污泥厌氧发酵产氢产酸的影响因素分析

设计了污泥厌氧发酵反应器进行污泥产乙酸的小试研究。6个月的试验结果表明,pH值、接种底物浓度均对厌氧发酵产酸和产氢有较大影响。常温条件下当pH值为6.5时,其产氢率高达6.88 mL/gVS;当接种底物质量分数为10%、发酵时间为120 h时,其累积产氢量为1 122mL。与此同时,该厌氧发酵系统还具有较优的产酸特点,当未接种底物、发酵时间为120 h时其VFA含量仅为465 mg/L;当发酵底物质量分数为10%时,其VFA含量高达1 125 mg/L。     

葡萄糖对厌氧颗粒污泥厌氧发酵产氢特性的影响

为明确适宜的底物浓度、加速生物发酵制氢系统的启动进程并提高产氢效能,以厌氧颗粒污泥为研究对象,以葡萄糖为底物,通过摇瓶发酵试验探讨初始葡萄糖浓度对混合菌群发酵产氢能力的影响。试验结果表明,在p H值为7、反应温度为35℃、污泥接种量为2 g MLVSS/L、发酵时间为48 h条件下,当底物浓度从5 g/L增加到25 g/L时,各体系的累积产氢量呈现递增趋势,且发酵产氢途径发生变化。当底物浓度为25 g/L时,混合菌群获得最大的累积产氢量和最高的基质产氢率,分别为265.4 m L和1.42 mol/mol葡萄糖。     

添加木薯酒糟对市政污泥厌氧发酵产氢产甲烷的影响

为实现市政污泥的无害化处理和资源化利用,分别在间歇和连续流条件下,考察了市政污泥两阶段厌氧发酵产氢产甲烷特性,并分析了木薯酒糟的添加对该发酵体系的影响。结果表明:以市政污泥为单一基质厌氧发酵时,氢气和甲烷产率均较低,分别约为2和66 m L/g VS;添加少量(25%)木薯酒糟即可大幅度提高体系的产气性能,氢气产率和甲烷产率分别提高约10倍和35%,同时促进了能量热值的产出和有机物的降解;提高木薯酒糟的添加量至50%,不仅可以进一步提高体系的产气性能,而且能够影响体系中有机物的代谢途径,使产氢段有机物代谢由乙酸型发酵途径主导逐渐转变为由丁酸型发酵途径主导,并且能够促进产甲烷微生物对VFAs的利用。     

微波预处理对厌氧颗粒污泥发酵产氢的影响

以高浓度有机废水为发酵底物,接种颗粒污泥进行厌氧发酵制氢,研究不同的微波预处理时间对颗粒污泥发酵产氢的影响。结果表明:最佳的微波预处理时间为6 min,此时的比产氢速率高达8.03 mmolH2/(gCOD.d);随着预处理时间的增加,对COD的去除率逐步提高,但也不宜过长,否则将会杀灭产酸菌芽孢,导致去除率降低;系统启动完成后,出水pH值稳定在4.5左右,对COD的去除率约为40%,颗粒污泥的VSS/SS值为83.0%,沉降速率为23.5 m/h。     

污泥厌氧发酵产酸中试反应器的启动研究

厌氧发酵产酸是城市污水厂污泥资源化利用的有效途径,但随着处理规模的提高,如何快速高效启动反应器是该工艺应用推广的一个技术瓶颈。应用逐步培养法启动有效容积为125 m3的污泥厌氧发酵产酸反应器,整个启动过程未添加任何辅助药剂。通过对反应器内温度、p H值、SCOD、STOC、溶解性碳水化合物、氨氮、磷酸盐、VFAs等指标进行监测来揭示反应器的启动规律。结果表明,反应器在80 d内完成了以产酸菌为主导优势的微生物种群培养过程。启动结束时,反应器内温度稳定在30~40℃,p H值稳定在7.0左右,污泥的水解酸化情况趋于稳定,VFAs浓度保持在120 mg/L以上,其中乙酸构成比稳定在44%以上。     

