沼渣生物炭在水处理中的应用进展

以沼渣为原料制备生物炭是实现沼渣安全处置和资源化利用的有效途径之一.沼渣经过厌氧消化处理,在一定程度上优化了沼渣生物炭的组分结构和物化特性,因而沼渣生物炭具有低成本、来源广、吸附及催化性能好等特点被应用于去除水中污染物.该文对当前沼渣生物炭的原料来源、制备及改性方法进行了总结,归纳了沼渣生物炭作为吸附剂和碳基催化剂在水...     

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。     

污泥高含固厌氧消化增温工程实践

随着我国城镇污水处理效率的不断提高,城镇污水处理厂污泥产量也急剧增加。厌氧消化作为一种低能耗、资源化的污泥处理技术,处理过程能耗较低,能回收沼气能源,可减少温室气体排放,是污泥稳定化、减量化和资源化的重要手段之一。目前,由于高含固厌氧消化沼气产生效率高,已在工程实践中得到了推广应用。温度是影响厌氧消化反应的重要因素,温度变化对沼气产量有明显影响,因此,维持厌氧消化反应温度的稳定性尤为重要。该文针对厌氧消化系统不同的增温方式,以实际工程实践为例,介绍了厌氧消化系统启动时和正常运行时的增温情况。     

餐厨垃圾和厨余垃圾厌氧消化产生沼渣的脱水性能分析

以餐厨垃圾和厨余垃圾为原料进行中温厌氧消化反应,采用含固率(TS)、离心脱水后含固率(CTS)、模化毛细吸水时间(NCST)、过滤比阻(SRF)以及结合水含量(BW)为脱水性能评价指标,研究不同厌氧消化阶段产生沼渣的脱水性能。研究发现:沼渣TS变化范围为3.0%～9.9%,CTS为10.9%～31.0%,NCST为50.8～163.7 s·L·(g TS)^-1,SRF为2.1×10¹³ ～13.8×10¹³ m·kg^-1,BW为2.3～15.1 g·(g TS)^-1。厌氧反应器的累计甲烷产量始终是餐厨垃圾高于厨余垃圾,前者最高可达381 ml·(g VS_added)^-1,而后者仅为280 ml·(g VS_added)^-1;沼渣的脱水性能主要受厌氧消化时间的影响。同时,以餐厨垃圾为原料的沼渣可以达到的脱水程度较高,而以厨余垃圾为原料的沼渣的脱水速率较快;沼渣TS与NCST、SRF和BW脱水指标的两两间相关性显著,而与CTS没有明显相关性。     

沼渣生物炭的制备及资源化利用研究进展

沼渣是生物质经厌氧消化后产生的固体残渣，也是具有较大应用潜力的二次资源。与填埋、焚烧等传统沼渣处理工艺相比，使用热化学法处理废弃生物质沼渣可更好地实现沼渣中有机物的固定，且制备得到的沼渣生物炭结构稳定、性能优良，能被广泛应用于污染物吸附、催化降解、土壤修复等诸多领域。本文归纳总结了国内外常见的沼渣生物炭制备技术和改性方法，重点介绍了沼渣生物炭的结构、元素组成和理化性质。同时，汇总了现阶段沼渣生物炭的主要资源化应用途径，并对未来沼渣生物炭资源利用的发展方向进行了展望。     

高含固率污泥厌氧消化系统的启动方案与试验

高含固污泥厌氧消化技术是目前国内外的研究热点。该文以上海市白龙港污水处理厂脱水污泥稀释而成的含固率为10%的污泥作为研究对象,对高含固污泥厌氧消化技术进行了初步的探讨。试验结果表明,厌氧消化系统的进泥含固率升高至10%后,每投入1 m3的污泥产气约16~18 m3沼气,远高于现有浓缩污泥厌氧消化系统的产气率(8~10 m3沼气/m3污泥)。高含固率污泥厌氧消化系统推荐采用清水启动策略,即消化罐内介质的初始状态为清水(二沉池出水),之后以不同投配率投加原污泥,避免系统启动过程中的VFA的积累,尤其是丙酸含量的积累。该研究成果不仅可为该污水处理厂现有污泥厌氧消化系统未来的扩建改造服务,而且可为国内同类工程提供借鉴和示范。     

