不同预处理方法对剩余污泥厌氧消化产沼气过程的影响
剩余污泥厌氧消化预处理技术研究进展
●Vol．28，No．62010年6月中国资源综合利用China Resources Comprehensive Utilization目前，剩余污泥的产生量越来越大，产生的二次污染问题也越来越严重，对剩余污泥的处理已成为环境保护工作者研究的热点，其中厌氧消化技术是处理剩余污泥的主要技术之一。
传统的厌氧消化存在消化速率低、停留时间长（需20～30d）及产气率低等不足［1-3］，限制了厌氧消化技术优势的发挥。
为提高剩余污泥的厌氧消化效率，对剩余污泥中微生物细胞进行破解，使其中的有机物进入水相，从而有利于微生物对有机物的进攻、利用和降解。
近年来，国内外学者针对剩余污泥预处理方法和效率展开了广泛的研究，主要预处理手段包括超声波、热解、微波、超临界氧化、加碱法及其它方法组合而成的预处理工艺方法等。
这些方法均可以有效破坏剩余污泥的结构及细胞壁，使絮体中胞内外有机物不同程度地溶出并进入液相，促进剩余污泥的水解过程。
1超声波预处理超声波预处理剩余污泥，可使污泥中的有机物更充分地厌氧消化降解并转化为沼气资源。
其污泥破解原理是在超声波（20kHz～10MHz）作用下污泥不断压缩和膨胀，污泥内部产生气穴泡，且不断成长并最终共振内爆，局部产生超高温、高压，同时产生巨大的水力剪切力［4-5］，使污泥结构中相当数量的微生物细胞壁得以破坏，细胞质和酶得以释放。
超声波预处理促进胞内溶解性有机物释放，表现为剩余污泥的可溶性COD的比例上升和氮与磷浓度的增加，从而改善剩余污泥的微生物可利用性［6］。
超声波预处理具有如下优势［7］：（1）紧凑的设计并且可以改装完成；（2）实现低成本和自动化操作；（3）提高产气率；（4）改善污泥的脱水性能；（5）对污泥后续处理没有影响。
因此，国内外对超声波预处理剩余污泥效果进行了大量研究。
Wang等［8］研究了不同固体含量的剩余污泥经频率为20kHz和超声密度为0.768W/mL、超声时间为5～15min预处理后溶解性化学需氧量（SCOD）的释放规律。
添加厨余垃圾对剩余污泥厌氧消化产沼气过程的影响
２ ｃ ｏｌ ｆ ｎｉ ｎ ｅｔｌ ｎ ｉｌ ｎ ｉ ｅｉｇ Ｊ ｎｎ ｎＵ ｉｅｓｙ Ｗｕｉ １１２ ｈｎ． ．Ｓｈ ｏ ｏ ｖｒ ｍ ｎａ ａ ｄＣｖ ｇ ｅｒ ， ｉ ｇ ａ ｎｖｒｔ， ｘ ２ ４ ２ ，Ｃ ｉａ ） Ｅ ｏ ｉＥ ｎ ｎ ａ ｉ
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能的影响 。结果表 明， ３ 在 ５℃下 ， 随着剩余 污泥中厨 余垃圾 添加量的增加 ， 氧消化 系统 中碳 氮质 量比 （ ／ 、 厌 Ｃ Ｎ） 胞 外 多聚物（ Ｐ ） 生理 生化指标均有不 同程度的改善。其 中当剩余 污泥与厨 余垃圾质 量 比为 ２ １ 混合 有机废 ＥＳ等 ： 时，
弃 物 中 沼 气产 量 和 甲 烷 含 量 均 达 到 最 大 值 ， 克 挥 发 性 固 体 （ Ｓ 产 生 了 １ ６５ 沼 气 ， 烷 体 积 分 数 为 每 Ｖ） ５ ． ６ｍＬ 甲 ６ ． ２ ， 别 比 剩 余 污 泥 单 独 厌 氧 消 化 时的 产 气 量 提 高 了 ５倍 和 １５倍 。 ７５ ％ 分 ． 关键词 ： 氧消化 ； 气； 余垃圾 ； 厌 沼 厨 剩余 污 泥
剩余污泥预处理方法
汇报人：文小库2023-11-28•剩余污泥概述•物理预处理方法•化学预处理方法•生物预处理方法•不同预处理方法的优缺点分析•实际工程案例及效果评估•预处理后污泥资源化利用途径探讨剩余污泥概述01剩余污泥是指在污水处理过程中，通过微生物代谢作用产生的、不能被生物降解的有机物质和无机物质的混合物。
定义主要来源于活性污泥法、生物膜法等污水处理工艺中的二沉池、曝气池等构筑物。
来源定义与来源01剩余污泥的含水率通常高达99%以上，导致体积庞大，处理难度大。
高含水率02剩余污泥中含有大量的有机物质，包括蛋白质、多糖、脂肪等，易于腐败发臭。
高有机物含量03剩余污泥中可能含有多种病原体和有毒物质，对人类和环境造成潜在危害。
含有病原体和有毒物质剩余污泥特点通过预处理手段，降低剩余污泥的体积和含水率，减少后续处理难度和成本。
通过预处理手段，破坏剩余污泥中的有机物质结构，使其趋于稳定，减少腐败发臭现象。
通过预处理手段，提取剩余污泥中的有用物质，实现资源化利用，变废为宝。
减量化稳定化资源化处理意义与目的物理预处理方法02利用污泥中不同组分的质量差异，在离心力的作用下实现固液分离。
分离效果好，操作简便，适用于各种污泥。
能耗较高，设备投资大，处理成本较高。
原理优点缺点离心分离法利用过滤介质对污泥进行过滤，实现固液分离。
操作简便，处理效果好，适用于处理颗粒较大的污泥。
过滤介质易堵塞，需要定期清洗和更换，处理成本较高。
原理优点缺点利用重力作用使污泥中固体颗粒沉降，实现固液分离。
原理优点缺点能耗低，操作简便，适用于处理颗粒较大的污泥。
沉降时间较长，占地面积大，对污泥性质要求较高。
030201化学预处理方法03通过向剩余污泥中投加混凝剂，使污泥中的胶体颗粒和微小悬浮物聚集成较大颗粒，从而实现固液分离。
原理聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺等。
常用混凝剂操作简单，处理效果稳定，可去除部分有机物和磷。
优点对污泥中的亲水性胶体物质处理效果较差，易产生大量化学污泥，增加处理成本。
预处理方法对剩余活性污泥水解影响的比较研究
中图分类号 ：［０ ３ ３ ７
Ｃｏ ａ ｉｏ ｆ Ｄｉ ｅ ｅ ｔＰｒ ｔ ｅ ｔ ｅ ｔ ｏ ｄ ｏ ｙ ｉ ｓ ｕ ｌ ｔ ａ ｅ ｌ ｄ ｅ ｍｐ ｒ ｓ ｎ ｏ ｆ ｒ ｎ ｅ ｒ ａ ｍ ｎ ｓ ｆ ｒ Ｈｙ ｒ ｌ ｓｓｏ Ｒｅ ｉ ａ ｉ ｔ ｄ Ｓ ｕ ｇ ｆ ｄ Ａｃ ｖ ＷＡ ＮＧ ｉ ｇ ，Ｆ ｎ ｍｅ ，Ｌ ｎ ，Ｌ Ｕ ｉ ，Ｆ ＮＧ ｈ ａ ｇ Ｌ ｎ Ｕ Ｘｉ — ｉ ＥＩＹａ Ｉ Ｌ Ｅ Ｓｕｎ
８ ００ ３ ０４； ６ １１ ） ２ ０ ０ （ ．新疆产品质量监督检验研究 院，乌鲁木齐 １
２ ．西南科技 大学环境工程 自控技术 四川省高校重点实验室 ，四川 绵 阳
摘 要 ：污泥预 处理 对污泥水解有较 大促进作 用，可以明显 改善 污泥的脱 水、厌 氧消化性 能及其减 量化 。本文通 过 比较 ４种预 处理方法加热 、加碱 、微 波、超 声波对剩余 活性 污泥水解性能的影响 ，探 索效率 高、成本低 的污泥顸 处理技 术。 研 究结果显 示，加 热、加碱 对 污泥水解 的促进 作 用要 明显 高于微 波、超声 波顸 处理 ，其 中加碱 预 处理 的水 解效 率 最
（ ｉ ｉｎ ｕｅ ｉｏ １ ｎａ ｇＳｐｒｓ ｎ＆ Ｉ ｐｃｏ ｔｕ ｆｒ ｒｄｃ Ｑ ａｉ ， ｒｍ ｉ ３ ０４， ｈｎ ； Ｘ ｊ ｖｉ ｎ ｅｔ ｎＩ ｉ ｔ ｏ ｏｕｔ ｕ Ｚｙ Ｕ ｕ ｑ ８０ ０ Ｃ ｉａ ｓ ｉ ｎ ｔｅ Ｐ ｓ ｔ ２ＫｙＬ ｂｒｔ ｙｏ Ａ ｔ Ｃ ｎｒｌ ｅｈｏｏｙ ｏ ｎｉ ｎ ｅｔｌ ｎｉｅｒ ｇｏ ｎｖｒｔｓｉ Ｓｃｕ ｎＰｏｉ ｅ ｅ ａｏ ｏ ｕ ｏｔ ｃ ｎｌ ｆｒ ｖ ｏ ｍ ｎａ ｇｎｅｉ Ｕ ｉ ｓｉ ｉ ａ ｒ ｎ ， ａｒ ｆ ｏ ｏＴ ｇ Ｅ ｒ Ｅ ｎ ｆ ｅ ｉｅ ｎ ｈ ｖｃ Ｓ ｕｈ ｅｔ ｎｖｍｔ ｆ Ｓｉ ｅ＆ Ｔｃｎｌ ， ａ ｙ ｎ ， ｉ ｕｎ６ １ １ ， ｉ ） ｏｔｗ ｓ Ｕ ｉ ｉ ｅ ｙｏ ｃ ｎ ｅ ｃ ｅ ｏ ｏ Ｍｉｎａ ｇ Ｓｃ ａ ２ ０ ０ Ｃ ｎ ｈ ｇ ｙ ｈ ｈ ａ
废活化污物的组合预处理的效果厌氧消化工艺
组合预处理对剩余污泥厌氧消化工艺的影响摘要: 碱性和低温热预处理已用于剩余活化污泥（WAS）分别的厌氧消化。
这两种方法的不同组合，研究生物化学甲烷势（BMP）的试验来评估的预处理WAS厌氧消化。
在研究中，通过合并预处理和BMP试验得到最佳反应条件。
该组合是碱化24小时后，把0.05 g NaOH/ g TS 9小时70℃条件下去除的SS达到21％，可溶性化学需氧量（SCOD）超过对照组200倍的比率可溶性糖/总碳水化合物可以达到72.8％。
对于BMP测试，这是沼气生产比控制和沼气生产的甲烷含量的平均值的近6倍，获得64％。
因此，结合（碱性+低温热）预处理对溶解和沼气生产是有效率的。
关键词：厌氧消化;预处理;碱性;低温热预处理;BMP1.引言在污水处理厂的大量增加，污水污泥生产量（污水处理厂）成为快速，健康发展城市的一个严重和紧迫的问题[1]。
前处理的污水污泥，它必须充分地稳定化，以减少其有机物含量，气味问题和致病菌污染。
Neyens报告了污泥处理和处置已经在2004年占废水纯化的总处理成本高达50％[2]。
厌氧消化是污泥稳定无害化和资源化，实现污泥减量常见的方法。
与其它方法相比，它的优点是所需的能量较少，更好的稳定化的产物和气体可用[3]。
厌氧消化有三个基本步骤：水解，酸化和甲烷[4]。
然而，它有局限性的保留时间长和有机物整体降解效率低。
所有这些限制与第一步骤：水解相关。
因为在污水污泥中大部分有机物是在细胞中的，细胞膜微生物是一种半刚性的结构，以保护细胞渗透裂解。
因此，在许多文献中预处理方法已经提出了用于克服的限制增强的消化速度。
用预处理过程，不但水解加速增加溶解成分，而且改善的生物降解性，以及污泥脱水和减少病原体和发泡也可以实现[5]。
