剩余污泥的超声处理试验研究

分别考察了超声处理剩余污泥过程中声能密度和作用时间对污泥絮体形状、污泥上清液中溶解性化学需氧量(SCOD)和污泥温度的影响。结果表明，虽然声能密度和作用时间都是重要的影响因素，但超声作用时间的长短更为重要。污泥上清液的SCOD和污泥温度的变化表明，生物细胞分解主要是白超声空化引起的力学效应造成的。     

超声/厌氧消化处理剩余污泥参数优化及机理研究

针对污水厂剩余污泥量大和低C/N污水脱氮碳源不足问题,将剩余污泥破壁作为碳源回用,具有较强的可行性和现实意义。为此,研究了超声联合厌氧消化工艺破解剩余污泥的适宜运行参数和溶出物质的效果,并探究了污泥破解机理。通过对SCOD、蛋白质、多糖、VFAs的浓度变化趋势进行分析,确定了超声联合厌氧消化工艺的最佳组合参数：声能密度为1.5 W/mL,处理时间为30 min,厌氧消化处理时间为7 d。对剩余污泥进行超声预处理发现,随着声能密度的增强,污泥液相中各物质浓度增大,但30 min以后各物质浓度的增长趋势逐渐变缓。厌氧消化能够帮助污泥溶胞,并且可以提升VFAs浓度。通过污泥粒径的变化可知,超声可以破坏污泥的絮体结构,进而加快水解过程,缩短厌氧消化时间。     

超声预处理污泥发酵液作为反硝化聚磷补充碳源研究

剩余污泥含有丰富的有机物和氮、磷等营养物质,对其进行超声预处理及水解酸化可回收溶解性的有机物及水解产物作为生物脱氮除磷工艺的补充碳源。以增加水解酸化后污泥上清液中的挥发性脂肪酸(VFA)为目的,研究了超声声能密度及超声时间对污泥水解酸化释放SCOD和VFA的影响以及污泥水解酸化产物作为反硝化聚磷工艺补充碳源的可行性。结果表明,超声预处理可以有效促进污泥的水解酸化,在一定的范围内增加超声时间和声能密度可以提高水解酸化过程中产生的SCOD和VFA浓度;有利于水解产酸的超声预处理条件是声能密度为1. 5 W/mL、超声时间为10 min。在实际污水中投加污泥发酵液作为补充碳源可以提高反硝化聚磷系统对PO_4~(3-)-P的去除率,且发酵液/实际污水体积比为1/35时去除率最高;长期以污泥发酵液作为补充碳源,随着运行时间的增加,系统对PO_4~(3-)-P的去除率不断提高,运行20 d以后去除率达到了100%。     

超声处理膨胀污泥的试验研究

采用20 kHz的超声频率,在4个不同的声能密度(1.28、2.56、3.85、5.13 W/mL)、5个不同的超声处理时间(30、60、90、120、150 s)下处理膨胀污泥.结果表明,在4个不同的声能密度下超声处理30 s均使污泥的SVI30值增大,即短时间的超声作用非但不能改善污泥的沉降性能,反而会降低污泥的沉降性能;当超声处理时间延长至120 s、声能密度为5.13 W/mL时,污泥的SVI30值降幅最大,达26%;在不同的声能密度下,随处理时间的延长,超声对污泥硝化活性的影响逐渐由促进变为抑制,声能密度为3.85 W/mL、超声处理时间为60 s时的污泥硝化活性最佳(较原污泥提高了约36%).由此可知,提高膨胀污泥的硝化活性与改善其沉降性能的超声作用条件并不一致,需在以后的研究中进一步协调.     

超声处理对系统剩余污泥减量效果的研究

在运行稳定的连续流活性污泥系统中采用超声处理剩余污泥并将其返回系统,考察声能密度、超声作用时间和超声污泥回流比对系统剩余污泥减量效果的影响.结果表明,当超声污泥回流比为1∶24、声能密度为0.4 W/mL、超声时间为5 min时,系统污泥日平均产量为13.6 mg/(L·d),减量效果达到95.81%,此时出水COD为73 mg/L、NH4+-N为7.99 mg/L、TN为18.67mg/L,达到<城镇污水处理厂污染物排放标准>(GB 18918-2002)的二级排放标准.此外,系统中污泥的沉降性能及其有机质含量并没有受到显著影响.     