污泥厌氧消化过程中沼气原位提纯扩产技术的研究进展

目前,厌氧消化处是污泥减量化、无害化、资源化处理最有效的手段之一,沼气作为厌氧消化资源化产物,产量和纯度的原位提升技术有着重要的作用。文章从厌氧消化产沼气量影响因素和沼气原位富集技术的角度阐述沼气产量和纯度的提高的研究方法,从而对中国市政污泥处理和沼气能源化利用领域提供有价值的参考。     

铁粉/鼠李糖脂对高含固率脱水污泥的强化厌氧消化

改善高含固率脱水污泥的厌氧消化反应类型、提高传质效率是当前的研究热点之一。采用批次试验系统研究了铁粉和鼠李糖脂对高含固率污泥厌氧消化的强化效果,结果表明,投加铁粉和鼠李糖脂对高含固率污泥厌氧消化产甲烷均有促进作用。原污泥、投加铁粉污泥、投加鼠李糖脂污泥的日产气量分别在第4 d、第3 d、第1 d达到最大,对应的日甲烷产量分别为184、240、320 mL/(L·d)。加入铁粉后氧化还原电位(ORP)下降显著,在运行10 d后,加铁粉组的ORP最低值为-400 mV。厌氧消化过程中挥发性脂肪酸(VFA)组成以乙酸为主,投加铁粉对丙酸的产生有一定的抑制作用,加入鼠李糖脂有利于加快微生物对底物的利用速率,进而减少VFAs累积,且第10 d时VFAs的含量已下降至最低,均有利于甲烷产生。     

我国剩余污泥厌氧转化的主要影响因素及影响机制研究进展

我国剩余污泥产量大,对其进行稳定化、无害化和资源化处理处置迫在眉睫,而厌氧消化技术能够在降低污泥对环境污染的同时回收能源,是目前国际上最受欢迎的污泥减量化和资源化处理技术。本文首先重点归纳了国内外污泥厌氧消化技术应用现状差异和国内外剩余污泥厌氧转化率差异,即我国剩余污泥厌氧转化率处于 20%～50%之间,明显低于发达国家的水平（50%～70%）,是我国剩余污泥厌氧消化推广应用程度低于发达国家水平的主要原因。其次从泥质差异的角度总结了导致我国剩余污泥厌氧转化率低于发达国家的主要差异性因素,即微细砂含量（50%～65%）高于发达国家（25%～30%）、金属离子如Ca²⁺、Fe³⁺、Al³⁺和Mg²⁺等的含量高于发达国家、污泥泥龄（10～30d）显著长于发达国家（5～10d）。最后,归纳总结了微细砂、金属粒子和泥龄这三类典型差异性因素对剩余厌氧消化性能的影响机制。对我国剩余污泥厌氧转化的主要影响因素的系统性认识有助于从源头上明晰影响我国剩余污泥厌氧转化性能的重要因素,对影响机制的深入解析有助于提出有针对性的强化措施,从而为我国剩余污泥厌氧消化技术的广泛推广与应用提供有益的借鉴和启发。     

