微波碱解处理剩余污泥的厌氧消化性能

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《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快，污泥处理成为环境治理的重要一环。

污泥预处理是污泥处理的重要环节之一，其中厌氧消化技术因其良好的减量化和资源化效果被广泛应用。

本文旨在探讨污泥预处理中厌氧消化工艺的性能及其过程中有机物的变化。

二、污泥预处理—厌氧消化工艺性能1. 工艺原理厌氧消化是一种生物处理方法，利用厌氧微生物将污泥中的有机物转化为沼气等能源物质。

在厌氧消化过程中，污泥首先经过预处理，然后进入厌氧消化反应器进行消化。

预处理的目的在于改善污泥的生物降解性能，提高厌氧消化的效率。

2. 工艺流程污泥预处理主要包括调理、破碎、筛分等步骤。

调理是通过添加调理剂或调节pH值等方式改善污泥的生物降解性能。

破碎和筛分则是为了使污泥中的有机物更易于被微生物降解。

经过预处理的污泥进入厌氧消化反应器，在适宜的温度、pH值和微生物环境下进行消化。

3. 工艺性能化，污泥的体积可以大大减少，同时产生的沼气可以作为能源使用。

此外，厌氧消化还能提高污泥的稳定性，降低其环境污染风险。

三、预处理过程中有机物的变化1. 有机物的分解在污泥预处理和厌氧消化过程中，有机物经过微生物的作用被分解。

这些有机物主要包括蛋白质、碳水化合物、脂肪等。

在厌氧消化过程中，这些有机物被厌氧微生物转化为沼气（主要是甲烷和二氧化碳）、水和新的细胞物质。

2. 有机物的转化在厌氧消化的过程中，部分有机物被转化为更简单的物质，如低分子量的有机酸、醇类等。

这些物质更容易被微生物利用，提高了污泥的生物降解性能。

同时，这些物质也可以作为能源物质被利用。

3. 有机物的去除通过厌氧消化，污泥中的有机物得到有效的去除。

这不仅减少了污泥的体积，还降低了其污染性。

同时，通过回收沼气等能源物质，实现了污泥的资源化利用。

四、结论本文通过对污泥预处理中厌氧消化工艺的性能及其过程中有机物的变化进行探讨，得出以下结论：高污泥的生物降解性能。

热-碱渣预处理强化炼厂剩余活性污泥厌氧消化性能

化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 12 期热-碱渣预处理强化炼厂剩余活性污泥厌氧消化性能李晋1，梁家豪2，马文峰3，郭绍辉1，王庆宏1，陈春茂1（1 中国石油大学（北京）化学工程与环境学院，石油石化污染物控制与处理国家重点实验室，北京 102249；2广东石油化工学院环境科学与工程学院，广东省石油化工污染过程与控制重点实验室，广东高校石油化工污染控制重点实验室，广东茂名 525000；3 山东石油化工学院化学工程学院，山东东营 257061）摘要：热-碱预处理是强化剩余活性污泥厌氧消化的有效手段。

为降低处理成本，利用炼厂碱渣替代新鲜碱剂，研究了热-碱渣预处理对炼厂剩余活性污泥（refinery waste activated sludge ，RWAS ）厌氧消化的影响。

结果表明，热-碱渣预处理显著促进了胞内有机物的释放，蛋白质、多糖和挥发性脂肪酸浓度随温度和碱渣剂量的提升而增加，在温度90℃和碱渣剂量4%的条件下，蛋白质、多糖和挥发性脂肪酸分别可达1338.7mg/L 、510.9mg/L 和651.2mg/L 。

Person 相关性结果表明碱渣剂量对腐殖酸类物质荧光强度和类黑素产量呈正相关，与厌氧消化停滞期呈显著正相关，表明高碱渣剂量会抑制RWAS 厌氧消化性能。

因此，热-碱渣预处理的最佳工艺条件为温度90℃、碱渣剂量1%。

该条件下预处理RWAS 厌氧消化的溶解性化学需氧量（SCOD ）降解率可达66%，最大产酸量为736.2mg/L ，甲烷和氢气产量分别是未处理RWAS 的5倍和3倍，分别达95.3mL/g-VS （VS 为挥发性固体）和11.5mL/g-VS 。

综上所述，热-碱渣预处理炼厂剩余活性污泥具有较好的应用前景。

关键词：剩余活性污泥；炼厂碱渣；预处理；厌氧消化；甲烷中图分类号：X703.1 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）12-6609-11Enhanced anaerobic digestion of refinery waste activated sludge usingthermal-refinery spend caustic pretreatmentLI Jin 1，LIANG Jiahao 2，MA Wenfeng 3，GUO Shaohui 1，WANG Qinghong 1，CHEN Chunmao 1(1 State Key Laboratory of Petroleum Pollution Control, China University of Petroleum (Beijing), Beijing 102249, China;2Guangdong Provincial Key Laboratory of Petrochemical Pollution Process and Control, Key Laboratory of PetrochemicalPollution Control of Guangdong Higher Education Institutes, School of Environmental Science and Engineering, GuangdongUniversity of Petrochemical Technology, Maoming 525000, Guangdong, China; 3 College of Chemical Engineering,Shandong Institute of Petrochemical Technology, Dongying 257061, Shandong, China)Abstract: Thermal-alkaline pretreatment is an effective method to improve the anaerobic digestion ofwaste activated sludge. In order to reduce the cost of treatment process, the refinery spend caustic (RSC) was used instead of fresh alkalis, and the effects of thermal-RSC pretreatment on anaerobic digestion of refinery waste activated sludge (RWAS) were investigated. The results showed that thermal-alkaline pretreatment significantly promoted the solubilization of RWAS, and the concentrations of proteins,研究开发DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0118收稿日期：2023-01-31；修改稿日期：2023-02-15。

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）。

微波强化预处理促进低有机质污泥厌氧消化

2．Ｒesearch and Service Center for Environmental Protection Industry，Yancheng 224000，China）
Abstract： The effect of microwave pretreatment at different duration on the solubilization and anaerobic digestibility of high solid sludge with low organic content was studied． Experimental results showed soluble organic concentrations increased with the prolonging of microwave pretreatment time rapidly，and became slowly after 6 min． The dissolution rate of SCOD，STOC， protein，poly-sacccharide and DNA with 6 min microwave pretreatment were，respectively，8. 0，7. 2，10. 4，12. 4 and 8. 4 times of the control group． Microwave pretreatment not only enhanced total methane yield，but also advanced the peak time of methane production，thus shortened the time of anaerobic digestion． The methane production ratio with 6 min of microwave pretreatment was 144 mL / g at 15 days of anaerobic digestion，increased by 62% over the control group． The biogas yield for microwave pretreatment almost kept constant after 15 d of anaerobic digestion，while the pretreatment time for control group extended to 20 d．Ｒemoval rate of VS also increased with the prolonging of microwave pretreatment duration． Keywords： sludge with low organic content； microwave pretreatment； anaerobic digestion； organic matters

剩余污泥高温热碱解及絮凝改善裂解液可生化性的试验研究

剩余污泥高温热碱解及絮凝改善裂解液可生化性的试验研究章保;彭星源;陈瑶;汪炎;郑晓浩;肖岳冰;董方
【期刊名称】《工业用水与废水》
【年(卷),期】2022(53)3
【摘要】为促进剩余污泥的减量化和资源化,采用高温热碱解耦合絮凝的方式来处理剩余污泥。

高温热碱解处理污泥的碳源释放量为0.50 g[COD]/g[VS],热碱解所得泥饼的含水率在70℃条件下仅需9 h即可降至(26.82±3.57)%,同时实现了23.39%的干重减量。

另外,相比于单纯的热碱解处理,污泥裂解液再经过铁、铝离子絮凝处理后,其m(BOD5)/m(COD)值增加超过了40%,脱氮效能也显著提升。

因此,金属离子的絮凝作用可以改善污泥裂解液的可生化性,并且金属离子的价态越高,其作用效果越明显。

裂解液可生化性的改善机制主要在于金属离子对难降解腐殖酸类物质的絮凝去除作用。

【总页数】6页(P67-72)
【作者】章保;彭星源;陈瑶;汪炎;郑晓浩;肖岳冰;董方
【作者单位】东华工程科技股份有限公司;工业废水及环境治理安徽省重点实验室;合肥工业大学土木与水利工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】X703.1
【相关文献】
1.剩余污泥碱解上清液作为反硝化碳源的回用量实验研究
2.剩余污泥碱解上清液回用于生活污水脱氮研究
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4.高铁酸钾及低温热水解预处理剩余污泥对污泥水解效果的影响
5.碱—热法预处理改善污泥厌氧消化性能的试验研究
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超声与碱预处理剩余污泥中温两相厌氧消化