预处理方法已被证明对厌氧消化有积极的影响，包括物理（热，机械，超声波，微波），化学（碱性，臭氧氧化），和生物水解（酶法）或组合任何两种这些方法（碱性+热，碱性+微波，碱性+超声波）。
酸化预处理对剩余活性污泥厌氧消化及其脱水性能的影响研究
ｑ ｅ ｔｄｇ ｓｉｎ ａ ｄ ｄ ｗａｅ ｎ ｆＷ ＡＳ ｈ ｐｉ ｌｔｃ ｎｃ ｌｐ ｒｍｅｅｓｗｅｅｏ ｔｉｅ ｙｃ ｎ ｉ ｅ ｎ ｅＨＣ１ ｏ ｅａ ｄ ｄｇ ｓ ｕ ｎ ｉｅｔ ｎ ｅ ｔｒ ｇｏ ｏ ｉ ．Ｔ ｅｏ ｔ ｍａ ｅ ｈ ｉａ ａａ ｔｒ ｒ ｂ ａｎ ｄｂ ｏ ｓｄ ｒ ｇｔ ｉ ｈ ｓ ｎ ｉｅ — ｄ
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不同污泥预处理方法对污泥厌氧消化产气量影响研究
热碱预处理的过程 ：把 １ Ｌ选择的污泥利Biblioteka Ｎ ａ Ｏ Ｈ和 Ｈ Ｃ １ 进
１引 言
污 泥是 污染 城 市 环 境 的有 害物 质 之 一 ， 其 中含 有 的众 多 有 机
２ ． ４指 标 及 分 析 方 法
２材 料 与 方 法
２ ． １污 泥来 源
根 据 此 次 试 验 的 目标 ， 需 要 分 析 的 指 标 主 要 为 沼 气 累 计‘ 产 量
在整个 本次试验研究选择的污泥选 自某污水处理厂 四期工程的二 和产气速率 。每种破解方式都设置 了两套厌氧 消化装置 ， 沉 池 ， 该 污水 处 理 厂 主 要 针 对 居 民 生 活 产 生 的污 水 进 行 处 理 ， 采 厌氧消化过程 中，每 日都需要保证 当 日沼气产量 的数值读取 ， 并 取 Ａ — Ａ — Ｏ Ｔ艺 ， 处理 能力为 １ Ｘ １ ０ ４ ｍ ３ ／ ｄ ， 二 沉 池 的 污 泥 经 重 力 浓 在此基础 上计算第 Ｎ日的沼气产量 累计值 以及 日 产 气率 。 缩后其含 阔率约为 ３ ％。 污泥取 回之后 ， 先使用格筛过滤掉大颗粒 此外 ，对于沼气组分的分析本文采取了 日 本某科谱分析仪器有 物质及 夹杂 的毛发 ， 之后放入冰 箱 ， 在４ ￣ Ｃ 条 件下保存 １ ０ ｈ ， 并将 限公司生产的 Ｇ Ｃ 一 ２ ０ １ ０型气相色谱仪 ， 分析基本条件如下 ： 检测器 上 层 滤 清 液 排 掉 。 污 泥 的主 要 特 性 如 表 １ 所示。 Ｔ Ｃ Ｄ ， 基 本温 度为 １ ２ ０ ， 柱 流量 ２ ｍｌ Ｊ ｍ ｉ ｎ ， 样 品进 口温度 约为 １ ０ ０ ℃，
《2024年污泥预处理—厌氧消化工艺性能及预处理过程中有机物变化》范文
《污泥预处理—厌氧消化工艺性能及预处理过程中有机物变化》篇一一、引言随着城市化进程的加速和工业的快速发展，污泥处理成为了环境工程领域中一个亟待解决的问题。
污泥中含有大量的有机物和营养物质，如果不经过适当的处理和处置，将对环境造成严重污染。
厌氧消化技术作为一种有效的污泥处理方法，近年来受到了广泛关注。
本文将详细探讨污泥预处理—厌氧消化工艺性能及预处理过程中有机物变化的相关内容。
二、污泥预处理污泥预处理是厌氧消化过程中的重要环节，其主要目的是提高污泥的生物降解性能，降低其含水率，为后续的厌氧消化过程提供良好的条件。
预处理方法包括物理法、化学法和生物法等。
物理法主要包括机械破碎、热解和干燥等，通过这些方法可以破坏污泥的物理结构，提高其表面积，有利于后续的生物降解过程。
化学法主要是通过添加化学试剂来改变污泥的物理化学性质，如添加碱来中和污泥的酸性。
生物法则主要是通过利用某些特定的微生物来降解有机物，如采用溶菌酶等方法。
三、厌氧消化工艺性能厌氧消化是一种利用微生物将有机物转化为沼气和细胞质的过程，是处理污泥的一种有效方法。
该过程需要在适宜的条件下进行，包括温度、pH值、有机负荷等。
在厌氧消化过程中，有机物经过水解、酸化、甲烷化和气固分离等阶段，最终生成沼气和细胞质等产物。
厌氧消化的优点在于其能将有机物转化为可再生能源（如沼气），同时还能实现污泥的减量化和稳定化。
此外，厌氧消化过程中产生的沼气可以用于发电、供热等用途，具有很好的经济效益和环保效益。
四、预处理过程中有机物变化在污泥预处理过程中，有机物的变化是影响整个处理过程的重要因素。
在物理预处理过程中，由于机械破碎和干燥等作用，污泥中的大分子有机物被破坏成小分子有机物，有利于后续的生物降解过程。
在化学预处理过程中，添加的化学试剂可以改变有机物的结构和性质，使其更易于被微生物降解。
在生物预处理过程中，特定的微生物通过分泌酶等物质来降解有机物，使其转化为更简单的化合物。
三种预处理方式对餐厨垃圾液相厌氧发酵的影响
三种预处理方式对餐厨垃圾液相厌氧发酵的影响作者：曹辉浦鹏蒋弟勇李叶青周红军来源：《绿色科技》2017年第12期摘要：指出了预处理可以改变餐厨垃圾的性状，提高厌氧发酵性能，采用了3种物理处理方式考察了其对餐厨垃圾性质变化和厌氧发酵性能的影响。
结果表明：经过破碎预处理后的餐厨垃圾液相中的VS和COD都高于经过过滤和挤压的餐厨垃圾液相。
餐厨垃圾液相产气潜力从大到小分别为破碎>挤压>过滤，经过破碎预处理后的样品累计产气分别比过滤和挤压高出了145.9%和82.83%，产气的甲烷含量也明显高于其他两种处理方式。
关键词：餐厨垃圾；预处理；厌氧发酵；产气潜力中图分类号：X799.3文献标识码：A文章编号：16749944（2017）120001031引言餐厨垃圾被称为“放错地方的资源”，从来源上主要分为餐饮垃圾和厨余垃圾两大类[1]。
从目前情况看，在城市生活垃圾中餐厨垃圾所占比重很大[2]。
中国每年产生的餐厨垃圾高达6000万t，个别大城市如北京、重庆和广州等十分惊人[3]。
因为餐厨垃圾的特点是含水率高，油脂含量高[4]，NaCl含量高[5]；有机物和各种微量元素含量高；易腐烂发臭，污染环境[6]，而随着餐厨垃圾产量的逐年上涨，所带来的卫生安全隐患也在增加，所以处理餐厨垃圾势在必行。
由于餐厨垃圾的组分复杂，特性也不同于污水等生物质废物，所以也导致其厌氧发酵过程十分复杂，而现有的餐厨垃圾厌氧发酵技术存在甲烷转换效率低和发酵周期长等对工业化不利的弊端，所以探索高效的预处理技术是十分必要的。
目前餐厨垃圾预处理的主要方式分为物理预处理、化学预处理和生化预处理三大类。
从工业化的角度来看，物理预处理比其他两种方式更容易操作也更稳定。
物理预处理的主要方式是减小颗粒物尺寸，增大颗粒物比表面积，Weemaes[7]、Clarkson[8]等发现经过粉碎后的餐厨垃圾可以提高10%～20%的产气量。
2材料与方法2.1实验材料实验所用餐厨垃圾取自中国石油大学第一食堂餐厨垃圾收集桶，经手工分拣出其中的筷子、勺子和瓷片等杂物，分别经过滤、挤压和破碎预处理，取经过3种预处理后所得的液相组分作为发酵底物备用，厌氧发酵接种物取自实验室稳定运行的CSTR反应器。
生物炭对剩余污泥厌氧消化的影响
摘要摘要剩余污泥由污水处理厂处理污水产生，含有大量有害物质并随着污泥倾倒、填埋等常见的处理方式进入环境中，对人体健康产生极大的威胁。
生物炭作为吸附剂，比表面积和含炭率较高，主要由植物或动物粪便等农业废弃物在缺氧或无氧条件下低温热解产生。
是一种环境友好型材料。
近年来生物炭在厌氧消化中的应用逐渐受到关注，而生物炭对剩余污泥厌氧消化工艺的影响机理还不清晰。
本研究首先采用批次实验研究了不同类型生物炭对剩余污泥厌氧消化过程中产气能力的影响，筛选出最佳生物炭，然后用连续试验研究了生物炭添加量对剩余污泥厌氧消化过程及产气特性的影响，并结合三维荧光分析、傅里叶红外分析及污泥中胞外聚合物（EPS）组成的分析，揭示了生物炭添加对剩余污泥厌氧消化系统的影响机制。
以期为生物炭添加下剩余污泥厌氧消化工艺的实际应用提供理论指导。
得出的主要结论如下：（1）批次试验条件下，添加生物炭对累积甲烷产量的促进率分别为16.20%（猪粪生物炭添加组），10.14%（小麦秸秆生物炭添加组），6.49%（木屑生物炭添加组）和31.84%（核桃分心木生物炭添加组）。
不同类型生物炭通过促进结合态EPS向粘液型EPS的转化，并增加其多糖比例促进了EPS的降解，最终提高甲烷化率。
通过对生物炭进行表征发现，生物炭较大的比表面积及多孔结构为微生物提供了良好的生存环境。
此外，生物炭本身显碱性，适合甲烷菌的生存。
（2）连续试验条件下，当猪粪生物炭添加浓度为5g/L时，对甲烷产率的促进率为6.67%，其对剩余污泥中SDBS的生物降解率增加了1.85%；提高猪粪生物炭浓度为8g/L时，对产甲烷速率产生10.00%的抑制，对产氢产乙酸菌活性产生抑制；高浓度生物炭（10g/L和20g/L）对厌氧消化过程的水解，酸化以及甲烷化菌群都产生了抑制作用。
当生物炭浓度8-20g/L时，SDBS生物降解率相比较无添加下降了 2.96%~7.69%，这是由于较高生物炭浓度下（8-20g/L），微生物受到抑制，代谢活性降低所致，生物炭的添加促进了残留SDBS由液相向固相的转移。
不同预处理方式对剩余污泥破解率的影响
超声波处理
利用超声波的空化效应， 破坏污泥的细胞壁，提高 污泥破解率。
辐射处理
使用高能辐射处理，破坏 污泥的细胞壁，提高污泥 破解率。
化学预处理的影响
酸处理
使用酸处理，溶解污泥中的无机 物质，提高污泥破解率。
碱处理
使用碱处理，溶解污泥中的无机物 质，提高污泥破解率。
氧化剂处理
使用氧化剂处理，破坏污泥的细胞 壁，提高污泥破解率。
