预处理法促进剩余活性污泥生产挥发性脂肪酸

采用不同方法（加热法,加热超声法,碱处理法）对污泥进行预处理,考察污泥水解酸化效果。结果表明：经加热超声法预处理的活性污泥,在温度315℃,机械搅拌转速450rpm的条件下,污泥厌氧水解酸化12h后,挥发性脂肪酸（VFAs）的产量最高可达3035mg/L,其中主要成分为乙酸841mg/L、丙酸194mg/L、丁酸420mg/L、戊酸1579mg/L。     

介质阻挡放电改善污泥水解及产甲烷性能

通过介质阻挡放电等离子体技术对剩余污泥进行预处理及厌氧消化实验,研究了介质阻挡放电主要参数对剩余污泥的水解效果及污泥性质的影响,对处理后污泥进行厌氧消化实验。考察了介质阻挡放电产生的主要自由基在污泥水解过程中的贡献。结果表明,经介质阻挡放电预处理后污泥的SCOD显著提高,由160 mg/L提升至811 mg/L,污泥上清液中的蛋白质、多糖及氨氮均提高,且·OH在此过程中的贡献明显优于O_2~(·-)。介质阻挡放电能显著改善污泥厌氧消化性能,其20 d中温厌氧消化累计甲烷产量可达452 mL,相比原污泥提升105.4%以上。     

热水解过程中污泥有机物的变化规律

开展了不同工艺条件的热水解预处理对污泥有机物溶出规律的影响研究。结果表明,预脱水污泥经过热水解处理后,可溶性化学需氧量（SCOD）、可溶性蛋白和氨氮等指标的含量明显升高,在200℃/40min条件下,均达到最大值,分别为33895mg/L、19285mg/L和2228mg/L;可溶性多糖含量随反应温度的升高呈现先增后减的趋势,在170℃/40min条件下达到最大值3724mg/L;此时,可溶性蛋白与多糖之和在SCOD中的占比达到71.5%;在190℃/40min条件下,挥发性脂肪酸（VFAs）含量达到最大,相比预脱水污泥提升了300%。热水解有效改善了污泥厌氧消化效性。     

预处理温度对剩余活性污泥生产挥发性脂肪酸的影响

考察了预处理温度对剩余污泥水解酸化生产挥发性脂肪酸(VFAs)的影响.分别在70、80、90、100℃下处理剩余活性污泥2 h,考察其水解酸化情况.结果表明:热处理可提高溶液中的SCOD及碳水化合物含量,提高效果随温度升高而增大;预处理温度对污泥产酸的促进效果为:90℃>80℃>100℃>70℃.经加90℃处理的活性污泥在缺氧条件下水解酸化30 h后,VFAs的产酸量达到最大,为946 mg/L.VFAs包括乙酸、丙酸、丁酸和戊酸,其中乙酸和丙酸为主要产物,热顶处理污泥可提高VFAs中乙酸的含量.     

超声波-高锰酸钾耦合工艺对污泥破解效果的研究

采用超声波、超声波-高锰酸钾耦合工艺预处理剩余污泥。通过对比破解前后污泥上清液中混合液挥发性悬浮固体浓度/混合液悬浮固体浓度(MLVSS/MLSS)、污泥体积指数(SVI)、污泥破解率(DD)、溶解性蛋白质质量浓度、溶解性多糖质量浓度、含固率等变化,考察超声波、超声波-高锰酸钾(KMnO_4)耦合工艺对污泥破解以及污泥特性的影响。结果表明,超声波单独处理最佳处理条件为:声能密度为2. 0 k W/L、反应时间为20 min。此时,污泥的DD、蛋白质质量浓度、多糖质量浓度分别可达18. 41%、180. 21 mg/L、185. 88 mg/L,同时污泥破解后含固率可达6. 2%,污泥的离心脱水性能得到改善。KMnO_4-超声耦合工艺可进一步促进剩余污泥破解。破解效果影响因素的主次顺序为声能密度反应时间KMnO4投加量。因此,确定的最佳声能密度为2. 4 kW/L、最佳反应时间为25 min、最佳KMnO_4投加量为2 200 mg/L。此时污泥上清液中蛋白质、多糖的质量浓度分别可达295. 56、361. 27 mg/L;粒径和电镜结果与此匹配。     