超声与碱预处理剩余污泥中温两相厌氧消化★
赵纯广毕东赵纯洲季晓飞
（１．中国市政工程东北设计研究总院，吉林长春１３００２１；２．中庆建设有限责任公司，吉林长春１３００６２】
摘
要：以北方某污水处理厂（Ａ／Ｏ工艺）剩余活性污泥为研究对象，考察了超声波与生石灰联合预处理对后续剩余污泥两相中
泥和城市污水处理厂的初沉污泥。基质的配制：取２Ｌ浓缩剩余
活性污泥加ＣａＯ５６０ｍｇ进行超声波处理１ｈ。在系统启动初期，
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ＣＯＤ，ＴＳ，ＶＳ，ｐＨ，ＶＦＡ，氨氮、碱度等则不定期测定，以观察反应器的运行情况。稳定运行后，每天测定以上各项指标。２）检测项目及方法。主要检测项目和分析方法见表１。
污水处理会产生较多污水污泥，污泥中含有大量的有害物较高，总体在１５０７４ｍｇ／Ｌ一２４７６６ｍｇ／Ｌ之间。当向反应器系统
质，污泥处理的目的是使污泥减量化，无害化。两相消化是根据中投加超声波与碱联合预处理剩余活性污泥进行厌氧消化时，经消化机理进行设计。目的是使各相消化池具有更适合于消化过过产酸相后ＶＳ在１４６５１ｍｇ／Ｌ～２２３４２ｍＬ之间，产酸相对超程三个阶段各自的菌种群生长繁殖的环境。厌氧消化可分为三声波与碱联合预处理的剩余污泥中ＶＳ平均去除率为１７．２％。当种阶段：水解、产酸及产甲烷阶段。如采用两相消化法，即把第预处理污泥进入产甲烷相后，由图２可见，ＶＳ有较大变化，整体在１４５０ｍｇ／Ｌ一１７１５４ｍｇ／Ｌ之间，在４０ｄ中预处理剩余污泥经两第二阶段与第三阶段分别在两个消化池中进行，使各自都有Ｉ最佳环境条件Ｊ。本试验采用超声波和生石灰联合预处理技术相厌氧消化后总体对ＶＳ平均去除率为３２．８％。从图中可知，预强化污泥分解，并对预处理剩余污泥进行中温两相厌氧消化，从处理剩余污泥经产酸相ＶＳ变化幅度较小，大部分ＶＳ是经产甲烷而改善消化污泥性能，且使污泥达到减量化、稳定化的目的。相处理；总体对ＶＳ的去除效果较好；污泥中的有机物大量被去