结果比较与讨论：综 合比较不同预处理方 式的效果，发现每种 预处理方式都有其独 特的优势和局限性。 在实际应用中，应根 据具体污泥性质、处 理要求和环境条件等 因素选择合适的预处 理方式。
05
不同预处理方式对剩余污泥破 解率的影响
物理预处理的影响
机械破碎
通过机械破碎，将污泥的 细胞壁破碎，释放出内部 的有害物质，提高污泥破 解率。
收集不同预处理方式的设备及试剂，选择典型污泥样品进行实 验。
根据预处理方式的特点，设置不同的参数条件，如机械能作用 时间、化学药剂浓度、生物菌剂种类和热处理温度等。
按照设定的参数条件进行实验，并记录每个时间段内污泥的破 解率。
对实验数据进行整理、分析和比较，绘制破解率曲线图，评估 不同预处理方式的效果。
生物预处理的影响
微生物降解
使用微生物降解，将污泥中的有机物质分解为小 分子有机物，提高污泥破解率。
酶分解
使用酶分解，将污泥中的有机物质分解为小分子 有机物，提高污泥破解率。
热水解
使用热水解，将污泥中的有机物质分解为小分子 有机物，提高污泥破解率。
06
结论与展望
研究结论
01 02 03 04
酸化预处理对提高污泥破解率具有明显效果，且在酸化时间12h时破 解率达到最大值。
电化学预处理对剩余污泥厌氧发酵制氢效能影响的研究
电化学预处理对剩余污泥厌氧发酵制氢效能影响的研究本研究采用经电化学预处理后的剩余污泥进行厌氧发酵，试验考察了不同投配率对污泥厌氧发酵效能的影响，并进行了对照试验，结果得出，在相同的运行条件下，污泥投配率分别是5%、7%和10%的时候，电化学组TCOD去除率较对照组分别增加了12.4%、9.5%和4.7%。
投配率为7%的条件下氢气含量最高，结合投配率对TCOD、VFAs、产气量和氢气含量等影响，得出将污泥投配率控制在7%有利于发酵系统的稳定运行。
1.前言采用生物法的污水处理厂运行过程中会产生大量剩余污泥，随着废水处理量的增加，剩余污泥的产量也大幅增长[1]。
目前，较为常用的处理方法是对污泥进行厌氧消化处理，一方面可以实现生物污泥减量、减容，为后续处理提供便利；另一方面污泥在厌氧消化过程中产生氢气、沼气等能源。
但大部分有机质包含在剩余污泥细胞壁内，不易被微生物利用，为提高污泥厌氧发酵效率需对剩余污泥进行预处理来提高其有机质利用效率[2-4]。
目前，常用的剩余污泥预处理方法有物理、化学、生物等方式。
本研究对电化学方法预处理后剩余污泥进行厌氧消化处理，并进行对比试验，考察电化学预处理前后剩余污泥厌氧消化性质的变化情况。
2.试验材料与方法2.1污泥特性本试验所用污泥取自长春市某污水处理厂浓缩池污泥，将此污泥进行电化学处理后（处理条件：pH=10，电压30V，极板间距为2cm，反应时间为间歇电解50min即电解10分钟停5分钟），预处理前后污泥性质见表1。
2.2试验方法2.2.1试验装置污泥厌氧发酵试验装置由有机玻璃加工而成，有效容积 6.0L，反应器内径20.0cm，高38.0cm，试验装置设有搅拌机，使反应器内厌氧微生物与基质充分混合，搅拌轴与反应器盖连接处装有水封垫，确保空气不能进入反应器内，维持厌氧反应所需条件。
并设有恒温水浴装置，保证反应器内温度维持在35±1℃范围内。
2.2.2反应条件厌氧反应器pH值控制在4.2～4.5之间，通过改变污泥的投配率变化厌氧发酵系统的有机负荷，并检测进泥和出泥的TCOD、挥发酸（VFAs）、污泥沉降性、等。
过氧化物预处理对污水处理厂污泥厌氧消化的影响研究
过氧化物预处理对污水处理厂污泥厌氧消化的影响研究过氧化物预处理对污水处理厂污泥厌氧消化的影响研究引言：随着城市化进程的加快和人口的不断增加，污水处理厂成为城市环境维护的重要设施。
污水处理厂处理污水时产生大量污泥，其中沼气是一种重要的能源资源。
然而，污泥中的有机物质经常以难降解的形式存在于污泥中，使得其对于厌氧消化过程的利用存在一定的困难。
为了提高污泥厌氧消化的效率和产沼气量，过氧化物预处理技术应运而生。
本研究旨在探究过氧化物预处理对污泥厌氧消化的影响。
方法：本研究选取某市某污水处理厂收集的污泥作为实验材料。
污泥分成两组，一组为对照组，不进行过氧化物预处理；另一组为实验组，进行过氧化物预处理。
实验组使用过氧化氢作为过氧化物，并在污泥中加入适量过氧化氢。
将两组污泥分别进入相同条件下的厌氧消化罐中，分别进行厌氧发酵。
过程中记录发酵时间、厌氧消化产物的产量以及发酵过程中的温度、pH值和产气量等相关参数。
结果与讨论：实验结果显示，在过氧化物预处理下，污泥厌氧消化过程中的产气量明显增加。
与对照组相比，实验组的产沼气量增加了20%。
此外，在厌氧消化过程中，实验组的温度和pH值稳定性更好，变化范围较小。
过氧化物预处理使得污泥中的有机物质被有效氧化分解，加速了其降解速度，从而增加了产沼气量。
同时，过氧化物预处理还能改善厌氧发酵罐内的微生物活性，提高发酵过程的稳定性。
结论：本研究表明，过氧化物预处理对污泥厌氧消化有明显的促进作用。
过氧化物能够有效地氧化污泥中的难降解有机物质，提高其可降解性，增加产沼气量，同时还能改善发酵过程的稳定性。
因此，在实际运营中，可以考虑引入过氧化物预处理技术，以提高污泥厌氧消化的效率和产沼气量。
限制与展望：本研究中仅使用过氧化物的一种形式，对于其他形式的过氧化物是否具有相似的促进效果，有待进一步研究。
此外，本研究中的实验仅在相同条件下进行，后续工作可以进一步研究不同条件下的过氧化物预处理效果，以便实际应用中的优化运营本研究结果表明，过氧化物预处理是一种有效的方法来提高污泥厌氧消化的效率和产沼气量。
污泥预处理—厌氧消化工艺性能及预处理过程中有机物变化
污泥预处理—厌氧消化工艺性能及预处理过程中有机物变化污泥预处理—厌氧消化工艺性能及预处理过程中有机物变化引言：污泥是城市污水处理中产生的主要副产品，其处理和处置一直是环境领域的重要课题。
传统的污泥处理方法包括堆肥、焚烧和填埋，但存在着资源浪费、土地占用和环境污染等问题。
而污泥厌氧消化技术作为一种可持续发展的处理方法，通过分解有机物，产生沼气和转化为肥料，达到资源化、能源化和减量化的效果。
本文将重点探讨污泥预处理及厌氧消化工艺性能以及预处理过程中有机物变化的情况。
一、污泥预处理工艺及其作用1. 热破碎预处理方法热破碎预处理方法是将污泥加热至破碎温度，通过机械破碎实现污泥液化，从而提高厌氧消化效率。
这种方法在水热条件下，使得污泥纤维素结构的破裂、有机物的裂解和微生物的释放，预处理后的污泥更易于厌氧消化。
此外，预处理过程中的高温条件有利于杀灭潜在的致病菌和种子杂草，提高后续处理的安全性。
2. 酸溶预处理方法酸溶预处理方法是通过将稀酸溶液加入污泥中，使有机物发生溶解和水解，从而提高厌氧消化效果。
酸溶预处理可以去除一部分易溶性有机物，阻止后续消化器中的沉积物生成，减少气体阻塞和消化器堵塞的风险。
此外，酸溶预处理过程中产生的大量酸性有机物也能刺激厌氧菌群的生长，加速消化过程。
二、污泥预处理过程中有机物的变化1. 有机物分解污泥中的有机物主要存在于生物聚集体中，预处理过程中，通过破坏细胞壁、蛋白质的裂解以及催化剂的作用，有机物得以释放出来。
在预处理过程中，有机物的分解主要经历溶解、水解和酸化等阶段。
溶解是指有机物溶解于水相中，水解是指有机物经过酶的作用，被分解成较小的有机化合物，酸化则是有机酸的积累和pH值的降低。
2. 氨氮的变化污泥中的氨氮主要来源于蛋白质的降解，预处理过程中，蛋白质水解为氨基酸，进一步解氨生成氨氮。
此外，在酸性环境下，氨的游离程度增加，导致氨氮的释放增加。
在厌氧消化过程中，氨氮会进一步转化为氨气，通过气体阻隔装置的分离，产生沼气。
剩余污泥预处理技术概览
剩余污泥预处理技术概览近年来，剩余污泥预处理技术逐渐引起了广泛的关注。
剩余污泥预处理技术旨在提高剩余污泥的资源化利用率，减少其对环境的负面影响。
下面将对剩余污泥预处理技术进行概览。
1. 热解技术：热解技术通过高温处理剩余污泥，分解有机物质和微生物，从而减少其有机物质含量。
这种技术可以将剩余污泥转化为有机肥料，用于农田的改良和植物的生长，同时也可以提取出有价值的有机物质。
2. 硫酸盐法：硫酸盐法通过添加硫酸盐和氧化剂，将剩余污泥中的有机物质氧化为无害物质。
硫酸盐法具有处理效率高、处理周期短等优点，可以有效地降低剩余污泥的有机物质含量。
3. 微生物处理技术：微生物处理技术是利用污泥中的微生物来分解和降解有机物质。
这种技术可以通过调控微生物的生长和代谢活动，从而减少剩余污泥中有机物质的含量。
常见的微生物处理技术包括厌氧消化和厌氧氨氧化等。
4. 生物质炭化技术：生物质炭化技术通过高温和缺氧条件下将剩余污泥转化为生物质炭。
生物质炭可以作为燃料或土壤改良剂使用，同时还可以减少剩余污泥的体积，降低其对环境的负面影响。
5. 物理化学处理技术：物理化学处理技术主要包括离心法、超声波法和电化学法等。
这些技术可以通过物理力学或化学反应的方式，减少剩余污泥中的有机物质含量，并达到资源化利用的目的。
总而言之，剩余污泥预处理技术的出现为剩余污泥的资源化利用提供了有效的途径。
这些预处理技术不仅可以减少剩余污泥的体积，降低其对环境的污染风险，还可以提高其资源价值，实现剩余污泥的综合利用。
值得注意的是，不同的预处理技术适用于不同类型的剩余污泥，所以在实际应用中应根据具体情况选择适合的技术。
未来，随着科技的不断发展，剩余污泥预处理技术将进一步完善和创新，为剩余污泥的管理和资源化利用提供更多选择综上所述，剩余污泥预处理技术是一项重要的环境保护和资源利用技术。
通过微生物处理技术、生物质炭化技术和物理化学处理技术等手段，可以有效地降低剩余污泥中的有机物质含量，减少其对环境的负面影响，并提高其资源价值。
