发酵种泥的投加对新鲜剩余污泥发酵产酸的影响

为进一步提高剩余污泥厌氧发酵产短链脂肪酸(SCFAs)的效率,将p H=10下长期(90 d)厌氧发酵的种泥接入至新鲜剩余污泥考察其对新鲜剩余污泥厌氧发酵产酸的影响.实验在2种p H条件下进行:不控制p H(p H=7.4±0.2),一组反应器中投加新鲜剩余污泥,并接种厌氧发酵种泥,另一组反应器只投加新鲜剩余污泥;控制p H为碱性(p H=10±0.2),一组反应器中投加新鲜剩余污泥,并接种厌氧发酵种泥,另一组反应器只投加新鲜剩余污泥.结果表明:相同p H条件下,接种厌氧发酵种泥反应器中的最大产酸量较不接种分别提高4.9(p H=7.4±0.2)和16.4 mg/g VSS(以COD计)(p H=10±0.2);同时接种发酵污泥、剩余污泥在p H=10±0.2下的最大产酸量较p H=7.4±0.2下的最大产酸量高146.2 mg/g VSS;碱性条件、不接种发酵种泥的产酸量较不控制p H、接种发酵种泥的高129.8 mg/g VSS.投加发酵种泥可提高新鲜剩余污泥厌氧发酵过程中SCFAs的产生效率;碱性条件与厌氧发酵种泥对新鲜剩余污泥发酵产酸具有协同促进作用;与接种发酵种泥相比,碱性条件对新鲜剩余污泥厌氧发酵产酸促进能力高.     

热碱预处理对剩余污泥发酵产酸效能提升的影响

为提高污泥的有机物溶出率,以利于后续生物处理,采用热碱技术对剩余污泥进行预处理,并利用响应曲面法对预处理工艺条件进行优化,在最佳试验条件下处理剩余污泥,进行中温厌氧发酵试验,探讨预处理对发酵过程中污泥水解、挥发性脂肪酸产生量和组成比例的影响．得到的最优预处理条件为:在pH12.0、88.8 ℃条件下处理73.79 min,能获得理论最大溶胞率48.1％．剩余污泥经热碱处理后能够提高厌氧发酵期间的溶胞率、溶解性蛋白质和溶解性总糖质量浓度,挥发性脂肪酸积累量在发酵第3天达到最大值,最高挥发酸质量浓度(以COD计)为3 269.20 mg/L,是对照组的3.22倍,且热碱预处理对挥发酸组成分布也有一定影响,各种挥发酸积累量顺序为:乙酸>正丁酸>异戊酸>丙酸．     

碱的类型对剩余污泥碱性发酵及脱水性能的影响

在温度35℃、pH=10条件下,对比研究了14d内剩余污泥在KOH、NaOH、Ca(OH)2和Na2CO3这4种碱性条件下的水解产酸性能、脱水性能、氨氮和正磷酸释放情况以及污泥减量情况。结果表明:剩余污泥在4种碱性条件下表现出不同的水解产酸能力、脱水性能、以及污泥减量情况。污泥水解能力排序为Na2CO3>NaOH≈KOH>Ca(OH)2;产酸能力排序为NaOH>KOH≈Na2CO3>Ca(OH)2;脱水性能排序为Ca(OH)2>Na2CO3>NaOH≈KOH,氨氮和正磷酸盐释放量排序均为为Na2CO3>NaOH≈KOH>Ca(OH)2。剩余污泥在Na2CO3条件下挥发性悬浮固体(VSS)去除率最高;但在NaOH条件下总悬浮固体(TSS)去除率最高。     

产蛋白酶混合菌系对碱性剩余污泥水解酸化的影响

为提高剩余污泥水解酸化过程中挥发性脂肪酸（VFAs）的累积,从剩余污泥中分离产蛋白酶活力较高的耐碱细菌,并构建产蛋白酶混合菌系．将其接种于碱性（ pH 10．0）发酵剩余污泥的不同发酵时期,评价其对溶解性有机化合物和VFAs累积的影响,探讨利用剩余污泥生产VFAs的最佳条件．从剩余污泥中分离到2株产蛋白酶活力较高的耐碱细菌,并构建产蛋白酶混合菌系．在发酵初期接种混合菌系效果最显著,且可缩短发酵启动时间2 d．发酵初期接种混合菌系后,溶解性蛋白质和VFAs质量浓度在第8天均达到最高值,分别为未接种混合菌系样品中相应值的1．25和1．41倍,分别占溶解性化学需氧量（ SCOD）总量的29．87％和44．54％．乙酸和丙酸为剩余污泥水解酸化过程中VFAs的主要组分,分别占VFAs总量的50．69％和18．19％．     