超声破解促进污泥两相厌氧消化性能研究

以频率为40kHz,声能密度为0．1、0．3和0．6W／mL的超声波对城市污水处理厂的剩余污泥进行超声破解,研究破解效应对污泥两相厌氧消化工艺去除有机物的效果、生物气产量和产气率的影响。结果表明,超声破解能显著提高污泥的溶解性COD（SCOD）浓度、对有机物的去除率、生物气产量和产气率,缩短两相厌氧消化工艺的污泥停留时间。污泥在声能密度为0．6w／mL的条件下破解60min后,SCOD从440mg／L提高到8844mg／L,COD的溶出率达到32．0％。对原污泥和经超声波破解60min的污泥进行两相厌氧消化试验,结果显示：经超声波破解后,对COD和总挥发性固体（VS）的去除率较原污泥分别提高了一半左右,产气量和产气率分别增长了125．3％和72．5％。     

剩余污泥的超声处理及资源化利用研究

研究了超声作用对西安市第三污水处理厂剩余污泥的影响。在20 kHz的超声频率下,测试了声能密度和超声作用时间对剩余污泥破解的影响,以获得最佳的超声破解条件。在此基础上对污泥进行超声处理,并将超声处理后的污泥进一步厌氧水解,考察将水解产物用作反硝化碳源的可行性。结果表明,最佳超声处理条件是:作用时间为10 m in,声能密度为1.2 W/mL。在此条件下超声预处理剩余污泥后厌氧水解48 h,MLVSS的减量率为控制样的2倍,SCOD浓度为控制样的1.96倍,总挥发性有机酸浓度为控制样的1.69倍。当将水解产物用作有机碳源时,其反硝化速率为14.7 mgNO3--N/(gVSS.h),是乙酸钠的87.5%,为实际市政污水的2.3倍。因此,剩余污泥经超声预处理并水解后用作反硝化碳源,这种资源化途径是可行的。     

低强度超声辐照对厌氧污泥性能的影响

为进一步揭示超声强化厌氧微生物活性的作用机制,在超声频率为20 k Hz、声能密度为0.1 W/m L、辐照时间为10 min的条件下进行污泥辐照试验。采用超声与对照污泥沉降试验、超声过程测定污泥表面Zeta电位、激光粒度仪测定超声辐照前后的污泥粒径以及扫描电镜观察超声前后污泥絮体结构变化,探讨超声辐照对污泥相关性能的影响。结果表明,厌氧污泥经过超声作用后表面性质发生了较大的变化,低强度超声辐照导致絮体分散,增大了固液接触面积,起到了强化传质和提高污水生物处理效率的作用。     

水解酸化池预处理低碳生活污水的效能分析

为了提高低碳氮比生活污水的脱氮效能,在缺氧池前设置水解酸化池,通过水解酸化作用改善进水碳源,同时对回流剩余污泥进行降解,以期达到改善进水碳源可生化性、提高其可利用率、减少外碳源投加量并实现污泥减量的目的。分别考察了水解酸化池对污水单独进行预处理以及对污水和回流污泥同时进行预处理情况下的作用效能及其对系统脱氮的影响。结果表明:两种预处理条件下,理论B/C值都大于0.65,出水SCOD/COD的平均值和出水VFA浓度均高于进水,单独污水水解酸化的出水SCOD减少较多,对TN的去除率仅为47.8%;回流剩余污泥后,温度>20℃且每日分4次共回流20 L剩余污泥的TN去除效果明显优于单独污水水解酸化和温度<20℃且每日分2次共回流10 L的运行效果,两种回流量条件下对TN的去除率分别为71.9%和66.1%,污泥减量率分别为58%和56.3%。     

超声波参数对短程硝化的影响

在SBR连续运行过程中,采用20 k Hz的超声波,在不同声能密度与辐照时间下处理浓缩污泥,考察超声波参数对短程硝化的影响。结果表明,低强度超声波可有效促进氨氧化细菌(AOB)活性并抑制亚硝酸盐氧化细菌(NOB)活性。适宜的超声波声能密度为0.05 W/m L,辐照时间为20 min,能量为23 k J/g VSS。在此条件下,SBR的NH_4~+-N去除负荷为2.54 mg/(g VSS·h),亚硝酸盐积累率(NAR)为59.6%,在过度曝气条件下仍可维持短程硝化状态。同时AOB活性达到最大值8.06 mg O_2/(g VSS·h),比未超声组提高了近114%。胞外聚合物(EPS)、蛋白质与多糖浓度分别提高了62.0%、200.3%与30.1%,超声波可加快细胞新陈代谢进而促进胞外聚合物分泌。因此,合适能量的超声波是维持短程硝化的有效措施。     