两种物理预处理对污泥厌氧消化性能的影响
两种物理预处理对污泥厌氧消化性能的影响陈泾涛;唐治;吴波;耿宇聪;周正;尹小波【摘要】通过对预处理污泥的微观形态,破解度(DDCOD),挥发性脂肪酸(VFAs)含量,产气性能等方面进行分析,比较了高压均质和超声波两种预处理方法对剩余污泥厌氧消化性能的影响.研究结果表明:高压均质和超声波预处理都显著地破坏了污泥的絮体结构,但前者破坏作用更加强烈.经过高压均质预处理,污泥VFAs提高206.5％,DDCOD达5.4％,厌氧消化12 h后VFAs较对照组提高589.4％,20 d底物产气量和产气率分别提高57.2％和51.4％;经过超声波预处理,污泥VFAs提高22.9％,DDCOD达2.0％,厌氧消化12 h后VFAs较对照组提高507.0％,20 d底物产气量和产气率分别提高18.5％和17.3％.试验结果证明采用高压均质预处理对污泥厌氧消化性能提高更显著.【期刊名称】《中国沼气》【年(卷),期】2014(032)006【总页数】6页(P16-20,52)【关键词】污泥预处理;高压均质;超声波;厌氧消化【作者】陈泾涛;唐治;吴波;耿宇聪;周正;尹小波【作者单位】农业部沼气科学研究所,成都610041;农业部沼气科学研究所,成都610041;农业部沼气科学研究所,成都610041;农业部农村可再生能源开发利用重点实验室,成都610041;农业部沼气科学研究所,成都610041;农业部农村可再生能源开发利用重点实验室,成都610041;农业部沼气科学研究所,成都610041;农业部农村可再生能源开发利用重点实验室,成都610041;农业部沼气科学研究所,成都610041;农业部农村可再生能源开发利用重点实验室,成都610041【正文语种】中文【中图分类】X705剩余污泥是污水处理过程中的副产物，随着城市人口增长与城市化建设发展，我国污水处理设施数量也迅速增加，据中华人民共和国住房和城乡建设部通告:截至2014 年3 月底，全国设市城市、县累计建成污水处理厂3622 座。
不同预处理方法对污泥厌氧发酵产酸效果的影响
第38卷㊀第8期2020年8月环㊀境㊀工㊀程Environmental EngineeringVol.38㊀No.8Aug.㊀2020不同预处理方法对污泥厌氧发酵产酸效果的影响柯壹红1,2㊀曾艺芳3㊀李华藩1,2㊀陈洁洁1㊀吴春山1㊀刘常青4㊀郑育毅1∗(1.福建师范大学环境科学与工程学院,福州350007;2.福建省污染控制与资源循环利用重点实验室,福州350007;3.福建省闽环试验检测有限公司,福州350000;4.福建师范大学地理科学学院,福州350007)摘要:预处理污泥厌氧发酵不仅可有效处理污泥,而且可产生挥发性脂肪酸(VFAs),实现污泥资源化利用㊂通过批式试验,探究酸(pH为3㊁4)㊁碱(pH为10㊁11)和低温(70,90ħ)预处理条件下污泥厌氧发酵产酸效能㊂研究发现,在不同预处理污泥厌氧发酵过程中,VFAs的积累主要发生在发酵前24h,产酸效果表现为pH=11>90ħ>pH=10>70ħ> pH=3>pH=4>控制组,碱处理产酸有较明显优势,酸处理效果最差㊂乙酸为VFAs的主要成分,pH=11组的乙酸浓度最高达到1232.31mg/L,为控制组的5.2倍㊂甲烷产量在厌氧发酵后期逐步上升㊂考虑到嗜酸产甲烷菌对VFAs的消耗以及经济性,选取24h为最佳发酵时间㊂关键词:污泥;VFAs;低温热处理;酸处理;碱处理DOI:10.13205/j.hjgc.202008004EFFECTS OF PRETREATED METHODS ON VOLATILE FATTY ACIDS PRODUCTIONTHROUGH SLUDGE ANAEROBIC FERMENTATIONKE Yi-hong1,2,ZENG Yi-fang3,LI Hua-fan1,2,CHEN Jie-jie1,WU Chun-shan1,LIU Chang-qing4,ZHENG Yu-yi1∗(1.College of Environmental Science and Engineering,Fujian Normal University,Fuzhou350007,China;2.Fujian Key Laboratory of Pollution Control&Resource Reuse,Fuzhou350007,China;3.Fujian Minhuan Test and Detection Co.,Ltd,Fuzhou350000,China;4.College of Geographical Science,Fujian Normal University,Fuzhou350007,China)Abstract:Anaerobic fermentation of different pretreated sludge for volatile fatty acids production can not only effectively treat sludge problems but also realize resource cycling.In this paper,batch tests were conducted to investigate the volatile fatty acids production efficiency from anaerobic fermentation by acid(pH=3and pH=4),alkali(pH=10and pH=11)and low temperature(70ħ,90ħ)pretreatment.The results showed that the accumulation of volatile fatty acids mainly occurred in the first24h during anaerobic fermentation process,and ranked as pH=11>90ħ>pH=10>70ħ>pH=3>pH=4>control group,and acid production by alkali treatment had the most obvious advantages,while the effect of acid treatment was the worst.Acetic acid was the main component of volatile fatty acids,and its highest concentration was1232.31mg/L(pH=11),which was5.2times higher than that of control group.Methane production rose slowly at the later stage of anaerobicfermentation,and volatile fatty acids was consumed in the methanogensis process.Therefore,considering the economy and consumption of volatile fatty acids by acidophilic methanogens,24hours was the best fermentation time.Keywords:sludge;VFAs;low temperature pretreatment;acid pretreatment;alkali pretreatment㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2020-03-02基金项目:福建省科技厅软科学研究(2019R0047);福建省科技厅公益类项目(2019R1015-1);福建省教育厅a类(jat170133);福建师范大学大学生创新训练计划项目(cxxl-2019255);福建师范大学大学生创新训练计划项目(cxxl-2019223)㊂第一作者:柯壹红(1995-),女,研究生,主要研究方向为固体废物处理与资源化㊂1098005664@∗通信作者:郑育毅(1974-),男,博士,教授级高工,主要研究方向为固体废物处理与资源化㊂332892742@环㊀境㊀工㊀程第38卷0㊀引㊀言随着中国城镇污水处理率的不断提高,城镇污水处理厂污泥产量也急剧增加[1]㊂污泥成分复杂,主要包括碳水化合物㊁蛋白质及脂质等有机物,但同时还含有毒有害㊁难降解物质㊁重金属及病原体等[2,3]㊂如何对污泥进行有效处理和利用,成为关注焦点㊂利用污泥进行厌氧发酵产酸,不仅可有效处理污泥而且可回收挥发性脂肪酸(VFAs)㊂这些VFAs可广泛应用于生物能源及食品工业等,如作为脱氮除磷的补充碳源㊁生物柴油㊁聚羟基脂肪酸酯(PHA)[4],以及应用于微生物电化学系统(microbial electrochemical