高锰酸钾-亚硫酸钠对剩余污泥产酸效果的影响及机理

通过添加不同比例的高锰酸钾/亚硫酸钠对剩余污泥进行预处理,研究其对剩余污泥发酵产酸过程的影响。结果表明,高锰酸钾-亚硫酸钠可有效促进剩余污泥产酸,最大产酸量达到3 299mg COD/L,是未加氧化剂对照组的2.2倍。与对照组和高锰酸钾组相比,高锰酸钾-亚硫酸钠实验组在预处理阶段污泥有机质溶出和VFAs浓度增加更为显著,而发酵阶段差别不大。这些结果说明,高锰酸钾-亚硫酸钠促进产酸的机理主要是生成的高活性物质一方面增加了污泥中有机质的释放,另一方面直接将部分有机质氧化成了VFAs。该氧化体系对VFAs的组成影响较小,产生的VFAs中乙酸占比最高,达44%以上。     

BES对污泥厌氧发酵产酸性能的影响

以赣南地区某污水处理厂剩余污泥为研究对象,将碱预处理后的污泥和驯化后的接种污泥按1∶1混合,然后投加不同浓度的产甲烷抑制剂BES进行碱性发酵产酸研究。结果表明,碱预处理有利于污泥中颗粒态有机质向溶解态有机质转化,从而增强后续的厌氧发酵产酸过程。BES作为产甲烷菌的特异性抑制剂,可以较好地抑制产甲烷菌的活性,增强发酵产酸系统中SCOD、VFAs的产生量;当BES投加量为5 mmol/L时,由于发酵产酸菌大量利用SP和SC,反应稳定时二者浓度相较于空白分别下降了31.04%和30.86%,VFAs和SCOD浓度相较于空白则分别增加了42.79%和23.92%,VFAs的最大平均累积量达到了662.73 mg/L;随着BES浓度的增加,发酵液中VFAs的生成量有所降低。实验研究建议采用5～10 mmol/L的BES强化污泥发酵产酸过程。     

预处理低有机质剩余污泥两相厌氧消化

为提高低有机质剩余污泥的厌氧消化效率,采用超声波(40kHz,50W)与生石灰(投量为560mg/L)联合预处理剩余污泥,然后将预处理的剩余污泥进行中温两相厌氧消化.试验污泥取自长春市某污水处理厂,试验中主要考察剩余污泥的消化性能、产气情况及脱水性能变化.结果表明,当剩余污泥的VS/TS比值为0.56、水力停留时间(HRT)为20d时,预处理污泥厌氧消化后VS去除率达到40.8%.在消化过程中系统稳定,产酸相内挥发酸成分以乙酸和丁酸为主,而产甲烷相内以少量乙酸为主.产甲烷相的甲烷产率为0.33L/gVS去除,产气中甲烷平均含量可达到59.2%,但消化后污泥的脱水性能变差.污泥的联合预处理增加了液相中溶解性有机物的含量,提高了进料污泥的pH与碱度,有助于低有机质剩余污泥的后续厌氧消化处理.     

温度与污泥浓度对剩余污泥水解及脱水性能的影响

污泥碱性水解产生短链脂肪酸, 可应用到污水脱氮除磷中, 但会使其脱水性能恶化.为考察温度和污泥浓度对剩余污泥水解及脱水性能的影响, 试验研究了20 d内剩余污泥在pH=10、温度25和35℃、不同总悬浮固体(total suspended solids, TSS)下厌氧水解和脱水性能的变化, 对溶解性化学需氧量(soluble chemical oxygen demand, SCOD)和毛细管吸收时间(capillary suction time, CST)进行了分析.试验表明:25℃时污泥脱水性随ρ(TSS)升高先恶化后变化不大, 各发酵时间SCOD均升高后变缓;35℃时污泥脱水性随ρ(TSS)升高先恶化后略提高, SCOD变化与25℃时一致.SCOD变化情况与CST显著正相关;较高温度SCOD溶出更多, 脱水性能稍有恶化;TSS对污泥脱水性能的影响较温度更显著.     