SRT对剩余污泥厌氧发酵产酸的影响研究

城市污泥厌氧发酵产生短链挥发性脂肪酸是实现污泥减量化、无害化和资源化的重要途径。在中温(35±1)℃条件下,不对p H值进行调控,考察了SRT在6、8、10、13 d时,剩余污泥厌氧发酵过程中SCOD、TOC及VFAs的水解溶出情况及变化规律。结果表明,SRT对污泥水解酸化具有重要影响,一定范围内延长SRT有利于污泥的水解,提高了VFAs的产量。SRT为10 d时可以获得较高的产酸量,产酸率达到0.36 g VFAs/g VS。改变SRT,VFAs的组分也随之发生变化。     

城市污水厂剩余污泥厌氧发酵产酸的中试研究

利用城市污水厂剩余污泥进行厌氧发酵产酸中试研究,在不添加任何药剂、SRT=15 d的条件下,考察温度在22~40℃之间变化时对发酵产酸以及氮、磷释放的影响,同时分析了污泥浓度空间分布与污泥水解之间的关系。结果表明:随着温度的降低,产酸量逐渐降低,但在22~28℃时产酸量基本稳定在90 mg/L;中试装置1~9 m高度处的污泥浓度与污泥水解程度呈线性相关,总体呈现先降后升的趋势,在7 m高度处污泥浓度降到最低值即1.39%,相应的SCOD、碳水化合物、TOC浓度也降到最低,分别为345.62、66.84、36.67 mg/L;随着温度的升高,发酵液中的氨氮含量逐渐增多,在38℃时达到最大值即147.13 mg/L,而磷酸盐含量的变化幅度则相对较小。     

高铁酸钾预处理对城市剩余污泥厌氧发酵的影响

利用高铁酸钾(K_2Fe O_4)的强氧化性预处理城市剩余污泥,探讨其对污泥厌氧发酵的影响。结果表明,K_2Fe O_4可以有效破解污泥絮体结构,当K_2Fe O_4投加量在0~0.8 mg/g SS范围内时,污泥发酵液中的VFAs、NH_4~+-N、PO_4~(3-)-P、乙酸积累量与K_2Fe O_4的投加量呈正相关;当K_2Fe O_4投加量为0.8 mg/g SS时,污泥的破解率达到40.5%,发酵液中的VFAs、NH_4~+-N、PO_4~(3-)-P分别达到最大值378、305.4、54.8 mg/L,各酸的产生速率为乙酸丙酸正丁酸其他酸异丁酸,且SCOD收益率、VFAs转化率、底物降解率可分别达到138.7 mg SCOD/g VSS、226.1 mg VFAs/g VSS、54.9%。     

污泥与餐厨垃圾发酵产氢种泥预处理方法比较

以剩余污泥和餐厨垃圾作为混合基质进行厌氧发酵产氢批式试验,比较六种常用的产氢种泥预处理方法[热处理、化学抑制剂2-溴乙基磺酸钠(BESA)处理、酸处理、碱处理、连续曝气、重复曝气]对产氢的影响。结果表明,未经预处理的种泥氢气产率最低,且有明显的吸氢和产甲烷现象。BESA处理、酸处理、连续曝气和重复曝气种泥产氢效果较好,其中重复曝气预处理种泥氢气产率最高,为86.9 ml-H2/g-VSadded,对产甲烷菌有明显抑制。热处理和碱处理种泥产氢效果较差,反应后期出现吸氢反应并有明显的甲烷累积现象。发酵产氢过程中p H值从中性下降到5.0左右,对产甲烷菌活性也具有一定的抑制作用。     

MBR工艺剩余污泥厌氧产氢试验研究

为寻求高效的MBR剩余污泥处理方法,利用摇瓶接种发酵试验,考察了MBR剩余污泥经微波预处理后的厌氧发酵产氢量和底物变化情况。结果表明,MBR剩余污泥经功率为400~700 W的微波预处理3~4 min后,能有效提高其SCOD和总糖含量,而pH值变化不大;预处理后的污泥接种产氢菌,能有效进行厌氧发酵产氢,平均产氢率为8.48 mL/gTCOD;发酵产物VFA积累过多则会抑制氢气的继续产生。     