微波破解污泥及其厌氧消化性能的研究的开题报告

微波破解污泥及其厌氧消化性能的研究的开题报告一、选题背景随着城市化的发展和工业生产的增加，污泥处理问题成为环保领域中的关键难点之一。

常规污泥处理方式存在着工艺复杂、生成的污泥量大、处理成本高等问题。

微波技术因其快速、高效、节能等优势，被越来越多地用于污泥的处理。

微波破解可以使固体污泥快速变为液态污泥，进而进一步达到减量、稳定化处理。

同时，微波破解液态污泥在厌氧消化过程中能够提高厌氧菌的附着度和代谢活性，从而提高厌氧消化技术的处理效率，减少处理成本。

本文旨在研究微波破解污泥的操作参数对液态污泥性质的影响，并探究微波破解液态污泥在厌氧消化过程中的性能表现，为微波技术在污泥处理中的应用提供理论和技术基础。

二、研究目的和意义研究微波破解污泥及其厌氧消化性能，可以为污泥处理提供一种新的途径。

主要目的如下：1、研究微波破解污泥的最优操作参数，探究微波破解液态污泥的物化性质与工艺参数的关系，为微波破解技术的优化提供理论依据。

2、研究微波破解液态污泥在厌氧消化过程中的厌氧消化性能，探讨微波技术在厌氧消化技术中的应用潜力和优势。

3、将本研究成果应用于实际生产中，减少处理成本，提高污泥处理效率和资源利用率。

三、研究内容和方法1、研究内容主要研究微波破解污泥的最优操作参数及其影响因素，包括微波功率、处理时间、固液浓度等。

通过设计不同的实验方案，研究微波破解液态污泥的物化性质与工艺参数的关系，得到微波破解污泥液态产物的特性和适宜的处理工艺，为微波技术在污泥处理中的应用提供依据。

2、研究方法采用实验室小型微波反应器和自制厌氧处理实验装置。

对液态污泥进行微波破解，考察微波破解液态污泥的物理化学特性和厌氧消化性能指标。

通过变量方法，确定微波处理参数对液态污泥性质指标的影响规律，同时结合数学模型仿真和实验结果进行数据验证。

四、预期结果通过本次研究，预期可以得到以下调研结果：1、研究微波功率、微波处理时间、固液浓度对微波破解液态污泥的影响关系。

微波及其组合工艺强化污泥厌氧消化研究_刘吉宝

第35卷第9期2014年9月环境科学ENVIＲONMENTAL SCIENCEVol．35，No．9Sep．，2014微波及其组合工艺强化污泥厌氧消化研究刘吉宝1，倪晓棠1，2，魏源送1，3*，佟娟1，王亚炜1（1.中国科学院生态环境研究中心，北京100085；2.中国矿业大学化学与环境工程学院，北京100083； 3.鄂尔多斯固体废弃物资源化工程技术研究所，鄂尔多斯017000）摘要：为提高剩余污泥的厌氧消化效能和脱水性能，考察了微波及其组合污泥预处理工艺的强化污泥厌氧消化效果，同时考察了预处理-厌氧消化过程的污泥理化特征及其脱水性能．结果表明，微波及其组合工艺可以强化污泥厌氧消化产甲烷，其中微波-过氧化氢-碱（0.2）的强化效果最为显著，不仅30d 累计产甲烷量比对照组增加了13.34%，而且产甲烷速率也得到了提升．与单独微波处理相比，过氧化氢、碱的投加显著提高了溶解性COD 的释放量，这表明微波、过氧化氢、碱之间的协同作用能有效破碎污泥，进而强化厌氧消化效果；微波-酸预处理后的污泥具有良好的脱水性能，毛细吸水时间（CST ）只有9.85s ，污泥脱水性能的改善与其表面电性、粒径分布的变化密切相关；不同预处理条件下的污泥经过厌氧消化后，污泥脱水性能较为接近．关键词：微波；污泥预处理；厌氧消化；脱水性能；理化特征中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：0250-3301（2014）09-3455-06DOI ：10．13227/j．hjkx．2014．09．029收稿日期：2014-01-22；修订日期：2014-03-23基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项（2012ZX07202-005）作者简介：刘吉宝（1988 ），男，博士研究生，主要研究方向为污泥减量化与资源化，E-mail ：liujibaoneu@ *通讯联系人，E-mail ：yswei@rcees．ac．cnEnhancement for Anaerobic Digestion of Sewage Sludge Pretreated byMicrowave and Its Combined ProcessesLIU Ji-bao 1，NI Xiao-tang 1，2，WEI Yuan-song 1，3，TONG Juan 1，WANG Ya-wei 1（1．Ｒesearch Center for Eco-Environmental Sciences ，Chinese Academy of Sciences ，Beijing 100085，China ；2．School of Chemical and Environmental Engineering ，China University of Mining and Technology ，Beijing 100083，China ；3.Ordos Institute of Solid Waste Technology ，Ordos 017000，China ）Abstract ：To improve anaerobic digestion and dewatering of sludge ，impacts of sludge pretreated by microwave （MW ）and itscombined processes on sludge anaerobic digestion and dewatering were investigated．The results showed that microwave and its combined processes could effectively enhance anaerobic sludge digestion．Not only the cumulative methane production in the test of the MW-H 2O 2-alkaline （0.2）was increased by 13.34%compared with the control ，but also its methane production rate was much higherthan that of the control．Compared with the single MW process ，the addition of both H 2O 2and alkaline enhanced the solubilization ofparticle COD （＞0.45micron ），indicating that synergistically generated soluble organics were faster to biodegrade which resulted in the enhancement of anaerobic digestion．The MW-acid process was effective in improving sludge dewaterability ，e．g．，Capillary SuctionTime （CST ）at only 9.85s．The improvement of sludge dewatering was significantly correlated with sludge physical properties such as zeta potential ，surface charge density and particle size．Under different sludge pretreatment conditions ，the sludge dewatering after anaerobic digestion was similar ，though the difference of sludge dewatering to some degrees was observed for pretreated sludge．Key words ：microwave ；sludge pretreatment ；anaerobic digestion ；dewaterability ；characteristics微波（microwave ，MW ）作为热处理方式之一，具有加热速度快、加热均匀、过程易于控制等优点，正逐渐被应用于污泥预处理．近来的研究表明，微波预处理能有效破碎污泥，释放污泥EPS 和微生物胞内蛋白质、多糖等溶解性有机物．而污泥厌氧消化过程受限于复杂大分子有机物的水解，微波预处理使污泥溶解性有机物释放，理论上可以强化污泥厌氧消化性能．Eskicioglu 等［1］利用CEM 微波消解仪（MAＲS-5、0 1250W 、2450MHz 、0 260ħ、0 33bars ）处理污泥，结果表明，在50 175ħ范围内，单独微波预处理可以在不同程度上提高污泥厌氧消化的沼气产量，在175ħ时能增加31%的沼气产量．此外，酸、碱、H 2O 2的添加，能与微波在污泥预处理中发挥协同作用，强化微波对污泥的溶胞效果［2］．与单独微波预处理可以提高污泥厌氧消化性能相比，微波与酸、碱、H 2O 2组合工艺虽能显著强化污泥溶胞效果，但对污泥厌氧消化性能的强化作用却不尽相同．Jang 等［3］用CEM 微波消解仪（MAＲS 、0 1600W 、2450MHz 、0330ħ，0 10MPa ）将污泥加热到135ħ，并与NaOH组合（20meq ·L －1）预处理污泥，在不同厌氧消化环境科学35卷SＲT下，每天产气量均有明显提高．Eskicioglu等［4］在利用微波（MAＲS-5、0 1250W、2450MHz、0260ħ、0 33bars）将污泥加热到100ħ，与H2O2组合强化污泥厌氧消化研究中，却发现在H2O2/TS（质量比，H2O2浓度100%V/V）=1的H2O2投加量下，预处理后单位污泥投加量的累计产甲烷量相比于对照组降低了25%，MW-H2O2预处理虽然促进了污泥非溶解性有机物的释放，污泥厌氧消化过程反而受到抑制．针对上述H2O2投加量过多导致处理后污泥厌氧消化受抑制，Eskicioglu建议未来研究中需进一步降低H2O2的投加量至0.5g·g－1（H2O2/TS，下同）及其以下．Shahriari等［5］在研究MW-H2O2预处理强化城市有机固体废物厌氧消化时，利用CEM微波消解仪（MAＲS-5、0 1200W、2450MHz、0 250ħ、0 3.45MPa）将污泥加热到85ħ，添加H2O20.66g·g－1，也发现了厌氧消化过程受到抑制的现象．导致上述现象的发生可能是因为H2O2过量投加（＞0.5g·g－1），残留的H2O2抑制了厌氧消化，或者H2O2在微波加热作用下，生成·OH，发生高级氧化（advanced oxidation process，AOP）作用，生成了对厌氧消化微生物菌群有毒性抑制作用的副产物．此外，目前国内外学者在微波预处理污泥研究中，大多采用密闭微波消解仪，进行高温高压污泥预处理．但由于密闭加压系统较为复杂，高压、高温的操作条件也存在一定的安全隐患，实际工程应用困难．有研究者已考察了大量常温常压下微波及其组合工艺进行污泥预处理时碳、氮、磷的释放特征［6 9］，并据此对不同组合工艺进行了优化．所以，在此基础上，本研究基于常温常压下的微波预处理，考察和比较了低剂量H2O2（≤0.2g·g－1）投加策略［9，10］下的MW-H2O2-碱、MW和MW-酸这3种微波及其组合工艺对污泥厌氧消化的强化效果，并对预处理后污泥脱水性能等进行了比较和分析，以期在探求强化污泥厌氧消化的同时改善污泥脱水性能．1材料与方法1.1试验装置试验采用的微波设备为自主研制的微波反应器（JWFY-1T，定制于巨龙微波能设备公司），频率为2450MHz，磁控管最大输出功率和温度分别为1 kW，100ħ．反应容器为容积2L的塑料容器，容器上部敞开，配备了搅拌桨均质和热电偶温度传感器实时监测温度．1.2试验方法试验所用污泥为北京小红门污水处理厂厌氧消化进泥，污泥取回后过筛（18目）除去大颗粒杂质，依据文献［6，7，9］优化后的微波及其组合工艺操作条件，按表1进行污泥预处理，其中MW-H2O2-OH 预处理工艺选取0.06g·g－1和0.2g·g－1两个H2O2投加剂量．预处理后污泥的pH调节近中性（6.8 7.5），厌氧消化产甲烷潜势（BMP）采用产甲烷活性（specific methanogenic activity，SMA）测试系统（AMPTSⅠ，bioprocess control，瑞典）．650mL的反应器装入厌氧污泥和基质，有效体积为400mL．污泥厌氧消化产甲烷潜势（BMP）测试的污泥接种比（inoculum to substrate，I/S）通常为2左右［11］，因此，本研究以未处理污泥（接种泥）ʒ处理污泥（基质）= 7ʒ3的体积比混合后作为试验组（保证污泥接种比接近2），以未经处理的厌氧消化进泥为对照组，在38ħ恒温水浴锅中厌氧消化30d，对照组和试验组分别为3个平行．1.3分析方法TS、VS、碱度按标准方法［12，13］测定；TCOD（污泥混合液总COD）、SCOD（上清液溶解性COD）采用DＲ2800HACH分光光度计（HACH，USA）测定；糖类、蛋白质、腐殖酸分别采用Dubois法［14］和修正Lowry法［15］测定；污泥经6000r·min－1离心10 min后上清液过0.45μm醋酸纤维滤膜，滤液用来测定SCOD，溶解态糖类、蛋白质；毛细吸附时间（capillary suction time，CST）采用Triton type304M表1微波及其组合工艺污泥预处理操作条件［2］Table1Operation conditions of sludge pretreated by microwave and its combined processes 工艺操作参数微波常压，600W微波功率，辐射样品，升温至100ħ，结束微波-酸加入5mol·L－1盐酸，调节样品pH至约2.5，其余同“微波”方法微波-H2O2-OH（0.06）加入5mol·L－1NaOH溶液，调节样品pH至10，600W微波功率，辐射样品，升温至80ħ，按H2O2/TS =0.06（质量比）的比例加入30%的过氧化氢溶液，继续辐射升温至100ħ结束微波-H2O2-OH（0.2）按H2O2/TS=0.2（质量比）的比例加入30%的过氧化氢溶液，其余同“微波-H2O2-碱（0.06）”65439期刘吉宝等：微波及其组合工艺强化污泥厌氧消化研究CST（triton electronics，UK）测定仪测定；污泥粒径用Malvern Mastersizer2000（UK）测定；表面电荷密度采用胶体滴定法［16］测定；Zeta电位用MalvernZetasizer2000（UK）测定．2结果与讨论2.1有机物释放污泥经微波及其组合工艺处理前后TCOD、SCOD、蛋白质、多糖、腐殖酸的变化情况见表2．由于微波促使污泥中EPS和微生物细胞破解，蛋白质、多糖等有机物得到释放，污泥溶解性COD增加．与原污泥相比，经MW、MW-H、MW-H2O2-OH（0.06）、MW-H2O2-OH（0.2）处理后，SCOD分别增加了454.12%、328.24%、869.41%、1142.35%，其中MW-H2O2-OH工艺污泥溶胞效果最好，且随着H2O2投加量的增加，有机物释放量越高．不同预处理过程，蛋白质、多糖、腐殖酸等有机物的释放情况与SCOD的结果相一致．此外，从污泥预处理前后上清液SCOD与泥水混合液TCOD的比值变化情况可以看出，MW-H2O2-OH处理后污泥上清液SCOD相对于TCOD的释放率最高，两种H2O2投加量剂量下，SCOD/TCOD分别达到0.148、0.139，相对于原污泥提高了14倍以上，说明TCOD中一部分有机物溶解释放了．以上结果表明，对于污泥有机物的溶解释放，微波、H2O2、碱的组合处理效果要优于单独微波预处理，可能是三者之间存在协同作用，在已有的相关研究［17，18］中，普遍认为H2O2在微波作用下，会分解产生·OH，从而发生高级氧化（AOP）过程．Eskicioglu等［4］明确指出，H2O2通过催化作用，会分解产生强氧化性的·OH，而可以起到催化作用的方式包括O3/H2O2、UV/H2O2、H2O2/超声以及H2O2/加热，其研究结果表明，微波和H2O2组合能够显著提高溶解性有机物的释放量，这说明微波和H2O2组合能够发挥协同作用，因此该过程也被称为MW/H2O2-AOP．在本研究中，利用优化后的H2O2投加策略［9］，不但实现了较高的污泥有机物释放率，同时相比于其他研究，大幅降低了H2O2的投加量．表2污泥微波预处理前后的主要理化特征1）Table2Physicochemical characteristics of sludge pretreated by MW and its combined processes参数对照（原污泥）MW MW-H MW-H2O2-OH（0.06）MW-H2O2-OH（0.2）TS/g·L－125.1425.4025.9723.6625.38VS/g·L－117.1716.6118.2514.8616.01VS/TS0.680.650.700.630.63碱度（以CaCO3计）/mg·L－16867.99（3．68）1823.05（5．52）910.875（184．02）2836.73（36．80）2791.18（101．21）TCOD/mg·L－14580034350395502790037900SCOD/mg·L－14252355182041205280SCOD/TCOD0.0090.0690.0460.1480.139溶解性蛋白质/mg·L－1134.38（4．03）560.98（9．32）191.40（8．69）1725.89（83．86）2081.53（4．66）溶解性多糖/mg·L－116.23（2．37）171.68（8．52）151.98（10．6）521.63（24．28）548.56（22．03）溶解性腐殖酸/mg·L－1385.35（8．66）774.67（14．42）483.94（108．1）1947.75（57．71）1662.15（86．56）1）括号内为标准偏差2.2强化厌氧消化效果为便于比较，本研究将累计产甲烷量归一化为单位VS的累计产甲烷量．从图1可知，与对照组相比，经微波及其组合工艺处理后，污泥厌氧消化后的30d累计产甲烷量和产甲烷速率均有所提高．