不同预处理方法对剩余污泥厌氧发酵产氢的影响

对种泥进行预处理,能去除不产芽孢的耗氢菌,可以达到加快有机废水发酵生物制氢系统启动进程,提高污泥产氢效能的目的.为寻求适宜的种泥预处理方法,利用摇瓶发酵实验,考察城市污水处理厂好氧活性污泥分别经酸、碱、热、曝气、CHCl3和二溴乙烷磺酸钠（BES）预处理后,其利用葡萄糖发酵产氢的特性.结果表明,在初始pH 7.0、葡萄...     

养殖场鸡粪废水厌氧发酵产氢性能

在养殖场鸡粪废水中添加米糠提高废水的碳氮比,以经过不同预处理的厌氧活性污泥为接种物,控制发酵温度为36℃,初始pH为5.0,考察污泥预处理及底物质量浓度对发酵产氢的影响,并分析液相末端产物及发酵液化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)去除率.研究结果表明,污泥的最佳预处理方法为热处理(100℃下加热15 min),发酵累积生物气产量和氢气产量分别为1 781和1 082.8 mL,是未处理组的2.52和5.85倍;鸡粪废水的适宜质量浓度为10 218 mg/L,此时氢气产量为185.1 mL/g,由Gompertz模型对产气量进行非线性拟合得拟合方程,说明该模型可很好地模拟发酵产氢过程;发酵结束后液相末端产物主要转化为乙酸和丁酸等挥发性有机酸,在不同底物质量浓度下COD去除率随底物质量浓度先增加后减小,在质量浓度为10 218 mg/L时达到26.9%.     

秸秆资源化制取生物絮凝剂

目的探讨不同预处理的方法,找到合适的预处理条件,利用秸秆制取生物絮凝剂．方法采用不同质量分数的酸碱进行秸秆预处理试验,在此基础上采用两段式发酵方法制取生物絮凝剂．结果碱液预处理后粗纤维素含量明显增加,而酸处理后粗纤维素含量增幅很小．碱液质量分数越高越有利于提高粗纤维素含量,高温加热处理也可提高粗纤维素含量;碱液处理后稻草降解率最高可达72．47％,而酸液处理后稻草降解率最高可达44．06％;0．5％稀碱处理后的稻草降解率要高于1％碱处理后的稻草．结论从微生物利用难易程度和实际生产的角度考虑,预处理用0．5％碱来实现是较好的选择,采用此预处理方法制取的生物絮凝剂絮凝率可达到90％以上．预处理是秸秆降解的关键技术条件,秸秆经过有效地预处理后,可以作为廉价原料生产絮凝剂．     

剩余污泥超声强化预处理及其厌氧消化效果

采用超声预处理方法破解剩余污泥,考查污泥理化性质的变化以及后续厌氧消化的性能。在3种不同超声波电功率密度下破解污泥,并对超声波电功率密度1.5 W/mL、超声30 min处理后的污泥进行厌氧消化实验,结果表明：污泥溶解性COD随着超声时间和超声波电功率密度的增加而线性上升.当超声波电功率密度分别为0.8和1.5 W/mL、作用30 min后,污泥溶解性COD是原泥的4.7倍和6.0倍.超声后污泥的pH值和碱度均有下降,同时污泥溶液的颗粒尺寸减小.超声污泥经厌氧消化后总COD去除率较对照组上升了13.5%.在5%污泥投配率下,超声组反应器在10 d内即达到稳定产气状态,超声污泥的平均日产气量提高了57.9%.     

Microbial Community Profiles Related to Volatile Fatty Acids Production in Mesophilic and Thermophilic Fermentation of Waste Activated Sludge Pretreated by Enzymolysis

酶溶剩余污泥中高温发酵过程中微生物群落动态与短链脂肪酸积累的关系研究

辛晓东¹,王冰鑫¹,洪俊明¹,赫俊国²,邱微²,陈博彦³

（1.华侨大学 环境科学与工程系, 福建 厦门 361021;

2.哈尔滨工业大学 城市水资源与水环境国家重点实验室, 哈尔滨 150090;

3. 宜兰大学 化学工程与材料工程学系（所）,台湾 宜兰 26047,中国）

创新点说明：

1） 分析了酶溶预处理对剩余污泥水解溶胞效果,并发现酶溶剩余污泥在中温发酵和高温发酵中VFA积累含量基本处于同等水平;

2） 酶溶污泥中温发酵与高温发酵体系中微生物群落结构动态差异明显;与高温发酵相比,中温发酵体系中微生物群落均匀度较为适中,有助于强化体系中产酸群落的功能性;