system,BES)进行进一步产氢[5],从而较好地实现污泥资源化利用㊂水解是污泥厌氧发酵的限速步骤,预处理有利于有机质溶出,加速污泥水解,同时可抑制甲烷菌活性,从而有利于VFAs积累㊂常见的预处理方法有微波预处理,酸㊁碱预处理,臭氧预处理,表面活性剂预处理及热预处理等[6]㊂污泥热处理,按温度不同可分为高温预处理(>100ħ)[7]和低温预处理(<100ħ)[8-10]㊂通常高温预处理效果优于低温预处理,但能量消耗较大,而且过高的温度会发生美拉德效应[11],不利于后续有机物利用㊂OH-的存在会破坏污泥絮体,因此碱预处理可以促进细菌细胞壁的破裂,释放更多可溶性底物供产酸微生物利用,获得更高的VFAs产量[12]㊂目前对于碱处理已做较多研究,但关于碱处理的最佳预处理pH值,不同文献也不尽相同[13-23]㊂酸预处理可使多聚物分解为单体,提高厌氧消化速率[24],但目前关于酸处理产酸研究较少㊂此外,不同预处理,其产酸效果也不同㊂针对污泥酸㊁碱㊁热预处理产酸,特别是低温预处理以及酸碱预处理条件下厌氧发酵产酸效果差异,目前相关文献报道较少㊂本研究对污泥分别进行酸(pH为3㊁4)㊁碱(pH为10㊁11)及低温(70,90ħ)预处理,将各预处理污泥在不接种污泥情况下进行中温厌氧发酵产酸,比较酸㊁碱㊁低温热预处理产酸情况,确定最佳预处理方法,以期为污泥厌氧发酵高效产酸提供依据㊂1㊀实验部分1.1㊀实验材料本实验污泥为福州市某污水处理厂回流污泥,过60目筛后置于4ħ冰箱中,静置24h后去除上清液待用㊂污泥特性如表1所示㊂表1㊀样品污泥特性Table1㊀Characteristics of the sludgepH TS/%VS/TS/%ρ(TCOD)/(mg/L)ρ(SCOD)/(mg/L) 6.76 1.3260.2512752400.30 1.2㊀实验设计酸㊁碱预处理化学药剂选用4mol/L的HCl和NaOH,将污泥pH值分别调为3㊁4㊁10和11㊂低温预处理则将污泥置于恒温水浴锅中进行加热,设置温度分别为70,90ħ,待污泥达到设定温度后保持10min㊂取900g不同预处理污泥于烧杯中,在(35ʃ1)ħ, 100r/min的水浴摇床中振荡24h,同时设置未处理污泥为控制组,培养条件相同㊂24h后将不同预处理污泥转至500mL厌氧发酵瓶,每瓶装样量400g,充入氮气以确保实验在厌氧条件下进行,反应器密封后置于(35ʃ1)ħ的恒温摇床培养箱中进行厌氧发酵,每种样品2个平行操作㊂1.3㊀分析方法污泥TS采用烘干法(CJ/T221 2005)测定,VS 采用重量法(CJ/T221 2005)测定[25],pH用上海雷磁PHS-3C型pH计测定㊂为了测定溶解性物质,样品以5000r/min离心10min后,将所得上清液用0.45μm滤膜过滤㊂溶解性COD(SCOD)通过COD 快速测定仪(5B-3C,连华科技,中国)测定;可溶糖选择苯酚-硫酸法测定[26];可溶性蛋白质选择Folin-酚试剂法测定[27]㊂VFAs组分及含量测试前加3%的磷酸酸化,采用气相色谱法(安捷伦GC7890B)测定㊂气体成分和含量通过配备有热导检测器(TCD)和不锈钢填充柱(3mˑ2mm)的气相色谱仪进行分析;气体体积采用排水法测定㊂2㊀结果与讨论2.1㊀不同预处理污泥厌氧发酵对污泥性质的影响2.1.1㊀总VFAs产量变化规律水解是污泥厌氧消化的限速步骤,预处理可促进污泥细胞裂解,释放更多有机物质,提高总VFAs产量[28]㊂图1为不同预处理条件下总VFAs产量在厌氧发酵过程中的浓度变化㊂可知:与控制组相比,每种预处理的总VFAs产量均有不同程度的提高㊂pH 为3㊁11,温度为70,90ħ的总VFAs产量在发酵过程前期逐渐升高,120h达到最大值,后期逐渐下降,最大浓度分别为2141.00,2966.00,2876.00,3066.00 mg/L;pH为4㊁10的处理组经72,24h达到最大值,22第8期柯壹红,等:不同预处理方法对污泥厌氧发酵产酸效果的影响分别为1261.00,1676.00mg /L㊂可以看出,pH 为11㊁温度为70,90ħ处理组厌氧发酵均获得了较高的总VFAs 产量,而且持续时间较长㊂此外还发现,不同预处理组的总VFAs 产量在前24h 积累最快,产量顺序为pH 为11>90ħ>pH 为10>70ħ>pH 为3>pH 为4>控制组㊂对于预处理方法而言,碱处理效果最好,热处理次之,酸处理效果最差;此外,对于同一预处理而言,酸碱度越高或温度越高,产生的总VFAs 就越多㊂ʏ 控制组; Ә pH 为3; һ pH 为4; ▼ pH 为10;Ң pH 为11; ◀ 70ħ; ▶ 90ħ㊂图1㊀不同预处理厌氧发酵过程总VFAs 产量变化情况Figure 1㊀Changes of total VFAs in different pretreatment duringanaerobic fermentation process较高的pH 值可以增强细菌表面的负电荷,产生较高的静电斥力释放更多胞外物质[29],同时较高的温度可以导致污泥絮体的有效溶解,进而导致有机物的彻底释放[30],因此碱处理及热处理更有利于产酸过程的进行㊂Yuan 等[20]将pH 为4㊁10的预处理污㊀㊀泥厌氧发酵产酸效果进行对比,也发现酸处理对VFAs 产量的促进效果较差,而碱处理可以很好地促进产酸㊂2.1.2㊀VFAs 组分变化规律污泥经酸㊁碱㊁低温热预处理后厌氧发酵所产生的VFAs 主要以2~5个碳原子的直链或支链脂肪酸为主,如乙酸㊁丙酸㊁异丁酸㊁正丁酸㊁异戊酸和正戊酸等㊂如图2所示,不同预处理污泥厌氧发酵过程中VFAs 各组分产生情况差异较大,但总体以乙酸为主㊂对于乙酸,其产量到达最高值所需的时间不尽相同:pH 为11处理组和控制组经过24h,乙酸浓度即达到最大值,分别为1232.31,236.98mg /L;70,90ħ处理组经过120h,乙酸浓度达到最大值,分别为1064.54,1065.54mg /L;pH 为3㊁4㊁10处理组则分别历时144,72,48h 达到最佳乙酸产量,其浓度分别为728.23,462.57,1084.86mg /L㊂因此,各预处理组相较控制组,乙酸浓度均得到不同程度的提升,各组按乙酸最高浓度排序为pH 为11>pH 为10>90ħ>70ħ>pH 为3>pH 为4>控制组㊂可以看出,碱处理最有利于乙酸的生成,不仅可获得较高浓度的乙酸,而且到达最高值的时间较短,其中pH 为11时更佳;热处理次之,热处理70,90ħ乙酸最大值相差不大且到达最高值时间相当;酸处理到达最高值时间最长,且浓度最小㊂Mirmasoumi [31]认为低温预处理(70,90ħ)可以抑制产甲烷,包括抑制产甲烷菌对乙酸的消耗,文献[32]也报道了碱与高温预处理(120ħ)有较好的产乙酸性能㊂ʏ 乙酸; Ә 丙酸; һ 异丁酸; ▼ 正丁酸; ◀ 异戊酸; ▶ 正戊酸㊂图2㊀不同预处理厌氧发酵过程VFAs 组分变化情况Figure 2㊀Changes of VFAs compositions in different pretreatment during anaerobic fermentation process32环㊀境㊀工㊀程第38卷㊀㊀此外,除了pH为3组外,其余各组中丙酸的含量仅次于乙酸,且经过不同的厌氧发酵时间,其浓度在后期都超过了乙酸,成为VFAs的主要组分㊂控制组中除了前24h乙酸含量高于丙酸外,其他时段丙酸的浓度均高于乙酸㊂经过碱和热处理的污泥在厌氧发酵过程中丙酸的变化幅度较小,其浓度表现为小幅稳步上升或基本维持稳定㊂其余VFAs组分在厌氧发酵过程中浓度变化则不大㊂2.1.3㊀厌氧发酵过程中SCOD变化规律图3为不同预处理污泥厌氧发酵SCOD变化规律㊂可知:控制组的SCOD浓度在发酵过程中一直处于最低值,碱处理和热处理的SCOD浓度高于酸处理㊂随着发酵时间的进行,SCOD由初始的小幅波动转为快速下降,其中碱处理和热处理在厌氧发酵后期SCOD有明显下降趋势,pH为10处理组在120h后SCOD浓度就开始降低,这可能是由于后期甲烷菌的活跃使得对有机质的消耗速度加快㊂不同预处理组的污泥厌氧发酵过程中SCOD值排序为90ħ>pH为11>70ħ>pH为10>pH为3>pH为4>控制组,碱性越强,热处理温度越高,SCOD的浓度值越大㊂碱处理中,pH为11处理组的SCOD溶出效果高于pH为10处理组,这一结果与吴至成等[33]的结论一致㊂ʏ 控制组; Ә pH为3; һ pH为4; ▼ pH为10;Ң pH为11; ◀ 70ħ; ▶ 90ħ㊂图3㊀不同预处理厌氧发酵过程SCOD变化情况Figure3㊀Changes of SCOD in different pretreatment duringanaerobic fermentation process2.1.4㊀溶解性碳水化合物和溶解性蛋白质变化规律污泥中含有大量复杂有机质,当将污泥颗粒中的这些复杂有机质转化为溶解性物质后可有效提高污泥有机质利用效率[34]㊂污泥预处理后在厌氧发酵过程中溶解性碳水化合物的变化规律如图4所示㊂可知:在厌氧发酵阶段,经过碱处理和热处理的污泥中溶解性碳水化合物在24h后有了明显下降,此后小幅波动(与总VFAs产量的变化趋势相反)㊂这说明在厌氧发酵初始阶段,溶解性碳水化合物就被转化为酸化产物㊂各预处理组碳水化合物溶出量顺序为90ħ>pH为11>70ħ>pH为3>pH为10>pH为4>控制组㊂ʏ 控制组; Ә pH为3; һ pH为4; ▼ pH为10;Ң pH为11; ◀ 70ħ; ▶ 90ħ㊂图4㊀不同预处理厌氧发酵过程溶解性碳水化合物变化情况Figure4㊀Changes of soluble carbohydrates in different pretreatmentduring anaerobic fermentation