热水解对污泥高温厌氧消化产气性能的影响研究

针对城市污泥厌氧消化效率及产气量低等问题,采用新型热水解(Thermal Hydrolysis Pre-Treatment,THP)技术对污泥进行预处理,并结合高温厌氧消化技术进行小试试验,考察THP对污泥粒径、有机物的溶出率及高温厌氧消化产气性能的影响。研究结果表明,经过THP预处理之后,污泥粒径明显减小,为后续厌氧消化处理的水解酸化提供了有利条件;THP使污泥中的有机物得到有效释放,预处理后初沉污泥和剩余污泥中的SCOD、溶解性碳水化合物和溶解性蛋白质的含量分别提高了14,95,19倍和29,45,19倍;THP明显提升了污泥高温厌氧产气性能,初沉污泥和剩余污泥消化单位有机物(VS)累计产气量分别较未经THP处理的污泥提高了19.96%和39.14%。试验结果可为城市污泥高温厌氧消化预处理工艺的选择提供一定的理论依据。     

加载连续流电磁波对回流污泥脱氢酶活性的影响

为了探究加载电磁波对回流污泥的影响,选取脱氢酶活性为代表,取污水处理厂回流污泥,采用连续流2 450 MHz电磁波进行加载,探究电磁波加载功率、加载时间和污泥流量对污泥生物活性的影响,考察将电磁波加载污水处理厂回流污泥实现污泥过程减量的可行性。当电磁波加载功率为100 W时,污泥脱氢酶活性提高了85. 38%;在加载功率为100～600 W、加载时间为25～150 s时,脱氢酶活性呈显著下降趋势,且与污泥温度和上清液SCOD呈此消彼长之势;当污泥流量为2 L/h时,污泥脱氢酶活性突然显著降低,之后随污泥流量增大则活性逐渐上升。相关性分析结果显示,污泥脱氢酶活性与加载功率、加载时间呈显著负相关,与污泥流量呈显著正相关,影响程度的大小顺序为:污泥流量加载功率加载时间;同时,污泥脱氢酶活性与温度、SCOD均呈显著的负相关。     

超声及碱处理促进剩余污泥水解的试验研究

剩余污泥水解是解决污水处理厂生物脱氮除磷的碳源不足和实现污泥资源化的重要途径。采用3个平行反应器,在35℃、厌氧条件下研究了剩余污泥以及经过超声预处理和碱处理(pH=10±0.1)的剩余污泥的水解过程。结果表明:超声预处理以及碱处理均能促进剩余污泥的水解,它们对污泥的平均比降解速率较原污泥可分别提高39.4%和93.9%,SCOD的平均溶出速率可分别提高92.9%和150.4%。另外,碱处理后水解对剩余污泥的降解比超声预处理的更快、更彻底。根据污泥比降解速率、SCOD溶出速率以及营养物释放速率大小,可认为水解过程分多阶段进行,其中污泥比降解和SCOD溶出速率在第Ⅰ阶段(0～2d)最大,磷释放速率在第Ⅱ阶段(4～6d)最大。透射电镜扫描结果表明:剩余污泥水解的次序为EPS、胞内物质、细胞壁。     

厌氧/好氧工艺中微生物强化原位污泥减量机理

利用静态试验研究了微生物菌剂对活性污泥水解酸化的强化作用,发现菌剂组的p H值明显降低,其上清液中的有机物(如SCOD、TP、TN、氨氮、蛋白质、多糖)和金属离子(如Na、K、Ca、Mg、Fe)等含量明显升高,菌剂组液相中乙酸和丙酸的最大累积量分别为空白组的4.87倍和5.73倍。依托模拟罗芳污水厂运行工况的A/O中试装置考察了微生物强化污泥减量效果,并研究了微生物强化对中试系统理化性质的影响。沿程组分分析显示菌剂组各区的MLVSS/MLSS值均低于空白组,活性污泥中有机质含量明显降低;菌剂组厌氧区单位质量污泥对应的SCOD、TP、TN、氨氮、蛋白质和多糖含量较空白组高出18%~57%不等,微生物强化增强了活性污泥代谢活性,菌剂组的维持代谢SOUR和内源呼吸SOUR均高于空白组。可见,微生物强化污泥减量技术是通过强化污泥溶胞和隐性增长实现污泥减量的。     

冷冻预处理对剩余污泥性质的影响研究

为了提高污泥的有机物溶出率,以利于后续生物处理,采用冻/融技术对城市污水厂的剩余污泥进行预处理,考查了冷冻时间对污泥理化特性的影响。结果表明,冻/融处理可以破解污泥,将固体物质转化为液相成分。随着冷冻时间的增加,污泥pH值下降,SCOD和碱度上升;冷冻污泥的SS和VSS值与冷冻时间相关。粒径分布和微观结构观察也证实了污泥絮体已被破坏。与混合污泥(初沉污泥+剩余污泥)相比,剩余污泥粒径分布的变化更加显著。剩余污泥和混合污泥经过冻/融(72h/3h)处理后,有机物溶出效果较好,污泥的物理特性也得到了改变。     