水热耦合厌氧消化技术处理餐厨垃圾沼渣沼液及工艺能耗分析

以水热与厌氧消化耦合工艺作为餐厨垃圾沼渣沼液（digestate of food waste，DFW）的处理过程，探究了DFW处理前后的脱水性能及固、液两相产物的特性，分析了工艺过程中的物质流动、能量输入/输出，并评估了能量平衡的影响因素。结果表明，水热处理改善了DFW脱水性能，降低了脱水后的泥饼产量和含水率。温度是影响水热处理效果的主要因素，处理效果随温度的升高明显提升。当水热温度为200℃时，离心后泥饼的产量和含水率降低最为显著，分别从最初的71.83kg/t DFW和88.43%减小至22.11kg/t DFW和76.30%。此外，水热过程促进了DFW有机物质从固相向液相的转移，通过耦合厌氧消化处理工艺生产甲烷，可以有效地回收液相能量。本研究对整个处理工艺进行了全面的物质和能量衡算。水热处理温度的提高增加了加热能量的输入，但减少了后续热干化过程的能量输入，并增加了DFW液相产物的产甲烷潜力。当水热温度为160℃、保温时间为60min时，水热与厌氧消化耦合工艺净能量输入最少（30.75MJ/t DFW），相比于不采用水热技术处理节省106.48MJ/t DFW。水热过程热能的回收率、脱水后泥饼的含水率、液相产物的产甲烷潜势是影响工艺过程能量净消耗的主要因素，是工艺优化的主要方向。     

高固多相生物反应工程

以木质纤维素高固酶解发酵为例,高固形物及其复杂的理化性质会导致体系出现“固体效应”和“水束缚效应”,形成传质速度较低的固液气和微生物复杂多相体系,影响木质纤维素生物转化速率;同时,固形物增加及由此产生的高固酶解发酵流变学特性使以剪切力为主导的机械搅拌在高固多相体系下具有不适应性(会导致酶或微生物活性降低),从而对搅拌方式、反应器及过程设计放大等提出新的要求. 本工作基于课题组多年的研究,提出高固多相生物反应工程的理念,从固体基质特性入手剖析影响高固多相生物反应速率的关键因素,提出了以周期法向力为动力源的过程强化方法,开发出周期蠕动高固多相生物反应系统,以期为高固多相生物反应工程研究提供理论和技术支持.     

Combined Ozone Pretreatment and Anaerobic Digestion for the Reduction of Biological Sludge Production in Wastewater Treatment

The ever-increasing amount of solid waste generated by wastewater treatment plants highlights emerging economic and environmental issues. In order to develop new processes producing less sludge, the use of ozone combined with anaerobic digestion was investigated for waste activated sludge treatment. This paper was aimed at evaluating the impact of ozone pretreatment on anaerobic digestion and particularly the enhancement of biogas production. Sludge solubilization was estimated in terms of modification of chemical oxygen demand, solids and nitrogen. Batch anaerobic digestion highlighted the enhancement of ozonated sludge biodegradability. Ozonation led to an increase in biogas production. The ozone dose of 0.15 g O₃/g total solids resulted in a considerable increase in the soluble COD ratio from 4% to 37%. This ozone dose achieved the highest increase in biogas production: 2.4 times greater than without chemical pretreatment.     

Integration of high-solid digestion and gasification to dispose horticultural waste and chicken manure

To realize full energy recovery from grass and chicken manure(CM), the integration of high-solid anaerobic digestion(HSAD) and gasification was investigated experimentally. The anaerobic biodegradability of grass can be enhanced through codigestion with CM. When the volatile solid(VS) ratio of CM to grass was 20:80, C/N ratio calculated to be 21.70, the cumulative biogas yield was the highest, 237 ml·(g VS)~(-1). The enhancement of biogas production was attributed to the buffering effects of ammonia and rich trace elements in CM. In semi-continuous systems, when the organic loading rate was 4.0 g VS·L~(-1)·d~(-1), the HSAD process was stable, with the average biogas yield 168 ml·(g VS)~(-1). More than 80% fractions of the digestates were volatile matters, which meant that the digestates can be used as feedstock for gasification to produce syngas. The VS ratio of grass to CM had significant overall energy generation through HSAD and gasification. Compared with gasification of digestate,cogasification with woodchips increased syngas yield and low heat value(LHV). Increasing of mass ratio of digestates to woodchips led to the decrease of LHV.     