按照30d累计产甲烷量衡算，MW-H2O2-OH （0.2）的强化污泥厌氧消化效果最为显著，30d累计产甲烷量比对照组增加了13.34%．虽然MW-H 处理后上清液溶解性COD释放效果不佳，但30d 累计产甲烷量却高于MW处理，略低于MW-H2O2-OH（0.06）．这说明MW-H条件下，除上清液含有的溶解性有机物外，固相中存在着易于生物降解的有机物．依据污泥厌氧消化三阶段理论，水解阶段为污泥厌氧消化的限速步骤．经微波及其组合工艺处理后的污泥，溶解性有机物的释放，提高了污泥中有机物的水解速率．与Eskicioglu等［4］、Shahriari等［5］的研究结果相比，本研究的低剂量（H2O2/TS=0.2g·g－1）H2O2投加，未对污泥厌氧消化过程产生抑制作用．这是因为在本研究的H2O2投加策略下，H2O2的有效利用效率高，减少了残余H2O2量．Xiao等［9］分析指出，H2O2的利用效率与污泥中过氧化氢酶活性以及H2O2分解产生·OH效率密切相关．将污泥pH调节到10，并加热到80ħ，可以有效抑制污泥中的过氧化氢酶活7543环境科学35卷性，避免H 2O 2被分解为H 2O 和O 2，同时，在碱性条件和加热环境中，加速了H 2O 2转化产生·OH 和O －2·速率，进而提高了H 2O 2的有效利用率．此外，NaOH 通过与微生物细胞膜发生皂化反应，改变了细胞膜的通透性和流动性，促进了微生物细胞的破解［19］．因此，本研究结果清楚地表明，通过在MW-H 2O 2污泥预处理过程中改善H 2O 2投加策略和降低H 2O 2投加量，不但能提高溶解性有机物的释放效率，而且极大地降低了H 2O 2残留量，消除了大量残留的H 2O 2对厌氧消化过程微生物的抑制作用，进而很好地强化了污泥的厌氧消化产甲烷效能．图1污泥厌氧消化累计甲烷产量和日产甲烷速率Fig．1Cumulative biogas methane production and flow rate during anaerobic sludge digestion如表3所示，经过厌氧消化后，污泥中VS 、COD 得到削减，对照组、MW 、MW-H 、MW-H 2O 2-OH （0.06）、MW-H 2O 2-OH （0.2）试验组的污泥VS 削减率分别为35.67%、35.46%、39.03%、36.68%、37.26%．尽管单因素方差分析结果表明，不同预处理条件［MW 、MW-H 、MW-H 2O 2-OH （0.06）、MW-H 2O 2-OH （0.2）］下污泥厌氧消化VS 的削减率与对照组之间，不具有显著性差异（P 为1.00、0.36、0.99、0.86），但通过数据对比，厌氧消化后污泥VS 的削减率是略高于对照组，这同30d 累计产甲烷量的提高幅度相对应．因此，为了更好地强化污泥厌氧消化效果，需要进一步深入研究基于微波预处理的强化污泥厌氧消化工艺．表3污泥厌氧消化前后有机物变化情况Table 3Changes in organic fraction of sludge before and after anaerobic digestion 参数Blank MW MW-H MW-H 2O 2-OH （0.06）MW-H 2O 2-OH（0.2）ΔTS 1）/g·L －1－6.15－6.35－6.98－5.99－6.46ΔVS /g ·L －1－6.12－6.02－6.82－6.04－6.26ΔVS /TS －0.10－0.09－0.11－0.11－0.11ΔTCOD /mg ·L －1－17550.00－13315.00－17925.00－14130.00－15230.00ΔSCOD /mg·L －1862.00256.00－78.50－207.50－609.50Δ溶解性蛋白质/mg ·L －1241.64117.84242.97－207.63－349.46Δ溶解性多糖/mg·L －111.19－33.14－27.52－130.22－135.16Δ溶解性腐殖酸/mg·L －1561.15479.74545.95231.77319.671）ΔTS =TS BMP 后－TS BMP 初始，其他指标同理2.3污泥理化特征及脱水性能污泥脱水是污泥处理处置的关键环节，直接影响到污泥后续运输及处置的难易程度，因此，本研究考察了微波及其组合工艺处理污泥厌氧消化前后的脱水性能．经过处理后，污泥粒径分布、表面电性等理化特性发生改变，进而影响到污泥的脱水性能．如图2所示，经MW-H 处理后，d 0.5为134.74μm ，相对于原污泥（d 0.5=96.64μm ）增大了39.2%．而MW 、MW-H 2O 2-OH （0.06）、MW-H 2O 2-OH （0.2）处理后的污泥d 0.5分别为107.55、97.33、83.61μm．单因素方差分析检验结果表明，经过MW 、MW-H 、MW-H 2O 2-OH （0.06）、MW-H 2O 2-OH （0.2）预处理后的污泥粒径与原污泥的粒径具有显著性差异（P为0.021、0.000、0.866、0.008），其中MW-H 处理85439期刘吉宝等：微波及其组合工艺强化污泥厌氧消化研究后的污泥粒径显著增大，MW-H 2O 2-OH （0.2）处理后的污泥粒径显著减小．MW-H 处理后，污泥粒径的增大可能与污泥释放的蛋白质、多糖等高分子有机物的絮凝团聚有关．污泥胞外聚合物（extracelluler polymer substances ，EPS ）中含有的蛋白质、多糖等高分子有机物，具有一定的絮凝能力［20］．污泥经微波及其组合工艺处理后，虽然都释放了蛋白质、多糖等高分子有机物，但从预处理后污泥胶体颗粒表面电性（图3）的变化情况来看，除MW-H 外，其它预处理后污泥胶体颗粒表面负电性增强，而MW-H 处理后，污泥胶体颗粒表面负电性反而削弱，这降低了胶体颗粒间的静电斥力，促进了释放的蛋白质、多糖等高分子有机物的絮凝团聚．MW-H 条件下，污泥表面电负性的降低，可能与释放的蛋白质、多糖等有机物的等电点密切相关［21］．此外，预处理后原污泥EPS 中起桥接作用的Ca 2+、Mg 2+离子也得到释放，在MW-H 处理后，溶液中Ca 2+、Mg 2+离子释放浓度要远远高于其它处理条件［22］．而这些阳离子可通过架桥和电中和作用与释放的有机物（带负电荷）进行结合、凝聚，降低了胶体表面负电性．但为何MW-H 处理的Ca 2+、Mg 2+离子浓度仍远高于其它处理，以及这是否是Ca 2+、Mg 2+的选择性释放，仍有待深入研究．图2微波及其组合工艺预处理前后的污泥粒径分布Fig．2Sludge particle size distribution of sludge pretreatedby MW and its combined processes不同预处理方式下，污泥理化特征发生了不同变化，污泥脱水性能也由此不同．如图4所示，经过MW 、MW-H 、MW-H 2O 2-OH 处理后，MW-H 处理明显改善了污泥脱水性能，MW 、MW-H 2O 2-OH 都严重恶化了污泥脱水性能．在MW-H 条件下，污泥CST 只有9.85s ，远低于原污泥（51.20s ）以及单独图3微波及其组合工艺预处理后的污泥表面电性变化Fig．3Changes in zeta potential and surface charge densityof sludge pretreated by MW and its combined processes微波（104.10s ）处理．随着MW-H 2O 2-OH （0.06）处图4微波预处理污泥厌氧消化前后脱水性能变化Fig．4Changes in dewaterability of pretreated sludge before and after anaerobic digestion理，溶解性有机物释放量增加，负电性增强，污泥脱水性能相比MW 单独处理进一步恶化．但是与MW-H 2O 2-OH （0.06）相比，将H 2O 2投加量增加到0.2g ·g －1，CST 反而下降，脱水性能相对变好．该现象与Abelleira 等［23］的研究结果相一致，在加热-H 2O 2组合处理污泥时，污泥脱水性能随着加热温度（＞130ħ）和H 2O 2的投加量的提高而得到明显改善．这可能是由于H 2O 2投加量的增加，强化了有机胶体粒子（organic colloidal fraction ，1 100μm ［24］）水解为小分子有机物，特定分子量下有机胶体粒子数量的减少导致污泥脱水性能的改善［25］．预处理后的污泥经过厌氧消化，污泥脱水性能趋于一致，未处理、MW 处理、MW-H 处理、MW-H 2O 2-OH （0.06）处理、MW-H 2O 2-OH （0.2）处理的污泥经厌氧消化后的CST 分别为43.60、50.83、28.57、48.60、45.90s ，其中MW-H 处理后的污泥脱水性9543环境科学35卷能仍优于其他条件．经过MW、MW-H2O2-OH处理后释放的不利于污泥脱水的特定有机物，如络氨酸、色氨酸类蛋白质［26］，经过厌氧消化的生物降解，污泥脱水性能又重新得到了恢复．3结论（1）微波-H2O2-OH组合工艺预处理污泥，低剂量投加H2O2（≤0.2g·g－1）可以很好地强化污泥厌氧消化产甲烷效能，并且优于其他预处理工艺．（2）MW-H处理后的污泥脱水性能得到了明显改善，而其他预处理工艺都恶化了污泥的脱水性能，污泥脱水性能的改变与处理后污泥的表面电性、粒径分布的变化密切相关．参考文献：［1］Eskicioglu C，Kennedy K J，DrosteＲL．Enhanced disinfection and methane production from sewage sludge by microwaveirradiation［J］．Desalination，2009，248（1-3）：279-285．［2］肖庆聪，魏源送，王亚炜，等．微波及其组合工艺的污泥溶胞效果比较研究［J］．中国给水排水，2012，28（11）：61-64．［3］Jang J H，Ahn J H．Effect of microwave pretreatment in presence of NaOH on mesophilic anaerobic digestion of thickened wasteactivated sludge［J］．Bioresource Technology，2013，131：437-442．［4］Eskicioglu C，Prorot A，Marin J，et al．Synergetic pretreatment of sewage sludge by microwave irradiation in presence of H2O2forenhanced anaerobic digestion［J］．WaterＲesearch，2008，42（18）：4674-4682．［5］Shahriari H，Warith M，Hamoda M，et al．Anaerobic digestion of organic fraction of municipal solid waste combining twopretreatment modalities，high temperature microwave andhydrogen peroxide［J］．Waste Management，2012，32（1）：41-52．［6］程振敏．微波辐射技术应用于城市污水处理厂污泥磷回收的研究［D］．北京：中国科学院生态环境研究中心，2008.［7］阎鸿．微波及其组合工艺在污泥预处理中的比较研究［D］．北京：中国科学院生态环境研究中心，2010．［8］王亚炜．微波-过氧化氢协同处理剩余污泥的效能与机理研究［D］．北京：中国科学院生态环境研究中心，2009.［9］Xiao Q C，Yan H，Wei Y S，et al．Optimization of H2O2dosage in microwave-H2O2process for sludge pretreatment with uniformdesign method［J］．Journal of Environmental Sciences，2012，24（12）：2060-2067．［10］Wang Y W，Wei Y S，Liu J X．Effect of H2O2dosing strategy on sludge pretreatment by microwave-H2O2advanced oxidationprocess［J］．Journal of Hazardous Materials，2009，169（1-3）：680-684．［11］Ｒaposo F，De laＲubia M A，Fernández-CegríV，et al．Anaerobic digestion of solid organic substrates in batch mode：Anoverview relating to methane yields and experimental procedures［J］．Ｒenewable＆Sustainable EnergyＲeviews，2012，16（1）：861-877．［12］国家环境保护总局．水和废水监测分析方法［M］．（第四版）．北京：中国环境科学出版社，2002．［13］CJT221-2005．城市污水处理厂污泥检验方法［S］．2005．［14］Dubois M，Gilles K A，Hamilton J K，et al．Colorimetric method for determination of sugars and related substances［J］．AnalyticalChemistry，1956，28（3）：350-356．［15］Fr/olund B，Griebe T，Nielsen P H．Enzymatic-activity in the activated-sludge floc matrix［J］．Applied Microbiology andBiotechnology，1995，43（4）：755-761．［16］Jin B，Wilén B M，Lant P．A comprehensive insight into floc characteristics and their impact on compressibility andsettleability of activated sludge［J］．Chemical EngineeringJournal，2003，95（1-3）：221-234．［17］Lo K V，Chan W W I，Yawson S K，et al．Microwave enhanced advanced oxidation process for treating dairy manure at low pH［J］．Journal of Environmental Science and Health Part B-Pesticides Food Contaminants and Agricultural Wastes，2012，47（4）：362-367．［18］Wong W T，Chan W I，Liao P H，et al．A hydrogen peroxide/ microwave advanced oxidation process for sewage sludge treatment［J］．Journal of Environmental Science and Health Part A-Toxic/Hazardous Substances＆Environmental Engineering，2006，41（11）：2623-2633．［19］Erdincler A，Vesilind P A．Effect of sludge cell disruption on compactibility of biological sludges［J］．Water Science andTechnology，2000，42（9）：119-126．［20］Yu G H，He P J，Shao L M．Characteristics of extracellular polymeric substances（EPS）fractions from excess sludges andtheir effects on bioflocculability［J］．Bioresource Technology，2009，100（13）：3193-3198．［21］Ｒaynaud M，Vaxelaire J，Olivier J，et al．Compression dewatering of municipal activated sludge：Effects of salt and pH［J］．WaterＲesearch，2012，46（14）：4448-4456．［22］肖庆聪．微波及其组合工艺在污泥磷回收及减量化中的应用研究［D］．北京：中国人民大学，2012．［23］Abelleira J，Pérez-Elvira S I，Portela JＲ，et al．Advanced thermal hydrolysis：optimization of a novel thermochemicalprocess to aid sewage sludge treatment［J］．EnvironmentalScience＆Technology，2012，46（11）：6158-6166．［24］Higgins M J，Novak J T．The effect of cations on the settling and dewatering of activated sludges：laboratory results［J］．WaterEnvironmentＲesearch，1997，69（2）：215-224．［25］Novak J T．The role of organic colloids in dewatering［J］．Drying Technology，2010，28（7）：871-876．［26］Zhen G Y，Lu X Q，Wang B Y，et al．Synergetic pretreatment of waste activated sludge by Fe（Ⅱ）-activated persulfate oxidationunder mild temperature for enhanced dewaterability［J］．Bioresource Technology，2012，124：29-36．0643。