强化水解反应器的中试研究

针对城镇污水处理厂进水SS/BOD5值偏高、C/N值偏低等问题,对传统水解反应器进行改进,设置两层布水器,以强化污水及初沉污泥的水解,改善出水碳源结构。在水力停留时间为3.5 h、污泥停留时间为15 d的条件下,强化水解反应器对SS的去除率达到89.7%,对COD>100的去除率达到92.1%;出水中溶解性有机物和小粒径有机物所占比例显著增加,SCOD/COD和COD0.45～5/COD值分别提高了38.2%和15.9%;出水VFAs含量约为进水的1.5倍,VFAs/TN值由进水的2.0提高至4.0,VFAs/TP值由进水的8.7提高至26.2。     

物化法强化厌氧消化去除污泥中PhACs的研究

针对污泥中典型的药理活性化合物(Ph ACs)——氯贝酸、三氯生、卡马西平和双氯芬酸,采用超声或快速机械转盘联合厌氧消化[中温:(35±2)℃、高温:(55±2)℃]工艺,通过GC/MS检测分析,研究其去除效果和特性。结果表明,当中温厌氧消化的污泥龄由10 d(高温厌氧消化系统为7 d)提高到20 d,中温厌氧消化系统对三氯生的去除率由44%提升至74%,高温厌氧消化系统则由52%提高到了74%;采用声能密度为0.05 W/m L的超声强化预处理30 min后,后置超声联合高温厌氧消化对目标物的去除率最高,分别为73%(氯贝酸)、76%(三氯生)、64%(卡马西平)、73%(双氯芬酸),尤其对通常认为较难去除的卡马西平,去除率较高温条件下的直接厌氧消化(去除率为56%)增加8%;采用前置和后置快速机械转盘(转速为100 r/min、处理2 h)与厌氧消化联合,对目标物的去除率有一定的提升,特别是后置转盘联合中温厌氧消化工艺,对双氯芬酸的去除率增加8%,去除率达到68%。     

超声空化技术对剩余污泥上清液性能指标的影响

以益阳市团洲污水处理厂氧化沟与二沉池之间的回流污泥为研究对象,研究超声处理对剩余污泥上清液的影响。结果表明,上清液中COD及TN的含量随超声时间的延长成线性增加,在超声处理15 min后增加率开始减小;SS随超声时间的延长先减少后增加,在超声处理15 min时达到最小;随超声时间的延长,上清液的温度持续上升,p H值变化很小。     

低速搅拌球磨破解剩余污泥高效释放碳源

针对传统污泥厌氧消化技术停留时间较长、能耗较高的缺点,采用低速搅拌带动玻璃珠相互挤压、碰撞的方法对剩余污泥进行物理破解,考察了玻璃珠粒径、破解时间、转速、泥珠体积比等对碳源释放的影响。结果表明,SCOD的溶出率随破解时间与转速的增加而增加,但破解时间或转速增加到一定值后,SCOD溶出率增加非常缓慢。当玻璃珠粒径为1～1.5 mm、泥珠体积比为1∶2时剩余污泥的破解效果最佳,在搅拌器边缘线速度仅为1.44 m/s的低速条件下破解3 h,上清液SCOD浓度可达3 770mg/L,氨氮与硝酸盐氮浓度则分别达到25.2、43.7mg/L;相同条件下,延长破解时间至7 h或增加线速度至2.02 m/s后,SCOD浓度仅分别上升10.3%和2.5%,可知污泥碳源释放已接近极限。经粒径分析,污泥破解前、后中值粒径分别为28.114、2.233μm,扫描电镜结果显示,污泥絮体与污泥细胞均被破坏。低速旋流搅拌球磨破解可在较低能耗下实现剩余污泥的碳源充分释放,可为解决剩余污泥处置及低碳氮比污水处理问题提供新思路。     

好氧颗粒污泥胞外聚合物提取方法研究

采用4种方法(热、超声、高压、碱处理)分别研究在不同的作用时间和方式下对好氧颗粒污泥EPS的提取效果。综合考虑各提取方法的提取效果及对于污泥细胞的破坏程度后,确定热处理(80℃,30min)和超声波提取(320W,40s)法均是可行的,其中热处理提取产物中多糖、蛋白质分别为30.3、8.1mg/gVSS,而超声波则分别为24.3、10.8mg/gVSS。好氧颗粒污泥EPS中多糖含量高于蛋白质,在热处理及超声波提取的产物中,多糖与蛋白质之比分别为3.7与2.3。