污泥联合不同有机质对厌氧发酵产酸的影响

研究了城市有机垃圾的三种主要成分(碳水化合物,蛋白质,脂质)与市政污泥联合厌氧发酵产酸的过程,试验结果表明,蛋白类有机质能大幅提高厌氧发酵效率,其后期产酸量达到14.52 g/L,挥发酸产率43.47%,分别比污泥单独厌氧发酵提高218%和59%;污泥联合脂质厌氧发酵产酸量最低,仅为单独厌氧发酵产酸量的39%。     

碱调理超声破解污泥产酸及生物群落研究

通过加碱将超声预处理污泥的初始pH值调整为7～12,在室温条件下考察破解污泥的水解酸化效果。结果表明:超声破解污泥的SCOD浓度与pH值呈正相关,且当污泥酸化的最佳初始pH值为11时,挥发酸的浓度达到1 751 mg/L。利用PCR-DGGE对不同初始pH值下水解酸化过程中的微生物进行分析,发现β-Proteobacteria、γ-Proteobacteria、Bacteroidetes是参与反应的主要细菌。     

生物淋滤法改善碱性厌氧发酵产酸污泥脱水性能

污泥碱性厌氧发酵可生产挥发性脂肪酸(VFAs),然而碱性发酵后的污泥脱水性能差,影响了发酵液的后续利用。采用生物淋滤法处理发酵污泥,研究了生物淋滤过程中发酵污泥脱水性能的变化,并分析了脱水性能得到改善的原因。结果表明,经过72 h调理后污泥比阻降低至5.39×1011m/kg,泥饼含水率达到75.17%,污泥从难脱水变为易脱水。经生物淋滤调理24 h后,蛋白质、多糖含量分别下降到0.49和5.54 mg/g VSS,降低了90.3%和28.0%,说明污泥胞外聚合物的减少有利于提高污泥的脱水性能。调理过程中VFAs无明显损失,VFAs回收率可从调理前的7.62%提高到调理后的95.95%。     

添加蛋白质类餐厨垃圾促进污泥厌氧发酵产酸

为了提高发酵系统中短链脂肪酸（SCFAs）的产量,将蛋白质类餐厨垃圾按总固体（TS）质量比为1∶1添加到剩余污泥中,进行为期8 d的间歇式发酵,研究不同pH对SCFAs产量的影响。结果表明,向污泥中添加蛋白质类餐厨垃圾能够明显提高SCFAs产量,混合底物中最大SCFAs产量为215.9 mgCOD/gTS,是单独污泥的6.1倍。蛋白质类餐厨垃圾的添加,不仅提高了混合底物中蛋白质含量,而且促进了蛋白质的利用,从而导致SCFAs产量增加。强碱性条件有利于蛋白质含量丰富的混合底物产生SCFAs,这归因于溶解性COD(SCOD)的大量增加。pH为10的反应组SCOD浓度远高于其他反应组,为后续反应提供了基质。对混合底物在pH为10时SCFAs的组成进行分析发现,最主要的成分是乙酸,其次是丙酸。     

矿化垃圾强化剩余污泥暗发酵产氢

为强化污泥暗发酵产氢,考察了矿化垃圾（AR）对污泥暗发酵产氢的影响,并从有机物生物转化过程、酶学及微生物群落特征等方面分析了AR对污泥暗发酵产氢的强化机制。结果表明,当AR含量为9%时,氢气产量高达15.6 mL/g,约为空白组的1.25倍。同时AR促进了污泥水解酸化过程,并可将发酵液内溶解性COD、溶解性蛋白质和多糖含量分别提高至4 265、2 903和1 195mg/L。AR既提高了与水解酸化过程相关关键酶的活性,又影响了污泥暗发酵过程中微生物的群落特征。在门水平上,AR提高了Firmicutes和Proteobacteria的相对丰度;在属水平上,其提高了Bacteroides和Gallicola的相对丰度,上述微生物均与污泥水解酸化过程相关。     