碱_热法预处理改善污泥厌氧消化性能的试验研究

目前研究较多的污泥水解技术有：碱的预处理手段，
［ 4 ］［ 9， 10 ］
1
试验方法
以及新兴的生物酶技术
作为一种联合技术兼具热处理和化学处理的所有优可以最大限度的释放出剩余污泥内的有机质，缩点，短水解时间，因而赢得了广泛的的关注。
试验对象选取上海市东区水质净化厂浓缩污泥，试验污泥特性如表 1 所示。试验在三种不同的工况条件下进行，采用 NaOH 调节 pH。处理后的污
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Abstract： Traditional thermochemical method promoted the thermal hydrolysis treatment on sewage sludge which had been pretreated by alkaline for 24 hours． The SCOD removal rate of sludge and the biogas production of anaerobic digestion were examined to investigate the effects of alkaline － thermal hydrolysis on the digestibility of sewage sludge． Biochemical methane potential （ BMP ） experiment results showed that the SCOD removal rate of alkaline － thermal pretreatment is 1． 06 ～ 1． 31 times as high as the traditional thermochemical＇s SCOD removal rate． The biogas product of alkalinethermal pretreatment is 1． 08 ～ 1． 31 times as high as the traditional thermochemical＇s． The biodegradability of sewage sludge can be remarkable improved by alkalinethermal pretreatment，for it could reduce the residual SCOD of digested sludge and increase the production of biogas． Key words： sewage sludge； hydrolysis； anaerobic digestion； biochemical methane potential 近年来对污泥资源化应用的研究已成为全球范围的研究热点。污泥厌氧消化可以减少污泥体积，降低污泥含水率，厌氧消化过程产生的高温可以灭菌，同时产生可利用的生物质气体