Dry anaerobic batch digestion of the organic fraction of municipal solid waste

Anaerobic digestion at high solid concentrations (dry anaerobic digestion) is an attractive method for the stabilization of solid organic wastes. A new concept for dry anaerobic batch digestion (BIOCEL) of the organic fraction of municipal solid waste is presented. The start up of a BIOCEL reactor was studied with several methods of process set up and operation. Dry anaerobic digestion of the pure undiluted organic fraction obtained from a shredding/separation process was not accelerated by partial spatial separation of substrate and methanogenic inoculum (granular sludge) or leachate recycle, or both. With these three methods after 30 days the high organic acids concentration and low pH in the reactor indicated a sour reactor, unable to establish significant methane production. When the organic fraction was digested in combination with compost addition (40% (w/w) of the initial solids) and leachate recycle, the stabilization rate increased significantly. Leachate recycling in combination with partial spatial separation of the substrate/compost mixture and the inoculum showed the shortest lag phase in the methane production and the shortest digestion time. When the digested residue of a completed digestion was applied as the methanogenic inoculum (40% (w/w) of the initial total solids) the digestion time was slightly shorter. It is concluded that dilution with compost had a positive effect on the start up of the dry anaerobic digestion and compensated for a suboptimal amount of initial methanogenic biomass. During the start up of dry anaerobic batch digestion of municipal solid waste the rapid recovery of methane formation from an initial overloading was observed and was found to be the result of a population shift in the methanogenic biomass and the existence of zones in the reactor with more optimal conditions (higher p H, lower organic acids concentration). The observed digestion time was 36 days. Recommendations are given to shorten the period needed, for complete digestion.     

厌氧消化泡沫形成的影响因素探究

针对污水处理厂厌氧消化工艺中易形成泡沫的问题,本文综述了厌氧消化泡沫形成影响因素的最新研究进展,阐述了表面活性剂、丝状菌、温度、有机负荷、搅拌和消化池构型等对于厌氧消化工艺中泡沫形成的影响。其中,表面活性介质累积、丝状菌过度增殖、温度波动、有机负荷过高、搅拌方式欠佳以及消化池构型差异,均能诱发厌氧消化池中泡沫的形成。为有效预防和控制厌氧消化工艺中泡沫形成,本文提出具体措施的同时并对其今后的研究方向进行了展望。通过温度、有机负荷、搅拌效率等参数调控监测,减少温度波动和表面活性物质积累,保持消化池混合适度等,可以针对性地控制厌氧泡沫的形成,提高厌氧消化工艺效率,降低厌氧工艺处理成本。此外指出,探明各影响因素诱发泡沫的机理以及各因素之间交叉作用对于厌氧泡沫形成的影响,同时研发新构型消化池,具有重要的理论和实用价值。     

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。     

餐厨垃圾厌氧消化技术研究进展

综合评述了厌氧消化技术研究进展。从脂肪及离子含量、温度、固含率及稀释率、接种物和接种量等方面对餐厨垃圾厌氧消化技术进行了介绍。     

污水处理厂剩余污泥的中温厌氧消化特性研究

对天津某污水处理厂的剩余污泥进行中温厌氧消化试验,研究了在不同HRT下的产气量、有机物去除率等指标,结果表明:剩余污泥经过中温消化,在HRT分别为30、20、10 d时,产气率分别为0.022、0.027、0.033 L/(g[VS].d);CODCr的去除率为18.8%～38.1%;由COD物料衡算得知,基质中40%的固态有机物被分解转化,COD甲烷转化率最高约为32.0%;对剩余污泥基质的元素组成进行分析,经计算推导出基质的模拟分子式为C9.87H16.72O33.81N。研究结果为污水处理厂剩余污泥厌氧消化工艺选择合适的工艺条件提供了理论参考。     

城市生活垃圾厌氧消化处理技术的应用研究进展

总结了国内外可生物降解有机城市生活垃圾(BOFMSW)厌氧消化处理技术的应用和发展概况。详细分析了垃圾成分、碳氮比、接种物、温度、pH 值、总固体含率、有机负荷率以及搅拌对BOFMSW厌氧消化的影响。介绍了国内外厌氧消化法处理可降解有机垃圾的几种工艺,比较各种工艺类型的特点,并辅以实例分析。最后指出我国利用厌氧消化技术处理BOFMSW,以及城市生活垃圾综合利用两个层面存在的问题,并给出了我国城市生活垃圾的厌氧消化技术研究和应用的发展方向。