process图5为溶解性蛋白质在厌氧发酵过程中的变化趋势㊂与溶解性碳水化合物类似,不同预处理污泥在厌氧发酵24h后溶解性蛋白质就有不同程度下降,之后溶解性蛋白质的含量基本维持稳定㊂酸碱热预处理污泥厌氧发酵对蛋白质的溶出效果差异明显,处理效果排序为热处理>碱处理>酸处理>未处理,该结果与总VFAs产量不同㊂此外,对于同一预处理而言,也是酸碱度越高或温度越高,溶出效果越好,即90ħ>70ħ>pH为11>pH为10>pH为3>pH为4 >控制组㊂ʏ 控制组; Ә pH为3; һ pH为4; ▼ pH为10;Ң pH为11; ◀ 70ħ; ▶ 90ħ㊂图5㊀不同预处理厌氧发酵过程溶解性蛋白质变化情况Figure5㊀Changes of soluble proteins in anaerobic fermentation indifferent pretreatment methods2.2㊀CH4变化规律在厌氧发酵过程中,由于水解细菌㊁产酸菌以及产甲烷菌的作用,污泥颗粒在不断水解溶出过程中,有机物会被甲烷菌等利用,从而降低污泥溶解性有机42第8期柯壹红,等:不同预处理方法对污泥厌氧发酵产酸效果的影响物的浓度㊂因此,预处理以及控制厌氧发酵时间都是抑制产甲烷的有效方法㊂污泥经过预处理,在未接种污泥情况下直接进行厌氧发酵㊂在试验过程中除90ħ热处理污泥在第1天有少量H2生成外,其余各组均未检测到H2(数据未显示)㊂如图6所示,厌氧发酵后期,各组累积甲烷产量顺序为70ħ<pH为11<pH为4<pH为3<90ħ<pH为10<控制组㊂预处理污泥厌氧发酵的累积产甲烷量都明显低于控制组,说明通过酸碱热预处理后,甲烷菌均得到一定抑制㊂其中,酸处理对甲烷菌的抑制作用明显高于碱处理,而热处理由于温度不同,对甲烷菌的抑制作用差别较大㊂产甲烷菌的适宜生长环境通常为中性pH及中㊁高温条件(35ħ或55ħ),过酸㊁过碱及过高温度均会抑制产甲烷菌活性[35]㊂从各预处理对产甲烷的抑制作用来看,酸处理对甲烷菌的抑制最为显著,但是产酸效果较差,可能是酸处理厌氧发酵前期有机物溶出较少,可利于产酸的有机质相对较少(图1)㊂产甲烷菌的适宜pH 为6.8~7.2,碱性pH可以抑制甲烷菌的活性,从而抑制产甲烷菌对VFAs的消耗[32],Huang等[36]研究也证明了过碱环境会严重抑制产甲烷菌的活性㊂pH 值越高,对甲烷菌的抑制率越高[37]㊂对于pH为10的处理组,其对甲烷的抑制作用有限,在发酵较短时间内甲烷菌活性得以恢复,可消耗前期积累的VFAs,导致VFAs在经历前24h的积累后出现下降现象;而pH为11的处理组可以长时间保持对产甲烷的抑制,使得VFAs得以积累,因此pH为11预处理产酸效果明显优于pH为10预处理㊂对于热处理,90ħ厌氧发酵甲烷产量升高的原因可能是:1)厌氧发酵前期有机物大量溶出,利于甲烷菌活性恢复;2)热处理发酵过程中释放的CO2与H2也会反应生成CH4[38]㊂甲烷菌活性的恢复,使得后期VFAs的产量呈明显下降现象㊂综上分析,预处理可以提供不同的可生物降解有机物质用于生产VFAs,同时抑制VFAs的消耗以保持较高的产酸效果㊂但经过一段时间的厌氧发酵后,可能又会被产甲烷菌用于产甲烷㊂因此采取合适的预处理条件及控制适当的厌氧发酵时间对厌氧发酵产酸至关重要[38]㊂3㊀结㊀论1)不同预处理条件对污泥厌氧发酵产酸效果有不同程度的促进,VFAs在厌氧发酵前24h快速增长㊂ʏ 控制组; Ә pH为3; һ pH为4; ▼ pH为10;Ң pH为11; ◀ 70ħ; ▶ 90ħ㊂图6㊀不同预处理厌氧发酵过程累积产甲烷变化情况Figure6㊀Cumulative methane production in different pretreatmentduring anaerobic fermentation process乙酸为VFAs的主要成分,碱处理产酸效能最佳㊂2)不同预处理均不同程度促进有机质溶出, SCOD呈明显上升趋势㊂在产酸过程中,可溶性有机质得到有效利用,可溶性碳水化合物和可溶性蛋白在厌氧发酵24h后显著下降,但在后期基本保持稳定㊂3)污泥经过预处理后产甲烷受到不同程度抑制㊂其中,酸处理对甲烷菌的抑制作用最强,但由于酸处理有机质溶出少,因此VFAs累积较少;碱处理中pH为10对甲烷菌抑制作用不强,因此有机酸积累低于pH为11处理组;90ħ热处理在后期甲烷生成明显,累积的VFAs被消耗㊂考虑到产甲烷过程会消耗VFAs,为获得较高的产酸效果,发酵时间不宜过长㊂参考文献[1]㊀WANG D B,DUAN Y Y,YANG Q,et al.Free ammoniaenhances dark fermentative hydrogen production from wasteactivated sludge[J].Water Research,2018,133:272-281. 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[4]㊀KUMAR G,PONNUSAMY V K,BHOSALE R R,et al.A reviewon the conversion of volatile fatty acids to polyhydroxyalkanoatesusing dark fermentative effluents from hydrogen production[J].Bioresource Technology,2019,287:121427.[5]㊀ATASOY M,OWUSU-AGYEMAN I,PLAZA E,et al.Bio-basedvolatile fatty acid production and recovery from waste streams:Current status and future challenges[J].Bioresource Technology,2018,268:773-786.52环㊀境㊀工㊀程第38卷[6]㊀LUO K,PANG Y,YANG Q,et al.A critical review of volatilefatty acids produced from waste activated sludge:enhancedstrategies and its applications[J].Environmental Science andPollution Research,2019,26(14):13984-13998.[7]㊀BOUGRIER C,DELGENÈS J P,CARRÈRE H.Impacts ofthermal pre-treatments on the semi-continuous anaerobic digestionof waste activated sludge[J].Biochemical Engineering Journal,2007,34(1):20-27.[8]㊀XUE Y G,LIU H J,CHEN S S,et al.Effects of thermalhydrolysis on organic matter solubilization and anaerobic digestionof high solid sludge[J].Chemical Engineering Journal,2015,264:174-180.[9]㊀LIAO X C,LI H,ZHANG Y Y,et al.Accelerated high-solidsanaerobic digestion of sewage sludge using low-temperature thermalpretreatment[J].International Biodeterioration&Biodegradation,2016,106:141-149.[10]㊀ZHANG D D,JIANG H L,CHANG J,et al.Effect of thermalhydrolysis pretreatment on volatile fatty acids production in sludgeacidification and subsequent polyhydroxyalkanoates production[J].Bioresource Technology,2019,279:92-100.[11]㊀JASON D,DANIEL S,STEPHAN T,et al.Decreasing activatedsludge thermal hydrolysis temperature reduces product colour,without decreasing degradability[J].Water Research,2008,42(18):4699-4709.[12]㊀YUAN H Y,CHEN Y G,ZHANG H X,et al.Improvedbioproduction of short-chain fatty acids(SCFAs)from excesssludge under alkaline conditions[J].Environmontal Science andTechnology,2006,40(6):2025-2029.[13]㊀MA H J,CHEN X C,LIU H,et al.Improved volatile fatty acidsanaerobic production from waste activated sludge by pH regulation:alkaline or neutral pH?