3） 从产能角度分析,酶溶预处理大幅提高了剩余污泥的能源回收效率,为未来污水处理厂的剩余污泥处理及能源化提供一种新思路。

研究目的：

研究酶溶法对剩余污泥的溶胞水解效能,分析酶溶污泥的中温及高温厌氧发酵产VFA的效能,并揭示发酵体系中VFA积累与产酸微生物群落动态的关系,分析酶溶预处理对剩余污泥有机质向电能转化的强化作用,为未来剩余污泥的高效处理及能源化提供一种新思路。

研究方法：

1） 通过运行厌氧生物反应装置考察酶溶污泥的厌氧产酸发酵效能;

2） 利用T-RFLP分析发酵体系中产酸菌群的群落结构动态;

3） 绘制洛伦兹曲线描述发酵体系中产酸菌群的均匀度变化;

4） 利用数据排序分析（RDA）揭示VFA积累与环境变量的相关联系。

研究结果：

1） 研究了酶溶预处理对剩余污泥水解溶胞效果,发现在180min内污泥液相中SCOD升高至8750 mg/L;中温发酵第10天,VFA含量积累超过3200 mg COD/L,与高温发酵过程中VFA累积含量基本持平;

2）中温发酵体系中微生物群落均匀度低于高温发酵过程,推测其有助于强化发酵体系中菌群的产酸功能性;

3） 酶溶预处理大幅提高了剩余污泥的能源回收效率,经估算剩余污泥的电能转化效率可达到0.75-0.82 kW h/kg VSS。

结论：

1） 复合生物酶（蛋白酶、α-淀粉酶、溶菌酶及纤维素酶）可高效提高剩余污泥的水解溶胞效果,且酶溶剩余污泥在中温发酵和高温发酵中VFA积累基本持平;

2） 发酵温度对产酸菌群结构有明显影响,中温发酵体系中微生物群落均匀度低于高温发酵过程,有助于中温发酵中VFA的快速积累;

3） 酶溶法可大幅提高剩余污泥的能源回收效率,为实现未来污水处理厂的能耗自足提供一种新思路。

关键词：剩余污泥;生物酶催化;挥发性脂肪酸;微生物群落;电能转化

     

脂肪预处理发酵联产氢气和甲烷的研究

针对脂肪难以产氢、能源转化率低的问题,以肥猪肉作为脂肪代表物,研究了其预处理后发酵联产氢气和甲烷的特性.结果表明,在产氢阶段,碱和脂肪酶预处理促进了脂肪的水解,提高了累积产氢量.驯化菌种能较快的适应底物环境,从而缩短延滞期并提高了产气速率.碱水解时应控制体系的Na+终浓度不超过0.2mol/L,更高的碱用量会因Na+浓度过高而抑制产氢.为了提高能源转化率和原料利用率,提出了利用脂肪发酵产氢后的有机酸废液继续联产甲烷的创新工艺,并利用该工艺得到底物总挥发性固体的单位产氢潜力为32.6mL/g,联产甲烷潜力为24.88mL/g.其中单产氢气的能源转化率为0.85%,联产甲烷以后的能源转化率可提高至2.99%.     

老酵面团对碱工艺最佳pH值的研究

用老酵来发酵的面团其制品口感好,风味好.由于发酵过程产生有机酸需对碱中和,如何控制对碱量,达到最佳风味效果,历来为面点工艺上的一个难点.研究证明,发酵面团对碱后立即制作,其面团的pH值在6.15～6.20区域内,制成品的效果很好.发酵面团对碱再醒发25分钟后,其面团的pH值在6.12～6.15区域内,这时制成品的效果更好.     

复合菌剂预处理玉米秸秆及厌氧发酵产沼气

对比研究了9组不同配比的复合菌剂预处理玉米秸秆及厌氧发酵产沼气的效果,采用秸秆失重率及木质纤维降解率分析复合菌剂的降解能力,并通过沼气和甲烷的产量分析复合菌剂的产气性能.研究结果表明,D4组秸秆失重率及木质纤维素降解率最高,其次为I9组.30d的发酵周期内,I9菌剂处理后秸秆厌氧发酵效果最好,出现两个产气和产CH4的高峰期,累积产气量和产CH4量分别提高36.6%、39.0%,这说明采用合适的菌剂配比预处理秸秆能较大地提高厌氧发酵的产气量和消化效率.D4组秸秆木质纤维降解率虽最高,但产气并不是最高的,这说明降解率和产气量并不成正比.根据产气要求,选择最佳复合菌剂的配比为I9组,即复合菌、真菌、放线菌及细菌、绿色木霉的体积比为3∶3∶2∶1.