高含固污泥厌氧消化处理技术研究进展

对于含固污泥厌氧消化技术存在的主要问题,如传质效率低、氨抑制等,进行了归纳总结,并针对这些问题阐述了处理技术,以期为高含固污泥厌氧消化技术的进一步研究提供思路。     

2-硝基酚厌氧毒性和厌氧降解性研究

在中温(35±1)℃厌氧条件下,采用间歇试验方法,研究了2-硝基酚的厌氧毒性和厌氧降解性。厌氧毒性试验结果表明,2-硝基酚的质量浓度小于96mg/L时,对产甲烷菌几乎没有抑制作用,质量浓度界于131mg/L和163mg/L之间时产生轻度抑制,质量浓度大于或等于553mg/L时产生重度抑制。反应时间为24h时2-硝基酚的80%、50%、20%相对抑制质量浓度分别为155、270和690mg/L。厌氧降解性试验结果表明,污水处理厂一级厌氧消化池污泥对2-硝基酚的处理效果好于ABR反应器和UASB反应器的污泥。用污水处理厂一级厌氧消化池污泥作为接种污泥,以葡萄糖为共基质,处理2-硝基酚的效果比用乙酸钠为共基质更好。     

酶处理强化污泥厌氧消化效能及脱水性能的研究进展

用酶处理污泥能够有效提高污泥的厌氧消化效率,改善污泥脱水性能。主要从酶对污泥的作用机理、影响因素、处理效果以及提高厌氧消化性能的策略等方面对国内外污泥的酶处理进行了归纳,重点介绍了污泥的酶处理效果,包括酶对污泥的溶解作用、厌氧消化性能、脱水性能的影响。最后提出了酶处理研究中存在的问题,并展望了今后的发展趋势。     

污水污泥两相厌氧消化系统动力学特性研究

采用Chen—Hashimoto模型研究了不同进料基质浓度下,污泥中温两相厌氧消化小试工艺的动力学特性。根据两个投加不同来源剩余污泥的系统运行数据,表明基质Ⅱ中存在抑制物质。添加厨余垃圾的系统动力学参数μmax和K值都高于未添加的两个系统,这表明添加厨余垃圾提高了厌氧消化工艺的产气性能,污泥与有机固体废物的联合厌氧消化效率要高于污泥单独消化。根据Chen—Hashiraoto模型分别计算出小试系统的动力学参数值μmax和K,基质Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的μmax值分别为0．177、0．146、0．209d^-1,K值分别为0．239、0．178和0．265。     

微藻厌氧消化产甲烷:潜能、瓶颈及解决方案

厌氧消化产甲烷是实现微藻生物质能生产的重要方式,但存在消化不彻底、甲烷转化率偏低等问题。本文从理论产甲烷潜力入手,揭示了各类微藻生物质均具有良好的产甲烷潜力,普遍高于活性污泥等典型生物质,与富含能量的厨余垃圾相当。然而大部分微藻生物质的甲烷转化率都低于50%,使其实际甲烷产率处于甚至低于活性污泥的水平。微藻破壁困难和C/N比低是其甲烷转化率低的主要原因。文章从预处理和共消化两方面总结归纳了强化微藻厌氧消化的各种方法。其中低温热处理是目前最具经济技术可行性的预处理方法。与高含碳基质共消化是解决C/N比低的有效手段,但其作用需在高有机负荷下才能显现。剩余污泥不宜单独作为微藻的共消化基质。最后建议进一步探究预处理与共消化的协同作用以及重点考察连续运行工况下微藻厌氧消化的实际效果。     

餐厨垃圾联合厌氧消化研究进展

介绍了餐厨垃圾组成、特点及其未经处理带给人们的危害。简介了我国餐厨垃圾处理现状、处理方式及厌氧消化原理。详细阐述了餐厨垃圾与牛粪、猪粪、污泥、秸秆、中国银草、毛竹叶、稻草,及猪粪和污泥等联合厌氧消化产甲烷的情况。得出了p H为7时及经热、化学、超声波、预处理后餐厨垃圾厌氧消化产气量均能达到最佳值。指出了餐厨垃圾联合厌氧消化过程中出现挥发性有机酸和氨氮抑制现象,可以通过混合物比例及控制有机负荷率来解决上述问题。总结表明了餐厨垃圾联合厌氧消化今后研究热点主要是联合厌氧消化后所产生液体的后续处理。     