[J].Waste Management,2016,48:397-403.[14]㊀ZHAO J W,WANG D B,LIU Y W,et al.Novel stepwise pHcontrol strategy to improve short chain fatty acid production fromsludge anaerobic fermentation[J].Bioresource Technology,2018,249:431-438.[15]㊀ATASOY M,EYICE O,SCHNURER A,et al.Volatile fatty acidsproduction via mixed culture fermentation:Revealing the linkbetween pH,inoculum type and bacterial composition[J].Bioresource Technology,2019,292:121889.[16]㊀HUANG X F,MU T S,SHEN C M,et al.Effects of bio-surfactants combined with alkaline conditions on volatile fatty acidproduction and microbial community in the anaerobic fermentationof waste activated sludge[J].International Biodeterioration&Biodegradation,2016,114:24-30.[17]㊀YUAN Y,LIU Y,LI B K,et al.Short-chain fatty acidsproduction and microbial community in sludge alkalinefermentation:long-term effect of temperature[J].BioresourceTechnology,2016,211:685-690.[18]㊀CHEN Y G,LIU K,SU Y L,et al.Continuous bioproduction ofshort-chain fatty acids from sludge enhanced by the combined useof surfactant and alkaline pH[J].Bioresource Technology,2013,140:97-102.[19]㊀ZHANG P,CHEN Y G,ZHOU Q.Waste activated sludgehydrolysis and short-chain fatty acids accumulation undermesophilic and thermophilic conditions:effect of pH[J].WaterResearch,2009,43(15):3735-3742.[20]㊀YUAN Y,WANG S Y,LIU Y,et al.Long-term effect of pH onshort-chain fatty acids accumulation and microbial community insludge fermentation systems[J].Bioresource Technology,2015,197:56-63.[21]㊀WU L,ZHANG C,HU H,et al.Phosphorus and short-chain fattyacids recovery from waste activated sludge by anaerobicfermentation:effect of acid or alkali pretreatment[J].BioresourceTechnology,2017,240:192-196.[22]㊀HUANG X,DONG W X,WANG H J,et al.Role of acid/alkali-treatment in primary sludge anaerobic fermentation:insights intomicrobial community structure,functional shifts and metabolicoutput by high-throughput sequencing[J].BioresourceTechnology,2018,249:943-952.[23]㊀WU H Y,GAO J Y,YANG D H,et al.Alkaline fermentation ofprimary sludge for short-chain fatty acids accumulation andmechanism[J].Chemical Engineering Journal,2010,160(1):1-7.[24]㊀DEVLIN D C,ESTEVES S R,DINSDALE R M,et al.The effectof acid pretreatment on the anaerobic digestion and dewatering ofwaste activated sludge[J].Bioresource Technology,2011,102(5):4076-4082.[25]㊀李华藩,郑艳,叶枢华,等.污泥餐厨垃圾不同混配比厌氧发酵产氢产甲烷[J].福建师范大学学报(自然科学版),2020,36(4):50-56.[26]㊀MASUKO T,MINAMI A,IWASAKI N,et al.Carbohydrateanalysis by a phenol-sulfuric acid method in microplate format[J].Analytical Biochemistry,2005,339(1):69-72. 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强化预处理对剩余污泥厌氧消化促进作用及减量化研究的开题报告
强化预处理对剩余污泥厌氧消化促进作用及减量化研究的开题报告一、选题背景与意义现代生活方式和经济的不断发展，导致城市污水和工业废水等污染物的不断增多，给环境保护带来很大压力。
在污水处理方法中，剩余污泥的处理一直是一个难题。
随着国家对环境保护的重视程度的提高，剩余污泥处理的要求也越来越高，如实现污泥减量化是当前研究的焦点。
剩余污泥一般指污泥的沉淀物和浓缩物，在污水处理过程中产生。
污泥处理方式一般有厌氧消化、好氧消化、热干法、焚烧等。
其中，厌氧消化技术是当前处理剩余污泥的主要途径。
在厌氧消化中，污泥中的有机物和微生物在无氧条件下进行生化反应，产生沼气。
厌氧消化可以有效降解污泥有机物，减少污泥体积，达到污泥减量化的目的。
强化预处理是一种对原污泥进行预处理的技术。
它可以通过物理、化学等手段进行处理，使污泥中有机物质降解位于更易分解的状态，提高剩余污泥在厌氧消化中的降解率和生产沼气量，进一步加速污泥降解，达到减少污泥产生的效果，从而降低污泥处理的成本。
本研究旨在通过对剩余污泥强化预处理技术的研究和实验，探究强化预处理对剩余污泥生化降解和沼气产量的影响，为厌氧消化中剩余污泥减量化提供理论和实验依据。
此外，本研究还可以为剩余污泥处理提供一种新的思路，探索剩余污泥减量化新技术。
二、研究内容和方法2.1 研究内容：（1）研究剩余污泥的消化降解特性，如COD（化学需氧量）、TN （总氮）、TP（总磷）等。
（2）研究半连续厌氧消化实验，探究强化预处理在厌氧消化中的优化措施。
（3）分析强化预处理对厌氧消化过程中沼气产量和品质的影响和优化。
2.2 研究方法：（1）对剩余污泥进行强化预处理，如加热、酸碱处理、超微化等方式，探究预处理的最佳方式。
（2）进行半连续厌氧消化实验，加入不同预处理后的污泥，测量沼气产量、COD、TN、TP等指标。
（3）分析强化预处理对厌氧消化过程中沼气产量和品质的影响，分析预处理效果。
三、预期成果及意义研究结果将可以得到以下成果：（1）探究强化预处理对剩余污泥厌氧消化降解的影响和优化措施，建立强化预处理技术在污泥减量化上的实验基础和理论依据。
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第28卷第1期2009年1月 食品与生物技术学报Journal of Food Science and Biotechnology Vol.28 No.1Jan. 2009 文章编号:167321689(2009)0120107206 收稿日期:2007212229 基金项目:江苏省高技术研究项目(D G 2006044);江苏省自然科学基金项目(B K2006023)。
3通讯作者:阮文权(19662),男,上海人,教授,工学博士,主要研究环境厌氧生物技术。
Email :wqruan @ 不同预处理方法对剩余污泥厌氧消化产沼气过程的影响高瑞丽1, 严群1,2, 邹华1,2, 阮文权31,2(1.江南大学工业生物技术教育部重点实验室,江苏无锡214122;2.江南大学环境与土木工程学院,江苏无锡214122)摘 要:研究了不同预处理方法对剩余污泥固态法厌氧消化产沼气过程的影响。
