泥产酸性能的影响,同时对发酵液作为碳源回用于污水厂强化脱氮除磷进行了质量衡算.在30 L厌氧发酵罐中考察了偏中性(p H=6.5)和碱性(p H=10.0)条件下热碱预处理污泥发酵的挥发性脂肪酸(VFA)产生及分布、蛋白质及碳水化合物的消耗和氮磷释放情况.结果表明,污泥热碱预处理-半连续流厌氧发酵工艺的VFA产量稳定,在p H为6.5和10.0的条件下,发酵罐中平均VFA产率分别为333.29 mg·g-1(以每g VS产生的COD(mg)计,下同)和250.64 mg·g-1,p H为6.5时产酸更稳定,且产量较高,但碱性条件更适合产乙酸.两种p H条件下的SCOD、溶解性蛋白质、溶解性多糖、氮和磷的释放都无较大差异.质量衡算结果表明,以处理量为50000 m3·d-1的城市污水处理厂为例,其产生的污泥经过热碱预处理-半连续流厌氧发酵产酸工艺,产生的VFA能够满足该污水处理厂脱氮除磷提标改造的碳源需求.     

硫酸根自由基预处理剩余污泥产酸效能与机理

为了优化最适宜的预处理条件,探究了不同高铁酸钾（PF）亚硫酸钠（Na₂SO₃）投加量对污泥EPS剥离和有机物转化短链脂肪酸（SCFAs）的贡献情况.结果表明,Fe（VI）/S（IV）联合预处理对污泥结构,尤其是紧密附着层EPS有较强的分解作用.当PF/Na₂SO₃的物质的量比从0/1（单独Na₂SO₃组）增加至2/3时,SCFAs的最高产量由1169.5mg COD/L增加到4796.9mg COD/L（第4d）,是单独Na₂SO₃和PF实验组的4.5和1.6倍.同时,当PF/Na₂SO₃物质的量比为2/3时,溶解性糖类和蛋白质释放量达到最大值,分别为260.1和2212.2mg COD/L.因此,适宜剩余污泥发酵产酸的最佳PF/Na₂SO₃物质的量比为2：3.基于本研究结果,结合传统厌氧发酵各个阶段,阐明了Fe（VI）/S（IV）强化污泥产酸的机理,为采用基于SO₄^·-的高级氧化方法强化污泥发酵产酸技术的应用提供了理论基础.     

直链烷基苯磺酸盐促进剩余污泥产生短链脂肪酸的研究

采用批试试验的方法研究了十二烷基苯磺酸钠(C12-LAS)对剩余污泥在厌氧发酵过程中产生的短链脂肪酸(SCFAs)的影响.结果表明,C12-LAS的投加极大地提高了剩余污泥厌氧发酵过程中的SCFAs产量.当C12-LAS加入量低于0.1g·g-1时,SCFAs产量随着C12-LAS加入量的增加而增加,然而,当C12-LAS加入量高于0.1g·g-1时,SCFAs产量反而有所降低.从污泥产酸量以及经济成本考虑,C12-LAS的最佳投加量为0.02g·g-1,此时剩余污泥的SCFAs最大产量出现在第6天.进一步的研究表明,C12-LAS不仅促使大量的碳水化合物和蛋白质脱离污泥颗粒并溶解到液相中,而且抑制了产甲烷菌的活性.尽管剩余污泥经历着酸化过程,但由于其释放出大量的NH4 -N,污泥在整个厌氧发酵过程中的pH值逐渐升高.     

甘油投加对餐厨垃圾厌氧产酸性能的影响

餐厨垃圾厌氧发酵产生的挥发性脂肪酸（VFAs）可以作为合成聚羟基脂肪酸酯（PHA）的底物,PHA的性能与VFAs的组成密切相关.为改善PHA产品的性能,本文研究了甘油投加对餐厨垃圾产酸性能的影响.在餐厨垃圾厌氧消化半连续流反应器运行稳定的基础上,探讨了不同C/N对厌氧发酵有机物转化及VFAs产量和组成的影响.结果表明,投加甘油会降低发酵体系的pH,提高VFAs的产量,相比于对照组,C/N比为25/1时,VFAs产量提高了10.3%.C/N10.69/1（对照组）、15/1、20/1和25/1时,发酵液奇数碳VFAs所占总VFAs的比例分别为54.23%、61.16%、64.78%和66.79%.甘油的投加可以提升丙酸、戊酸等奇数碳VFAs所占比例,有利于改善PHA产品性能.