强化污泥厌氧消化产甲烷新技术研究进展

随着城市人口数量的增加,污水处理量增多,随之而来的污泥处理量越来越大。厌氧消化是实现污泥减量化、稳定化、无害化、资源化的重要处理途径。目前厌氧消化技术不够成熟,有机质去除率低和产甲烷率低是污泥厌氧消化发展的瓶颈。本文从污泥预处理、厌氧反应器新模式、新材料的应用、协同消化四个方面综述了强化污泥厌氧消化产甲烷技术进展。     

典型城市污泥厌氧消化技术工艺探讨

该文系统阐述了"直接厌氧消化"和"预处理+厌氧消化"两类消化工艺及厌氧消化技术在国内外的应用情况;从泥质分析、运行管理、政策指引三方面,分析了我国大部分污泥厌氧消化处理系统存在的问题;通过解析国内厌氧消化工程成功案例、探讨工艺经济可行性,得出了"高温预处理+厌氧消化"工艺可作为我国典型城市污泥处置与利用的一种有效途径。     

中温和高温厌氧消化的比较

厌氧消化目前已广泛应用于市政污泥、有机废水、城市有机垃圾、养殖粪便等有机废弃物的资源化处理,由于其具有在实现有机废弃物处理的同时产生甲烷燃料,剩余物还可以作为肥料使用的优点,全球各地已建立了许多大规模的厌氧消化工厂。温度是影响厌氧消化的重要因素,中温和高温厌氧消化是目前常采用的两种工艺,二者各有优劣,但是我国存在对高温厌氧消化的重视程度远远不及中温厌氧消化的问题。因此,本文首先对中温和高温厌氧消化及比较两种工艺的中英文文献进行了统计分析,然后重点从运行参数、有机物降解率、系统稳定性、产沼气性能、消化污泥特性（包括脱水性能、起泡潜力和病原菌含量）和微生物特性等运行性能、厌氧消化模型、经济效益和应用现状等方面对中温和高温厌氧消化进行了详细的比较,并对厌氧消化的应用和发展提出了建议。     

城镇污泥热水解与厌氧消化联用技术的原理、效能及应用

污泥厌氧消化在实现污泥减量化、无害化的同时,能够实现污泥中有机物的资源化和能源化,是我国政府主推的污泥处理处置技术之一。为了提高污泥厌氧消化的效率,污泥热水解预处理技术常作为污泥厌氧消化的前处理技术,并已得到工业化应用。污泥热水解预处理技术能够提高污泥的产气率,提高系统的稳定化运行效能。在分析污泥热水解和污泥厌氧消化技术特征的前提下,对当前主要使用的污泥热水解和厌氧消化技术相应的配套装备进行了介绍,分析单元/组合技术的优势,并以实际案例为支撑凝练了各装备的运行效能。在此基础上,对"污泥热水解+厌氧消化装备"的未来发展前景进行了预测。     

污水厂污泥厌氧消化产短链脂肪酸研究进展

污泥厌氧消化产短链脂肪酸是实现污泥资源化的重要途径,短链脂肪酸不仅是产甲烷的底物、污水脱氮除磷的碳源,而且可以作为原料产生一系列高附加值的产品。本文介绍了污泥厌氧消化产有机酸的机理,重点阐述了污泥性质、温度、pH值、碳氮比（C/N）、水力停留时间（HRT）和固体停留时间（SRT）等影响污泥厌氧消化产酸的主要因素及研究进展,指出这些因素通过改变底物性质、微生物活性及二者接触反应时间等对产酸过程产生影响,其中温度和pH值是研究热点,目前大多数研究者认为高温和碱性条件更有利于污泥产酸。此外,还论证了这些影响因素对于实现污泥产酸最大化的重要意义,提出各因素之间的相互关系以及通过调控温度、pH值、碳氮比等发酵影响因素来控制产酸类型是今后值得研究的方向。     

微塑料对污泥厌氧消化的影响和机理

污泥厌氧消化对实现污水处理厂“碳减排”具有重要意义,然其产甲烷效率和工艺稳定性易受多种因素干扰。微塑料作为新兴污染物经污水处理后,约有99%富集在污泥中,对污泥厌氧消化过程产生影响。因此,本文重点总结了污水中微塑料的来源、性质及其在污水处理工艺中的归宿,详细阐述了聚苯乙烯（PS）、聚酰胺6（PA6）、聚氯乙烯（PVC）等常见微塑料对污泥增溶、水解、酸化和产甲烷阶段的影响,并从细胞结构、微生物群落、酶活性等角度进一步归纳了微塑料影响厌氧消化的机理。最后,在概括当前研究成果的基础上,提出应从系统工程研究（预处理技术、运行条件、反应器类型等）、微塑料及其浸出物的抑制机制（微塑料与胞外聚合物、细胞膜的作用、标志性辅酶和辅因子、特征微生物方面）、微塑料与污泥其他组分间的协同/抑制机理等方面开展深入研究,为污泥资源化利用提供理论基础和技术支持。     