如何提高剩余污泥的厌氧消化效能和脱水性能

如何提高剩余污泥的厌氧消化效能和脱水性能微波(microwave,MW)作为热处理方式之一，具有加热速度快、加热均匀、过程易于控制等优点，正逐渐被应用于污泥预处理. 近来的研究表明，微波预处理能有效破碎污泥，释放污泥EPS和微生物胞内蛋白质、多糖等溶解性有机物. 而污泥厌氧消化过程受限于复杂大分子有机物的水解，微波预处理使污泥溶解性有机物释放，理论上可以强化污泥厌氧消化性能. Eskicioglu等[1]利用CEM微波消解仪(MARS-5、 0~1250 W、 2450 MHz、 0~260℃、 0~33 bars)处理污泥，结果表明，在50~175℃范围内，单独微波预处理可以在不同程度上提高污泥厌氧消化的沼气产量，在175℃时能增加31%的沼气产量. 此外，酸、碱、 H2O2的添加，能与微波在污泥预处理中发挥协同作用，强化微波对污泥的溶胞效果[2]. 与单独微波预处理可以提高污泥厌氧消化性能相比，微波与酸、碱、 H2O2组合工艺虽能显著强化污泥溶胞效果，但对污泥厌氧消化性能的强化作用却不尽相同. Jang等[3]用CEM微波消解仪(MARS、 0~1600 W、 2450 MHz、 0~330℃，0~10 MPa)将污泥加热到135℃，并与NaOH组合(20 meq ·L-1)预处理污泥，在不同厌氧消化SRT下，每天产气量均有明显提高. Eskicioglu等[4]在利用微波(MARS-5、 0~1250 W、 2450 MHz、 0~260℃、 0~33 bars)将污泥加热到100℃，与H2O2组合强化污泥厌氧消化研究中，却发现在H2O2/TS(质量比，H2O2浓度100% V/V)=1的H2O2投加量下，预处理后单位污泥投加量的累计产甲烷量相比于对照组降低了25%，MW-H2O2预处理虽然促进了污泥非溶解性有机物的释放，污泥厌氧消化过程反而受到抑制. 针对上述H2O2投加量过多导致处理后污泥厌氧消化受抑制，Eskicioglu 建议未来研究中需进一步降低H2O2的投加量至0.5 g ·g-1 (H2O2/TS，下同)及其以下. Shahriari等[5]在研究MW-H2O2预处理强化城市有机固体废物厌氧消化时，利用CEM微波消解仪(MARS-5、 0~1200 W、 2450 MHz、 0~250℃、 0~3.45 MPa)将污泥加热到85℃，添加H2O2 0.66 g ·g-1，也发现了厌氧消化过程受到抑制的现象. 导致上述现象的发生可能是因为H2O2过量投加(>0.5 g ·g-1)，残留的H2O2抑制了厌氧消化，或者H2O2在微波加热作用下，生成·OH，发生高级氧化(advanced oxidation process,AOP)作用，生成了对厌氧消化微生物菌群有毒性抑制作用的副产物.此外，目前国内外学者在微波预处理污泥研究中，大多采用密闭微波消解仪，进行高温高压污泥预处理. 但由于密闭加压系统较为复杂，高压、高温的操作条件也存在一定的安全隐患，实际工程应用困难. 有研究者已考察了大量常温常压下微波及其组合工艺进行污泥预处理时碳、氮、磷的释放特征[6, 7, 8, 9]，并据此对不同组合工艺进行了优化. 所以，在此基础上，本研究基于常温常压下的微波预处理，考察和比较了低剂量H2O2(≤0.2 g ·g-1)投加策略[9, 10]下的MW-H2O2-碱、 MW和MW-酸这3种微波及其组合工艺对污泥厌氧消化的强化效果，并对预处理后污泥脱水性能等进行了比较和分析，以期在探求强化污泥厌氧消化的同时改善污泥脱水性能. 1 材料与方法 1.1 试验装置试验采用的微波设备为自主研制的微波反应器(JWFY-1T，定制于巨龙微波能设备公司)，频率为2450 MHz，磁控管最大输出功率和温度分别为1 kW，100℃. 反应容器为容积2 L的塑料容器，容器上部敞开，配备了搅拌桨均质和热电偶温度传感器实时监测温度. 1.2 试验方法试验所用污泥为北京小红门污水处理厂厌氧消化进泥，污泥取回后过筛(18目)除去大颗粒杂质，依据文献[6, 7, 9]优化后的微波及其组合工艺操作条件，按表 1进行污泥预处理，其中MW-H2O2-OH预处理工艺选取0.06 g ·g-1和0.2 g ·g-1两个H2O2投加剂量. 预处理后污泥的pH调节近中性(6.8~7.5)，厌氧消化产甲烷潜势(BMP)采用产甲烷活性(specific methanogenic activity,SMA)测试系统(AMPTSⅠ,bioprocess control,瑞典). 650 mL 的反应器装入厌氧污泥和基质，有效体积为400 mL. 污泥厌氧消化产甲烷潜势(BMP)测试的污泥接种比(inoculum to substrate,I/S)通常为2左右[11]，因此，本研究以未处理污泥(接种泥) ∶处理污泥(基质)=7 ∶3的体积比混合后作为试验组(保证污泥接种比接近2)，以未经处理的厌氧消化进泥为对照组，在38℃恒温水浴锅中厌氧消化30 d，对照组和试验组分别为3个平行.表 1 微波及其组合工艺污泥预处理操作条件 [2]1.3 分析方法TS、 VS、碱度按标准方法[12,13]测定; TCOD(污泥混合液总COD)、 SCOD(上清液溶解性COD)采用DR2800 HACH 分光光度计(HACH,USA)测定; 糖类、蛋白质、腐殖酸分别采用Dubois法[14]和修正Lowry 法[15]测定; 污泥经6000 r ·min-1离心10 min后上清液过0.45 μm醋酸纤维滤膜，滤液用来测定SCOD，溶解态糖类、蛋白质; 毛细吸附时间(capillary suction time,CST)采用Triton type 304M CST(triton electronics,UK)测定仪测定; 污泥粒径用Malvern Mastersizer 2000(UK)测定; 表面电荷密度采用胶体滴定法[16]测定; Zeta电位用Malvern Zetasizer 2000(UK)测定. 2 结果与讨论 2.1 有机物释放污泥经微波及其组合工艺处理前后TCOD、 SCOD、蛋白质、多糖、腐殖酸的变化情况见表 2. 由于微波促使污泥中EPS和微生物细胞破解，蛋白质、多糖等有机物得到释放，污泥溶解性COD增加. 与原污泥相比，经MW、 MW-H、 MW-H2O2-OH (0.06)、 MW-H2O2-OH (0.2)处理后，SCOD分别增加了454.12%、 328.24%、 869.41%、 1142.35%，其中MW-H2O2-OH工艺污泥溶胞效果最好，且随着H2O2投加量的增加，有机物释放量越高. 不同预处理过程，蛋白质、多糖、腐殖酸等有机物的释放情况与SCOD的结果相一致. 此外，从污泥预处理前后上清液SCOD与泥水混合液TCOD的比值变化情况可以看出，MW-H2O2-OH处理后污泥上清液SCOD相对于TCOD的释放率最高，两种H2O2投加量剂量下，SCOD/TCOD分别达到0.148、0.139，相对于原污泥提高了14倍以上，说明TCOD中一部分有机物溶解释放了. 以上结果表明，对于污泥有机物的溶解释放，微波、 H2O2、碱的组合处理效果要优于单独微波预处理，可能是三者之间存在协同作用，在已有的相关研究[17, 18]中，普遍认为H2O2在微波作用下，会分解产生·OH，从而发生高级氧化(AOP)过程. Eskicioglu等[4]明确指出，H2O2通过催化作用，会分解产生强氧化性的·OH，而可以起到催化作用的方式包括O3/H2O2、UV/H2O2、 H2O2/超声以及H2O2/加热，其研究结果表明，微波和H2O2组合能够显著提高溶解性有机物的释放量，这说明微波和H2O2组合能够发挥协同作用，因此该过程也被称为MW/H2O2-AOP. 在本研究中，利用优化后的H2O2投加策略[9]，不但实现了较高的污泥有机物释放率，同时相比于其他研究，大幅降低了H2O2的投加量.表 2 污泥微波预处理前后的主要理化特征 1)2.2 强化厌氧消化效果为便于比较，本研究将累计产甲烷量归一化为单位VS的累计产甲烷量. 从图 1可知，与对照组相比，经微波及其组合工艺处理后，污泥厌氧消化后的30d累计产甲烷量和产甲烷速率均有所提高. 按照30 d累计产甲烷量衡算，MW-H2O2-OH(0.2)的强化污泥厌氧消化效果最为显著，30 d累计产甲烷量比对照组增加了13.34%. 虽然MW-H处理后上清液溶解性COD 释放效果不佳，但30 d累计产甲烷量却高于MW处理，略低于MW-H2O2-OH(0.06). 这说明MW-H条件下，除上清液含有的溶解性有机物外，固相中存在着易于生物降解的有机物. 依据污泥厌氧消化三阶段理论，水解阶段为污泥厌氧消化的限速步骤. 经微波及其组合工艺处理后的污泥，溶解性有机物的释放，提高了污泥中有机物的水解速率. 与Eskicioglu等[4]、Shahriari等[5]的研究结果相比，本研究的低剂量(H2O2/TS=0.2 g ·g-1)H2O2投加，未对污泥厌氧消化过程产生抑制作用. 这是因为在本研究的H2O2投加策略下，H2O2的有效利用效率高，减少了残余H2O2量. Xiao等[9]分析指出，H2O2的利用效率与污泥中过氧化氢酶活性以及H2O2分解产生·OH效率密切相关. 将污泥pH调节到10，并加热到80℃，可以有效抑制污泥中的过氧化氢酶活性，避免H2O2被分解为H2O和O2，同时，在碱性条件和加热环境中，加速了H2O2转化产生·OH和O-2 ·速率，进而提高了H2O2的有效利用率. 此外，NaOH通过与微生物细胞膜发生皂化反应，改变了细胞膜的通透性和流动性，促进了微生物细胞的破解[19]. 因此，本研究结果清楚地表明，通过在MW-H2O2污泥预处理过程中改善H2O2投加策略和降低H2O2投加量，不但能提高溶解性有机物的释放效率，而且极大地降低了H2O2残留量，消除了大量残留的H2O2对厌氧消化过程微生物的抑制作用，进而很好地强化了污泥的厌氧消化产甲烷效能.图 1 污泥厌氧消化累计甲烷产量和日产甲烷速率如表 3所示，经过厌氧消化后，污泥中VS、 COD得到削减，对照组、 MW、 MW-H、MW-H2O2-OH(0.06)、 MW-H2O2-OH(0.2)试验组的污泥VS削减率分别为35.67%、 35.46%、39.03%、 36.68%、 37.26%. 尽管单因素方差分析结果表明，不同预处理条件[MW、 MW-H、MW-H2O2-OH(0.06)、 MW-H2O2-OH(0.2)]下污泥厌氧消化VS的削减率与对照组之间，不具有显著性差异(P为1.00、 0.36、 0.99、 0.86)，但通过数据对比，厌氧消化后污泥VS的削减率是略高于对照组，这同30 d累计产甲烷量的提高幅度相对应. 因此，为了更好地强化污泥厌氧消化效果，需要进一步深入研究基于微波预处理的强化污泥厌氧消化工艺.表 3 污泥厌氧消化前后有机物变化情况2.3 污泥理化特征及脱水性能污泥脱水是污泥处理处置的关键环节，直接影响到污泥后续运输及处置的难易程度，因此，本研究考察了微波及其组合工艺处理污泥厌氧消化前后的脱水性能. 经过处理后，污泥粒径分布、表面电性等理化特性发生改变，进而影响到污泥的脱水性能. 如图 2所示，经MW-H处理后，d0.5为134.74 μm，相对于原污泥(d0.5=96.64 μm)增大了39.2%. 而MW、MW-H2O2-OH(0.06)、 MW-H2O2-OH(0.2)处理后的污泥d0.5分别为107.55、 97.33、 83.61 μm. 单因素方差分析检验结果表明，经过MW、 MW-H、 MW-H2O2-OH(0.06)、 MW-H2O2-OH(0.2)预处理后的污泥粒径与原污泥的粒径具有显著性差异(P为0.021、 0.000、 0.866、 0.008)，其中MW-H处理后的污泥粒径显著增大，MW-H2O2-OH(0.2)处理后的污泥粒径显著减小. MW-H 处理后，污泥粒径的增大可能与污泥释放的蛋白质、多糖等高分子有机物的絮凝团聚有关. 污泥胞外聚合物(extracelluler polymer substances,EPS)中含有的蛋白质、多糖等高分子有机物，具有一定的絮凝能力[20]. 污泥经微波及其组合工艺处理后，虽然都释放了蛋白质、多糖等高分子有机物，但从预处理后污泥胶体颗粒表面电性(图 3)的变化情况来看，除MW-H外，其它预处理后污泥胶体颗粒表面负电性增强，而MW-H处理后，污泥胶体颗粒表面负电性反而削弱，这降低了胶体颗粒间的静电斥力，促进了释放的蛋白质、多糖等高分子有机物的絮凝团聚. MW-H条件下，污泥表面电负性的降低，可能与释放的蛋白质、多糖等有机物的等电点密切相关[21]. 此外，预处理后原污泥EPS中起桥接作用的Ca2+、 Mg2+离子也得到释放，在MW-H处理后，溶液中Ca2+、 Mg2+离子释放浓度要远远高于其它处理条件[22]. 而这些阳离子可通过架桥和电中和作用与释放的有机物(带负电荷)进行结合、凝聚，降低了胶体表面负电性. 但为何MW-H处理的Ca2+、 Mg2+离子浓度仍远高于其它处理，以及这是否是Ca2+、 Mg2+的选择性释放，仍有待深入研究.图 2 微波及其组合工艺预处理前后的污泥粒径分布图 3 微波及其组合工艺预处理后的污泥表面电性变化不同预处理方式下，污泥理化特征发生了不同变化，污泥脱水性能也由此不同. 如图 4所示，经过MW、 MW-H、 MW-H2O2-OH处理后，MW-H处理明显改善了污泥脱水性能，MW、MW-H2O2-OH都严重恶化了污泥脱水性能. 在MW-H条件下，污泥 CST只有9.85 s，远低于原污泥(51.20 s)以及单独微波(104.10 s)处理. 随着MW-H2O2-OH(0.06)处理，溶解性有机物释放量增加，负电性增强，污泥脱水性能相比MW单独处理进一步恶化. 但是与MW-H2O2-OH(0.06)相比，将H2O2投加量增加到0.2 g ·g-1，CST反而下降，脱水性能相对变好. 该现象与Abelleira等[23]的研究结果相一致，在加热-H2O2组合处理污泥时，污泥脱水性能随着加热温度(>130℃)和H2O2的投加量的提高而得到明显改善. 这可能是由于H2O2投加量的增加，强化了有机胶体粒子(organic colloidal fraction，1~100 μm[24])水解为小分子有机物，特定分子量下有机胶体粒子数量的减少导致污泥脱水性能的改善[25]. 预处理后的污泥经过厌氧消化，污泥脱水性能趋于一致，未处理、 MW处理、 MW-H处理、MW-H2O2-OH(0.06)处理、 MW-H2O2-OH(0.2)处理的污泥经厌氧消化后的CST分别为43.60、50.83、 28.57、 48.60、 45.90 s，其中MW-H处理后的污泥脱水性能仍优于其他条件. 经过MW、 MW-H2O2-OH处理后释放的不利于污泥脱水的特定有机物，如络氨酸、色氨酸类蛋白质[26]，经过厌氧消化的生物降解，污泥脱水性能又重新得到了恢复.具体参见污水宝商城资料或更多相关技术文档。