热、碱预处理对厨余垃圾厌氧发酵产挥发性脂肪酸的影响

有机质水解效率低是厌氧发酵过程的主要限速步骤,本研究通过探究不同温度下热预处理和不同p H值条件下的碱预处理对厨余垃圾厌氧发酵产生挥发性脂肪酸(VFAs)的影响。结果表明,调整适合的热预处理温度和碱预处理p H值对厨余垃圾厌氧发酵合成终产物VFAs有明显的促进作用。优化厨余垃圾热预处理温度发现100℃热预处理为最优条件,在反应6天时达到最大VFAs产量11.99±0.77 g/L,相比于130℃和160℃预处理VFAs最大产量提升40.62%～75.47%。优化碱预处理p H值发现,在p H=8条件下进行预处理对于VFAs产量的提升最为明显,在反应8天时达到最大VFAs产量15.60±1.04 g/L相比于p H=6和p H=10条件下提升84.24%～103.82%。     

石化剩余污泥的酶解预处理技术研究

酶对剩余污泥进行预处理能加速厌氧消化。采用α-淀粉酶、枯草杆菌蛋白酶、中性蛋白酶及其复合酶系处理石化剩余污泥。结果表明,酶的最优投加量为40 mg/(g TSS),筛选出2种效果最佳的单酶并按比例复合,结果发现,m(α-淀粉酶)∶m(中性蛋白酶)为1∶3时,35℃作用16 h后,SCOD增加至3 775.84 mg/L,氨氮质量浓度增加至292.09 mg/L,磷质量浓度增加至2.83 mg/L,VS去除率提高至32.3%。为提高剩余污泥厌氧消化效率、促进剩余污泥减量提供了行之有效的预处理方法。     

超声联合生物酶强化剩余污泥厌氧产酸性能研究

采用超声和生物酶联用技术处理剩余污泥以促进污泥厌氧发酵产酸，实现污泥资源化。首先，以天津市某污水处理厂二沉池剩余污泥为处理对象，采用单因素实验考察了超声预处理过程中处理时间、超声频率、超声振幅对剩余污泥溶出SCOD的影响，结果表明，超声预处理剩余污泥的最佳处理条件为处理时间5 min、超声频率20 kHz、振幅80%，此条件下，污泥溶出SCOD为407.5 mg/L。之后向经超声处理后的剩余污泥中分别投加污泥质量5%的α-淀粉酶、纤维素酶、溶菌酶和复合酶进行厌氧发酵，以探究生物酶对剩余污泥厌氧消化的影响，结果表明，在温度35℃下，复合酶对于污泥厌氧发酵产酸效果最好，污泥溶出SCOD在第2天增加2 384.9mg/L，在第4天产酸量达到最大值1 465.8 mg/L，其中乙酸量为1 058.6 mg/L，丙酸量为136.0 mg/L。溶菌酶效果优于其他单酶，SCOD第2天增幅达1 840 mg/L，在第4天产酸量达1 240.4 mg/L，其中乙酸量为406.4 mg/L，丙酸量为524.3 mg/L。     

电化学预处理对后续厌氧消化工艺的作用研究

研究了经过电化学预处理后污泥性质的变化以及对后续厌氧消化工艺的改善,从产气效果、消化性能、脱水性能、污泥性质4个方面来体现电化学预处理的改善作用。结果表明,经过电化学预处理的厌氧消化工艺其污泥日产气量最大达到12.19 m L/g,远大于未经预处理的全程厌氧工艺。经过电化学预处理与厌氧消化耦合工艺后,污泥上清液中挥发性有机酸(VFA)含量、SCOD、碱度、p H都大于全程厌氧工艺,其中SCOD最大达到2 951 mg/L、VFA的质量浓度最大达到485.3 mg/L;25 d厌氧消化后,污泥经过耦合工艺处理后VSS去除率为42.13%,而全程厌氧工艺处理后VSS去除率只达到33.23%。因此,可以说明电化学预处理可以改善后续厌氧消化工艺。     

超声波破解污泥对厌氧水解过程中有机物水解的影响

为了研究超声波预处理对污泥厌氧水解过程的作用,利用声能密度为0.96 kW/L的超声波对污泥进行破解,考察厌氧水解过程中蛋白质及多糖的浓度的变化。结果表明,随着超声波破解时间的延长,污泥中的溶解性蛋白质和多糖浓度总体呈现上升趋势;污泥经0.96 kW/L的超声波破解15 min后进行厌氧水解,溶解性蛋白质及多糖的质量浓度分别是未破解污泥的42.4倍及15.6倍,其水解饱和常数分别为834.28和151.40,同时,蛋白酶及α-葡萄糖苷酶活力是未破解污泥的2.04倍及1.68倍,说明超声波预处理对污泥厌氧水解有很好的促进作用。     