餐厨垃圾与污泥两相中温厌氧消化试验研究

研究了混合比例和污泥停留时间对餐厨垃圾与污泥联合两相中温厌氧消化过程的影响。相较于餐厨垃圾与污泥TS比为1∶3的条件,TS比为1∶1时两相系统具有更好的产气效果、有机物去除效果和运行稳定性。随着SRT的延长,两相系统有机负荷逐步降低,产甲烷速率相应降低,单位体积进料产沼气量以及有机物去除率逐步提高。在餐厨垃圾与污泥TS比为1∶1的条件下,两相厌氧消化系统最佳SRT为25 d（产酸相和产甲烷相分别为5 d和20 d）;此时,沼气中甲烷含量高达71％,产甲烷速率和甲烷产率分别为0．7 L/L＆#183;d和0．69 L/gVS去除,两相系统VS去除率达到64．7％。     

农村有机生活垃圾与不同原料厌氧共发酵工艺优化

有效处理农村有机生活垃圾（rural organic household waste, ROW）对美化农村环境具有重要意义,在对其进行高浓度厌氧发酵时容易出现酸化和氨氮抑制现象,导致系统稳定性差。目前尚缺乏ROW不同共发酵底物和进料总固体（total solids,TS）浓度对厌氧发酵的影响研究。为提高厌氧发酵性能,减少环境保护压力,本文对ROW不同共发酵底物配比和不同进料浓度下厌氧共发酵特性进行研究,从而优化农村有机生活垃圾厌氧发酵工艺。文中对取自江苏徐州沛县的农村有机生活垃圾和江苏省农业科学院六合动物实验基地的猪粪（PM）、水稻秸秆（RC）进行厌氧共发酵。当发酵底物为ROW和PM时,甲烷产量随着进料总固体含量TS的升高而增加,最高为257.38mL/g VS;当发酵底物为ROW和RC,或者发酵底物为ROW、PM和RC时,进料TS质量分数从8%增加到12%时,甲烷产量随之增加,最高分别为339.59mL/g VS、322.16mL/g VS,当进料TS质量分数继续升高到15% 时,二者产量均出现降低且均低于其他实验组,分别为231.17mL/g VS、194.67mL/g VS。在本文所设置实验条件下,最优共发酵进料为：发酵底物为ROW和RC,生活垃圾与挥发性固体（VS）质量比为1∶1,进料TS质量分数为12%,甲烷产量为339.59mL/g VS。     

影响高含固厌氧消化性能的主要因素研究进展

高含固厌氧消化具有所需反应器体积小、能量需求低、沼渣产量少以及沼渣后续处理简便等优点, 是实现固体废弃物资源化的重要途径, 因此对高含固厌氧消化性能的认识非常重要。本文重点阐述了原料、接种、含固率、温度、碳氮比和颗粒粒径等影响高含固厌氧消化性能的主要因素及其研究进展, 指出这些因素通过改变启动性能、甲烷产量、挥发性固体(VS)降解率和系统稳定性等对高含固厌氧消化过程产生影响, 且每个因素对消化性能的影响都至关重要。此外还指出, 对污水厂剩余污泥的高含固厌氧消化将会成为我国颇具应用前景的处理技术, 并从各个影响因素出发对高含固厌氧消化技术的实施提供了运行参数和优化措施, 以期为高含固厌氧消化技术的进一步完善提供借鉴。     