几种剩余活性污泥厌氧消化预处理技术介绍

几种剩余活性污泥厌氧消化预处理技术介绍摘要：剩余活性污泥由于自身特殊性质，较难被生物降解，制约了其厌氧消化效果。

通过对污泥进行生物预处理，热水解法，超声波法，臭氧法和碱水解等预处理，可以有效强化其厌氧1消化过程，提高产气量。

本文介绍了上述预处理技术的基本原理和特点。

关键词：剩余活性污泥厌氧消化预处理1引言在剩余污泥的固定化方法中，厌氧消化是目前最为热门的技术手段，有着成本低，能耗低，操作条件温和，固定化效果更好等诸多优点。

而污泥的预处理则是通过改变污泥的物理或化学性质，来提高厌氧消化效果的技术手段。

目前，活性污泥主要的预处理方法有生物预处理，热水解法，超声波处理，碱水解法等。

这些方法均可以有效地裂解剩余活性污泥的细胞壁，使污泥絮体中有机物由固相溶出至液相，加速剩余污泥水解。

2 几种预处理技术介绍2.1 生物预处理生物预处理是剩余活性污泥在进行厌氧消化前的一个附加步骤，其目的在于加强剩余活性污泥的水解过程。

最常见的生物预处理形式是温度相厌氧消化（TPAD），即在嗜热温度（~55℃）或高嗜热温度（60℃~70℃）条件下，对剩余活性污泥进行厌氧或好氧处理。

嗜热处理过程特别是嗜热菌的水解活性已经被人们进行了广泛的研究，主要集中在55℃嗜热处理[2]。

在该条件下，水解活性的提高可使污泥中的有机质加速降解。

Ge et al. [3] 对嗜热预处理和中温预处理进行了对比实验，结果表明：在水力停留时间（HRT）为2天时，经过嗜热处理的污泥，在后续的中温厌氧消化过程中（HRT为13-14天），其产甲烷量和污泥减量，相对于中温预处理均提高了25%。

由于活性污泥中存在只能在好氧条件下分解的有机物，好氧生物预处理技术就成为了要给合适的选择。

Shiota et al. [4] 对剩余活性市政污泥进行好氧高嗜热预处理（65℃，HRT 为2.8天），使污泥中的有机质降解了75%。

Hasegawa et al. [5] 等人对活性污泥采用好氧高嗜热预处理（60-70℃，HRT为1天），使得其在后续的厌氧消化中沼气产量提高了50%。

微波作用下剩余污泥破解实验研究

第一章绪论1.1污泥的挑战目前世界上80％[1]以上的污水处理厂应用的是活性污泥法处理污水，它最大的弊端就是处理污水的同时产生惊人的大量剩余污泥。

污泥中的固体有的是截留下来的悬浮物质，有的是由生物处理系统排出的生物污泥，有的则是因投加药剂而形成的化学泥，污水处理厂产生的污泥量约为处理水体积的0.15 % —1 %左右。

污泥的处理和处置，就是要通过适当的技术措施，使污泥得到再利用或以某种不损害环境的形式重新返回到自然环境中。

这些污泥一般富含有机物、病菌等，若不加处理随意堆放，将对周围环境产生新的污染。

对这些污泥处理方法主要有：农用、填海、焚烧、埋地。

但这些方法都无一例外地存在弊端。

如污泥中重金属的含量通常超过农用污泥重金属最高限量的规定。

此外，污泥中还含有病原体、寄生虫卵等，如农业利用不当，将对人类的健康造成严重的危害。

填埋处置容易对地下水造成污染，同时大量占用土地。

焚烧处置虽可使污泥体积大幅减小，且可灭菌，但焚烧设备的投资和运行费用都比较大。

投放远洋虽可在短期内避免海岸线及近海受到污染，但其长期危害可能非常严重，因此，已被界上大多数国家所禁用。

1.1.1我国污泥处理处置的背景与问题据估算，目前我国城市污水处理厂每年排放的污泥量（干重）大约为130万吨，而且年增长率大于10%，特别是在我国城市化水平较高的几个城市与地区，污泥出路问题已经十分突出。