高浓度城市污泥厌氧发酵产酸示范工程的启动与运行

为探索污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸(VFAs)的工艺特征和可行性,在无锡某污水处理厂建设了一个处理规模为3 m3/d(含水率为90%)的污泥产酸示范工程,对高浓度进泥条件下启动和运行过程中的产酸特征以及技术经济指标进行了研究。结果表明,平均进泥浓度为70 g/L时,经热碱预处理后污泥平均SCOD浓度比处理前增加了8.2倍,最高值为36 553 mg/L,TSS降解率为25.5%,VSS降解率为39.3%。在每天进、排泥各3 m3的半连续运行状态下,发酵罐中VFAs平均浓度为7.63 g/L,平均酸产率达330.25 mg COD/g VSS。发酵液中SCOD的主要成分为VFAs,占57.90%,VFAs的主要成分为乙酸,占55.72%。污泥发酵液中TN、TP和氨氮的平均浓度依次为1 299.94、113.54、274.21 mg/L,SCOD/N和SCOD/P的平均值分别为14.8和184.2,说明发酵液可作为污水强化生物脱氮除磷的外加碳源。根据示范工程得到的成本和收益参数进行预测,一个规模为100 m3/d的污泥厌氧发酵产酸工程的成本投入为292.9元/m3,收益为374.8元/m3。     

超声与碱预处理剩余污泥中温两相厌氧消化

以北方某污水处理厂(A/O工艺)剩余活性污泥为研究对象,考察了超声波与生石灰联合预处理对后续剩余污泥两相中温厌氧消化的影响,结果表明:两相反应器内污泥絮体被充分破坏,厌氧消化过程中在产酸相和产甲烷相内,NH3-N浓度均有提高,但是没有出现磷的显著释放。     

碱预处理对污泥中抗生素抗性基因丰度的影响

以污水处理厂厌氧污泥为研究对象,采用实时定量PCR技术,比较碱预处理前后污泥中四环素类、β-内酰胺类、磺胺类抗生素抗性基因含量的变化。研究发现,4种四环素类和2种磺胺类抗生素抗性基因含量在碱预处理前后变化不大;经碱预处理后,污泥中β-内酰胺类抗生素抗性基因blaOXA-1含量显著增加,而另一种抗性基因blaTEM含量则明显下降。     

微波协同低碱预处理对污泥MFC性能的影响

分别以原泥、微波预处理污泥和微波协同低碱预处理污泥为微生物燃料电池(MFC)的阳极底物,通过比较其产电性能和污泥泥质变化,考察微波协同低碱预处理技术对改善MFC污泥资源化效果的影响。结果表明,污泥经微波协同低碱预处理后,进一步提高了MFC的产电能力和污泥降解效果。微波协同低碱预处理组的稳定输出电压升至(610±10)m V(外阻R=500Ω),稳定时间延长至17 d;最大产电功率密度提高到14.90 W/m3;反应器运行23 d,对TCOD的去除率增至43.5%,库仑效率提高到6.59%。随着反应器的运行,以预处理污泥为底物的MFC,污泥SCOD浓度先下降后上升,而以原泥为底物时污泥SCOD浓度始终处于上升趋势;氨氮浓度随反应器运行先上升然后逐渐降低;污泥p H值一直下降,且微波协同低碱预处理组下降最多。     

碱解预处理对污泥固体的破解及减量化效果

采用向污泥中加碱的预处理方式，考察了碱解预处理对污泥固体的破解及减量化效果。结果表明，污泥SCOD浓度随投碱量的增加而增加，在投碱量为1gNaOH／gTS的情况下，挥发性悬浮固体的分解率可达62．05％。碱解作用下，污泥的水解分为快速水解和慢速水解两个阶段，对两阶段水解过程的动力学分析结果表明，碱解预处理仅对第一阶段（快速水解过程）有显著促进作用，而对第二阶段（慢速水解过程）的作用则不明显。