沼液短程硝化出水预处理强化剩余污泥发酵的研究

厌氧消化是剩余污泥减量化的一种重要方法，游离亚硝酸（FNA）预处理剩余污泥可改善其水解效果、增加产酸量和提高污泥减量化程度。采用污泥消化液（沼液）短程硝化出水作为FNA来源，考察沼液短程硝化出水预处理强化污泥解体和对剩余污泥发酵性能的影响。结果表明，沼液经过短程硝化处理后，亚硝态氮质量浓度可达1 224 mg/L，分别采用200、300、400、500、600 mg/L亚硝态氮（对应FNA质量浓度分别为4.88、7.35、9.62、11.9、14.35mg/L，以N计）处理剩余污泥，剩余污泥的SCOD、VS、厌氧发酵过程中产气量以及发酵气体中甲烷的含量均随着FNA浓度的增加呈先增加后减少趋势。FNA预处理可使剩余污泥发酵系统SCOD最高增加2.1倍，污泥中VS产量可提高11%，厌氧发酵产气量提高2.1～7.2倍，发酵气体甲烷含量也有显著提高，对于污水处理厂沼液资源化利用和剩余污泥的减量化处理具有指导意义。     

基于动力学模型的污泥厌氧消化预处理方法比较研究

水解是污泥厌氧消化的限速阶段,采用超声波、碱、零价铁-过硫酸盐氧化3种预处理技术可以有效加快水解,促进污泥厌氧消化。通过序批式实验得到3种技术的最优参数分别是:20 k Hz超声波、10 g/L Na OH、c(Fe)=c(S2O28-)=30 mmol/L。采用一阶动力学模型、修正一阶动力学模型和Gompertz模型对最佳预处理参数下的污泥产甲烷曲线进行拟合,Gompertz模型的拟合精度较高且动力学参数具有实际意义。Gompertz模型的拟合结果表明,原污泥厌氧消化的最大产甲烷速率为6. 09 m L/(g·d),经过超声波、碱、氧化预处理后,污泥的最大产甲烷速率分别提升至9. 17、7. 12、8. 72 m L/(g·d);原污泥厌氧消化的迟滞时间为3. 03 d,经过超声波、碱、氧化预处理后,污泥的迟滞时间分别缩短至1. 05、1. 60、1. 61 d。     

预处理及添加牛粪提高废水污泥厌氧发酵效率

核苷酸厂废水污泥具有丰富的多糖和蛋白质,研究其综合利用具有重要意义。实验采用多种物理和化学预处理方法,发现热-碱耦合预处理效果最佳。污泥发酵采用两段控温法,初始pH=4.5,前96 h控温55℃水解酸化,之后控温35℃甲烷发酵,并研究了添加外源牛粪菌群对废水污泥消化的影响。预处理后添加牛粪厌氧发酵,最大SCOD达到6 300 mg/L,最终240 h时产气率达到276 mL/g,TS去除率达到36%,为后续深入研究和实现污泥的资源化利用及污泥减量化提供了基础。     

2,4-二叔丁基苯酚对活性污泥微生物的毒性研究

通过厌氧产甲烷毒性实验和活性污泥呼吸抑制实验,分别研究了不同浓度2,4-二叔丁基苯酚对活性污泥微生物的厌氧和好氧毒性。结果表明:当2,4-二叔丁基苯酚质量浓度13.14 mg/L时,对厌氧微生物无抑制作用;其质量浓度为13.14~40.56 mg/L时,为轻度抑制;质量浓度为40.56~152.41 mg/L时,为中度抑制;质量浓度152.41mg/L时,为重度抑制。2,4-二叔丁基苯酚对好氧微生物的半数有效抑制浓度(EC50)为49.61 mg/L。2,4-二叔丁基苯酚为0~250 mg/L时,好氧毒性大于厌氧毒性,质量浓度250 mg/L时,厌氧毒性高于好氧毒性。     

污泥厌氧资源化利用积累SCFA的新策略及作用机制

为了探究磁铁矿对剩余污泥厌氧发酵生产短链脂肪酸(SCFA)的影响,以剩余污泥为研究对象,建立序批式厌氧反应器,通过比较pH,溶解性化学需氧量(SCOD),SCFA及乙酸钠的变化探究了磁铁矿纳米材料(Fe3O4NPs)对污泥厌氧发酵的影响。实验结果表明Fe3O4纳米材料的存在能够增加SCOD和SCFA含量,当Fe3O4NPs由0 mg/L增加至300 mg/L时,SCOD和SCFA的最大质量浓度分别由3256、1524 mg/L增加至4015、3460 mg/L。进一步研究发现适量Fe3O4NPs投加有助于乙酸钠的降解,而过量Fe3O4NPs的投加却抑制乙酸钠的降解。适量Fe3O4NPs的投加为厌氧微生物提供了微量元素,强化了微生物的活性。揭示Fe3O4NPs对污泥厌氧消化产酸的影响行为,为推动污泥厌氧消化技术进步提供理论依据和技术支撑。     