如果城市污水全部得到处理，则将产生污泥量（干重）为840万吨，占我国总固体废弃物的3.2％。

目前，我国污泥处理处置主要方法中，污泥农用约占44.8%、陆地填埋约占31%、其它处置约10.5%、没有处置约13.7%，这些所谓的“处理”和“处置”基本上都是在特定的条件下估算的，严格来说以上数字将会有很大变化。

据统计，我国用于污泥处理处置的投资约占污水处理厂总投资的20～50%，可以看出，污泥处理处置处于严重滞后状态。

污泥处理处置问题已经在大城市中显现出来。

早期的污水处理厂，由于没有严格的污泥排放监管，普遍将污水和污泥处理单元剥离开来，为了追求简单的污水处理率，尽可能地简化、甚至忽略了污泥处理处置单元；有的还为了节省运行费用将已建成的污泥处理设施长期闲置，甚至将未做任何处理的湿污泥随意外运、简单填埋或堆放，致使许多大城市出现了污泥围城的现象并已开始向中小城市蔓延，给生态环境带来了极不安全的隐患。

碱性条件下微波-活性炭纤维诱导破解污泥的研究

’ ’ —～
一
取１５ｍＬ污泥加入到容积７０ｍｌ的聚四氟乙烯消解罐中，向污泥中投加一定量的０．５ｍｏｌ／Ｌ的ＮａＯＨ溶液。然后在加入活性炭纤维，每克悬浮固体（ＳＳ）投加的活性炭纤维量为０．２～１．４ｇ，将消解罐盖拧紧密闭。把装有样品的消解罐放人微波炉中，排列均匀。因为过高的微波辐照功率和过长的微波辐照时间会使反应太剧烈，所以选择微波辐照时间６Ｏ一
０．６
０．８
ｌ１．２源自１．４活性炭纤维投加量ｇ／ｇＳＳ
圈１活性炭纤维投加量对污泥分解率的影响
２．２污泥浓度对污泥分解效果的影响图２中显示，固定ＮａＯＨ及活性炭纤维的投配比不变，随着污泥浓度的增大，污泥破解率逐渐下降。未投加活性炭纤维的微波一碱体系，污泥浓度增
１２０ｓ和微波功率不超过８００Ｗ。反应完成后冷却取样进行分析。
１．３分析项目与方法
大时，污泥分解率由ＳＳ为３．２ｇ／Ｌ时的３３９，６下降到
ＳＳ为ｌＯｇ／Ｌ时的１７．５；投加活性炭纤维的微波一
２０１３年第６期
内蒙古石油化工
５
碱性条件下微波一活性炭纤维诱导破解污泥的研究

微波辅助污泥厌氧消化技术的研究

微波辅助污泥厌氧消化技术的研究随着城市化的加速和生活水平的提高，生活污水的排放量越来越大，给环境带来了严重的污染。

处理生活污水中的污泥是其中的一项重要任务，其主要由微生物将有机物转化为沼气和有机肥料。

然而，传统的污泥处理方法存在着低效率、占地面积大、产生剩余污泥难以处理等问题。

为解决这些问题，科学家们提出了微波辅助污泥厌氧消化技术。

一、微波辅助污泥厌氧消化技术的原理微波辅助污泥厌氧消化技术是在普通的污泥处理过程中加入微波辅助设备来加速污泥降解和厌氧消化的过程。

其原理可以简单概括为：微波能够引起污泥中有机物分子的运动和振动，从而加快其降解速度；同时，微波也能激活污泥中厌氧菌的代谢活性，提高其催化效率，加速有机物的降解和厌氧消化过程。

二、微波辅助污泥厌氧消化技术的优点相对于传统的污泥处理方法，微波辅助污泥厌氧消化技术具有以下优点：1. 改善污泥的降解速度微波辅助可以加速污泥中的有机物分子的运动和振动，使其更容易被厌氧菌所利用，从而大大提高了污泥的降解速度。

2. 提高污泥消化效率微波辅助技术可以激活污泥中厌氧菌的代谢活性，使其更容易分解污泥中的有机物，从而提高厌氧菌的催化效率，增加污泥的消化效率。

同时，微波还可以破坏污泥中的细菌细胞，释放其内部蛋白质和营养物质，供厌氧菌更好地利用。

3. 降低污泥产量微波辅助技术可以促进污泥中的颗粒便于消化，从而减少了剩余污泥的产生。

4. 减小设备占地面积由于微波辅助技术可以在普通的污泥处理设备中加入微波辅助设备，因此其占地面积相对较小，可以节省设备占用的空间。

5. 减少气体排放微波辅助技术可以加速有机物的降解和消化过程，因此大大减少了沼气的排放，减少了环境污染。

三、微波辅助污泥厌氧消化技术的应用前景微波辅助污泥厌氧消化技术具有建设节约型、资源型社会的战略意义，有广泛的应用前景。

当前，随着环保意识的逐渐提高，微波辅助污泥厌氧消化技术已经开始逐步推广。

未来，这项技术将会成为污泥处理工程的重要技术之一，助力中国向节能减排的社会方向转型，实现经济发展和环境保护的协调统一。

微波-碱液淘洗剩余污泥的COD溶出释放特性

638. 31 mgCOD / gTVS; 8 min 后, DD COD 及单位污泥
COD 溶出量趋于平缓, 最大的溶出率仅为 23. 74% 。
综上,说明微波时间对污泥絮体和微生物细胞壁破坏
程度存在一定的界限,微波时间过长,COD 溶解量及
溶解率无明显增加。
1. 2. 4 正交实验
污泥中挥发性固体( 以 gVSS 计) 的碳( 以 COD 计) 溶
1. 2. 1 微波时间的影响
取 200 mL 含固率为 6% 的剩余污泥于 6 个微波
加热器中,微波功率为 800 W,6 个反应器的加热时
间分别为 0, 4, 6, 8, 10, 12 min, 加热结束后在 20 ~
剩余污泥 , 在微波功率为 800 W 、加热时间为
10 min 的情况下加热 ,加热结束后在 20 ~ 40 r / min
条件下自然冷却 ,静置 1 h 后取 1 / 2 深处上清液测
定 COD 。
中总 COD 含量;SCOD 为溶解 COD 含量。
dissolution rate in high solids sludge treated by microwave.
Keywords: sludge carbon recycling; microwave heat treatment; lye washing; COD dissolution rate; COD dissolution per unit
of sludge
0 引言
特点成为了当前研究的热点。目前,国内外多探究微

微波-碱热水解剩余污泥的破解研究

微波-碱热水解剩余污泥的破解研究马妮娜;孙德栋;郭思晓;杜艳;马春;郝军;张新欣;薛芒【期刊名称】《大连工业大学学报》【年(卷),期】2011(030)005【摘要】研究了在密闭体系下,采用微波辐照与碱联合处理剩余污泥过程中污泥性质的变化.实验表明,密闭条件下微波辐照与碱联合处理可以加剧污泥的破解,使污泥中的物质释放到液相中.在微波辐照功率为800 W、辐照时间为110 s、每克悬浮固体(SS) NaOH投加量为0.14g时,SS去除率达到46％；处理后污泥中溶解性有机物浓度明显增加,SCOD增至2 487 mg/L,比单独微波处理的190 mg/L增加了约12倍.污泥破解后,污泥溶液中的TP、TN质量浓度明显增加,分别增加了1.45倍和1.7倍.污泥中的蛋白质、多糖等成分释放到溶液中,与单独微波相比,蛋白质和多糖的浓度分别增加了7.9倍和0.89倍.污泥破解后,释放出的脂肪酸与污泥中的碱反应,使污泥溶液的pH由10.5降至9.1.【总页数】4页(P375-378)【作者】马妮娜;孙德栋;郭思晓;杜艳;马春;郝军;张新欣;薛芒【作者单位】大连工业大学化工与材料学院,辽宁大连116034;大连工业大学化工与材料学院,辽宁大连116034;大连工业大学化工与材料学院,辽宁大连116034;大连工业大学化工与材料学院,辽宁大连116034;大连工业大学化工与材料学院,辽宁大连116034;大连工业大学化工与材料学院,辽宁大连116034;大连工业大学化工与材料学院,辽宁大连116034;大连工业大学化工与材料学院,辽宁大连116034【正文语种】中文【中图分类】X703.1【相关文献】1.超声联合热碱技术促进剩余污泥破解的参数优化 [J], 徐慧敏;秦卫华;何国富;戴晓虎2.热碱解-水解预处理剩余污泥的效果研究 [J], 李哲;林嘉薇;胡勇有3.酸碱、热及碱热联合预处理对剩余污泥水解性能的影响 [J], 陈刚;陈思远;高彩琪;李晓莹;董姗燕;刘祖文4.连续流剩余污泥的先酸后碱调节对污泥水解特性的影响研究 [J], 苑宏英;杨召峰;李琦;王宏斌5.连续流剩余污泥的先酸后碱调节对污泥水解特性的影响研究 [J], 苑宏英;杨召峰;李琦;王宏斌因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。