结果表明:不同的预处理方法均可不同程度地提高产气量和甲烷含量。
其中,经酶法处理后,剩余污泥前4h 产气速率最快,平均每小时为3129mL/g ;经热处理后,剩余污泥累积产气量最多,为45180mL/g ,比对照提高了230%;而经微波处理后,剩余污泥所产沼气中甲烷质量分数最高,为62126%,比对照增加了130%。
关键词:剩余污泥;厌氧消化;预处理;甲烷中图分类号:X 703;X 705文献标识码:AE ffects of Different Pretreatment of W aste Activated Sludgeon Methane Production via Anaerobic DigestionGAO Rui 2li1, YAN Qun1,2, ZOU Hua1,2, RUAN Wen 2quan1,23(1.Key Laboratory of Industrial Biotechnology ,Ministry of Education ,Jiangnan University ,Wuxi 214122,China ;21School of Environment and Civil Engineering ,Jiangnan University ,Wuxi 214122,China )Abstract :In t his manuscript ,effect s of different p ret reat ment met hods on t he met hane p roduction by waste activated sludge were caref ully investigated.It was found t hat :(1)by t reated wit h alkali p rotease ,t he specific rate of gas achieved at t he highest value (3129mL/g vs/h );(2)by t hermally t reated in an autoclave ,t he gas production was 4518mL/g ,higher 230%t han t hat of t he cont rol ;(3)by t reated by microwave irradiation ,t he met hane content was increased to 62126%,higher 130%t han t hat of t he control.K ey w ords :waste activated sludge ,anaerobic digestio n ,p ret reat ment ,met hane 随着国民经济的不断发展,我国城镇工业废水以及生活污水排放量不断增加。
为了防止水域污染,改善生态环境,截止到2004年底,我国已建成城市污水处理厂708座,日处理能力达71387×107m 3。
在污水处理过程中,一般会产生占污水体积0102%的污泥,因而数量巨大,目前已成为亟待处理的城市固体废物之一[1]。
目前国内外对污泥厌氧消化的研究多集中于采用剩余污泥或初沉污泥和剩余污泥的混合污泥。
其中剩余污泥的有机质含量为城市污水的10倍,其中生物易降解的有机组分含量为有机固体总量的59%～88%,是很好的厌氧消化产沼气基质,其研究空间和实用意义甚大[2]。
为了加速水解过程,缩短反应周期并提高污泥的厌氧消化效率,可采用物理法(热处理、超生波处理等)、化学法(碱处理、臭氧氧化等),以及生物法(投加酶制剂、抗菌素等)对剩余污泥进行预处理[326]。
目前,关于热碱预处理和超声波预处理对污泥厌氧消化过程影响的研究比较多,但对微波处理的研究甚少,并且国内对酶法处理污泥的研究目前尚未见报道[7-9]。
作者采用碱、热、微波和酶法对剩余污泥进行预处理,比较了4种不同的预处理方法对污泥厌氧消化产沼气过程的影响,从而为实际生产过程中选择经济合理的预处理方法提供一定的依据。
1 试验111 试验材料剩余污泥取自无锡某污水处理厂经脱水后的污泥,剩余污泥的性质见表1。
接种物为取自无锡某柠檬酸厂的厌氧颗粒污泥。
接种污泥的p H为7103,含水率为82122%,TS为17178%,VS/TS为87145%。
表1 剩余污泥的性质T ab.1 Characteristics of excess activated sludge used in experimentsp HTOC/(mg/g)TS/%VS/%SCOD/(mg/g)N H32N质量分数/(mg/g)TN/(mg/g)7175136134271661815991030107632818112 分析处理方法TS(总固体质量分数)、VS(挥发性固体质量分数):称重法[8];COD(化学需氧量):用5B21B型COD快速测定仪测;TN(总氮质量分数):过硫酸钾氧化2紫外分光光度法[10];N H32N质量分数:水杨酸2次氯酸盐光度法[10];甲烷含量:气相色谱仪(GC910),TCD检测器;微波处理:美的PJ17C2M型微波炉,频率2450M Hz;辅酶F420:紫外分光光度法[11]。
113 试验装置及方法11311 试验装置 试验装置见图1,反应瓶是体积为250mL的密封玻璃容器,反应器内温度采用恒温水浴锅自动控制,温度为35℃,误差±1℃。
气体采用排水法收集。
11312 碱预处理方法 在一定量的剩余污泥中分别加入NaO H,使得NaO H/VS分别为0104、0107、0111、0114、0118,轻轻搅拌使其混合均匀。
室温反应24h后,用盐酸调节p H值,使其介于715～718之间。
11313 热预处理方法 将剩余污泥放在灭菌锅中分别在80、100、121℃下,处理30min。
11314 微波预处理方法 将剩余污泥放在微波炉中,分别在70、210、350W的辐射功率下处理5min。
11315 酶预处理方法 在剩余污泥中分别加入碱性蛋白酶(Protex6L,无锡杰能科公司提供)0101、0102、0104、0106、0111mL/g。
搅拌均匀后,室温放置10h。
11恒温水浴;21反应瓶;31取泥口;41气体取样口;51排气管;61量筒;71水槽图1 试验装置示意图Fig.1 Equipment for anaerobic digestion of sludge 最后,取各预处理过的剩余污泥50g,加到250mL的反应瓶中,再加入60g厌氧颗粒污泥,搅拌使其混合均匀,封好瓶口,放在35℃的水浴锅中进行厌氧发酵。
取未经过预处理的剩余污泥作为对照组。
2 结果与讨论211 碱预处理对剩余污泥厌氧消化产沼气过程的影响碱法预处理是指在污泥厌氧消化前加入一定801食 品 与 生 物 技 术 学 报 第28卷 量的碱进行处理,该方法可使污泥中45%以上的有机质溶解,因而消化过程的产气量、有机碳和VS 的去除率亦随之提高。
与其它预处理方法相比,碱处理具有操作简单、方便以及处理效果好等优点[12]。
图2为经碱预处理后,剩余污泥厌氧消化产气量和甲烷含量的变化。
图2 不同的加碱量对产气量和甲烷含量的影响Fig.2 E ffect of N aOH on the gas and methaneproduction 由图2(a )可知,在对照组以及不同浓度的碱处理实验组中,产气速度都非常快,其中第一天的产气量已占总产气量的70%左右。
但是,经过碱处理后的剩余污泥产气量明显比未处理的多,且经0104g/g 和0107g/g 处理过的污泥产气量较高,分别为34147mL/g 和31138mL/g ,比对照组增加1倍左右,这说明低剂量NaO H 对提高污泥的厌氧消化性能效果更为明显。
由图2(b )可知,经碱预处理过的污泥,甲烷含量都比未处理的高,这可能是由于加碱水解能促进脂类及蛋白质的利用,所以加碱预处理后的污泥所产沼气中甲烷比率也会提高。
其中以0107g/g 处理过的污泥,所产气体中的甲烷质量分数最高,为44116%。
因而,碱预处理的最佳条件是碱加入量为0107g/g 。
212 热预处理对剩余污泥厌氧消化产沼气过程的影响污泥的热处理分为低于100℃的低温预处理和高于100℃的高温预处理两种方式。
在不同的处理温度下,细胞被破坏的部位不同:在45～65℃时,热处理会导致细胞膜破裂以及rRNA 被破坏;在50～70℃时DNA 被破坏;在65～90℃时细胞壁被破坏;而在70～95℃蛋白质变性[13]。
图3为不同的热处理温度对剩余污泥厌氧消化过程中累积产气量和甲烷含量的影响。
由图可知,经过80、100、121℃处理过的污泥,产气量和甲烷含量都明显高于未处理过的污泥,并且产气量随温度的升高而增加。
其中当污泥经121℃处理30min 后,产气量和甲烷质量分数分别为45180mL/g 和53146%,比未处理的污泥分别增加2倍和115倍。
Haug 等将剩余污泥在100～250℃预处理30min 时发现,大分子的蛋白质经过热处理后被分解成溶于水的小分子片段,并可产生较高浓度的氨氮,从而使处理系统具有较好的可生化性和缓冲能力[14]。
图3 不同热处理温度对累积产气量和甲烷含量的影响Fig.3 E ffect of temperature on the total accumulativegas and methane production 试验中还研究了不同的热处理时间对产气量和甲烷含量的影响,即将剩余污泥放在121℃的灭菌锅中分别处理15、30、45、60min 。