锰离子对厌氧发酵的影响及生物利用度研究

以一个稳定运行的实验室规模上流式厌氧污泥床反应器污泥为对象,探究了微量金属元素(锰)对厌氧消化的影响,分析了厌氧污泥对锰的生物利用度。Mn⁽²⁺⁾浓度为20 mg/L时累积产甲烷量较对照提高了12%,当其浓度增至50,100,200 mg/L时,累积产甲烷量与对照相比,分别降低了24%,18.4%和40%。扫描电镜分析证实锰离子的添加改变了厌氧污泥形态,使其由杆状和丝状变为球状。Mn(2+)浓度为20 mg/L时累积产甲烷量较对照提高了12%,当其浓度增至50,100,200 mg/L时,累积产甲烷量与对照相比,分别降低了24%,18.4%和40%。扫描电镜分析证实锰离子的添加改变了厌氧污泥形态,使其由杆状和丝状变为球状。Mn⁽²⁺⁾浓度为20 mg/L时,厌氧发酵过程中挥发性脂肪酸(VFAs)含量的变化显示能最大程度促进其降解,厌氧污泥所能利用的有效态金属离子含量为3.11 mg/L,生物利用度为15.57%;继续提高Mn(2+)浓度为20 mg/L时,厌氧发酵过程中挥发性脂肪酸(VFAs)含量的变化显示能最大程度促进其降解,厌氧污泥所能利用的有效态金属离子含量为3.11 mg/L,生物利用度为15.57%;继续提高Mn⁽²⁺⁾浓度,有效态离子生物利用度并未得到提高。     

碱联合热活化过硫酸盐提取污泥中蛋白质的效能

为了资源化利用污泥,采用CaO耦合80℃热活化过硫酸盐提取污泥中蛋白质,以市政污水厂剩余活性污泥为原材料,考察了较短时间内不同投量下CaO对过硫酸盐提取蛋白质效能的影响。结果表明：每克干污泥投加200～250mg的CaO,同时处理时间控制在15～30min,能够显著提高上清液中总蛋白质质量浓度,从原泥的743 mg·L^-1提高到6 000 mg·L^-1左右。同时污泥中氨氮、总磷及多糖均从污泥中释放到了液相中,紧密附着型胞外聚合物在热碱和氧化作用下提供了大量蛋白质。     

山豆根多糖的微波预处理-热水浸提工艺及其抗氧化活性研究

采用微波预处理-热水浸提山豆根多糖,考察微波功率、解析剂比、微波时间、液料比、提取温度、提取时间对多糖得率的影响,山豆根多糖纯化后,以超氧阴离子自由基(O_2~-·)和羟基自由基(·OH)清除能力评价其体外抗氧化活性。最佳工艺条件为:微波功率640 W,解析剂比6∶1 m L/g,微波时间100 s,提取温度80℃,液料比30∶1 m L/g,提取时间40 min,该工艺条件下,多糖得率达6.37%。多糖浓度为0.5 mg/m L时,多糖对O_2~-·和·OH的清除率分别为85.03%和97.41%。微波预处理-热水浸提技术具有省时高效的特点,特别适用于多糖类物质的提取。     

利用剩余活性污泥制备氨基酸叶面肥

目的与方法:优化热酸水解法制取剩余活性污泥中蛋白质及利用蛋白质制取氨基酸的条件,并利用制得的氨基酸螯合微量金属元素合成氨基酸叶面肥。结果:利用热酸水解法制取剩余活性污泥中蛋白质的最优条件为温度120℃、反应时间5h、酸碱度为2mol/L盐酸;在酸碱度为6mol/L盐酸条件下,由蛋白制取氨基酸的最优条件为温度120℃、反应时间5h;另外,利用1.5g纯化的氨基酸与微量金属元螯合生成1.9g氨基酸叶面肥。结论:利用剩余活性污泥制备氨基酸叶面肥的得率受到诸如反应温度、时间、酸碱度等条件的影响;粗氨基酸的纯化得率对最终氨基酸叶面肥的产量具有重要影响。     

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。