污泥预处理-厌氧消化体系的能源经济性评价

在污泥的厌氧消化中，降低过程能耗与提高甲烷产量是实现污水处理系统“碳中和”的主要思路之一。热、化学、机械预处理是打破厌氧消化限速水解的有效手段，主要着眼于甲烷增产以形成更多的“碳补偿”。但从热力学角度，预处理是通过消耗电能、热能、化学能使有机物大量溶解，从而获得更多生物质能的过程，其本身作为一种能量输入形式增加了厌氧消化的能耗。以往的研究通常以污泥液相中有机物溶出、固相中有机物去除以及甲烷产量作为厌氧消化性能的评价指标，难以客观评估各类厌氧消化预处理的实际效益。本文从能源转换的角度出发，综述了各类污泥预处理方法的作用机理及对厌氧消化的抑制因子等方面的研究进展，对比了典型的热预处理、碱预处理、超声预处理及其联合处理分别在甲烷产量、净能量和净利润等指标上的研究结果，并在污泥厌氧消化效率评价基础上分析了上述预处理方法在能源和经济层面的可行性，为预处理方法和预处理条件的选择提供多维度依据。     

ACIDOGENIC FERMENTATION OF LIGNOCELLULOSIC SUBSTRATE WITH ACTIVATED SLUDGE

The lignocellulosic residues accumulated in municipal solid waste and agro-residues represent potential organic fractions preferably to be treated by anaerobic digestion in an energy recycle and/or value-added-product-type solid waste disposal system. Hydrolysis and acidification are predominant reactions in organic fermentation. Owing to the complicated physiochemical structures, the initial hydrolysis and acidification of the lignocellulosic residues into soluble forms are critical to the anaerobic digestion of the residues. This research focused on the promotion of solid-state acidogenic fermentation of two natural lignocellulosic residues in a pure form from the tobacco industry and urban turf grass by a combined pretreatment and thermophilic co-digestion with concentrated activated sludge from a biological municipal wastewater treatment plant. Laboratory-scale experiments were conducted in a batch and semi-continuous mode, with and without leachate recirculation. The results showed that the mechanophysicochemical pretreatment (roll milling-freezing-thawing-alkali wetting agent), followed by thermophilic co-digestion with activated sludge, substantially increased the solubility and fermentation efficiency of the natural lignocellulosic residues, leading to value-added utilization of these residues. In addition, leachate recycling appeared to be beneficial to acidogenesis.     

碱预处理耦合零价铁强化含油污泥厌氧消化

含油污泥通常含较多的生物难降解性有机化合物,且污泥黏度大,乳化程度高,导致其厌氧消化潜力较低。污泥细胞破壁较慢,是污泥厌氧消化的限速步骤。本研究通过对含油污泥进行碱预处理,实现了污泥细胞破壁,并检测到胞内有机物质大量溶出,进而加快污泥水解为溶解态的小分子有机物,提高厌氧消化效率。另一方面,为了解决由预处理产生过量有机酸（如丙酸等）积累破坏厌氧系统内pH平衡的问题,本研究通过投加零价铁,促进丙酸等小分子向乙酸的转化,促进产甲烷,并最终使厌氧系统内pH保持平衡。研究结果表明：含油污泥经过碱预处理甲烷产量提高91.7%,同时污泥减量率提高了8%。碱预处理耦合零价铁粉,使得甲烷产量提高了105.4%,污泥减量率提高13%。进一步优化碱预处理pH条件,结果表明碱处理的最佳pH为9。     

水热预处理对剩余污泥有机物释放的影响

针对剩余污泥中有机能源利用率低的问题,研究了水热预处理对剩余污泥有机物释放及污泥厌氧消化过程中累积产气量的影响。结果表明:水热处理是一种有效的污泥预处理方法,当水热温度为200℃、水热时间为1 h时,污泥减量度达76.56%,污泥SCOD为原泥的34倍,大大减少了污泥固相有机物含量。经水热处理后,污泥厌氧消化最大产气量为2 950 m L,较原泥提高了69%;厌氧消化后,水热预处理污泥SCOD减少量为原泥的30倍。     

含油废水处理厂污泥的厌氧消化试验

为研究含油废水处理产生的剩余污泥和气浮污泥的厌氧消化性能,试验采取序批式厌氧消化两种含油污泥的方法,对含油污泥的组成变化及产气性能进行测定,并将其结果与市政剩余污泥进行对比。试验结果显示,经过35天的厌氧消化,含油剩余污泥和含油气浮污泥的可挥发固体（VS）降解率分别为4.98%和3.74%,TCOD降解率分别为10%和3.4%,产气量分别为0.97 L/gVS和0.56 L/gVS。经过和市政剩余污泥对比后表明,含油气浮污泥厌氧消化性能差,不宜进行厌氧消化处理;含油剩余污泥厌氧消化性能相对强于含油气浮污泥,但弱于市政剩余污泥。