基于CaO2与丝状真菌的化学和生物调理改善污泥脱水性能的比较研究

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污水生物处理过程中会产生大量的剩余污泥,剩余污泥在进行最终处置前需要进行脱水处理,一方面,污泥体积大大减小,便于储存和运输。另一方面,利于后续的焚烧、填埋和土地利用等处置环节。为了改善污泥的脱水性能,提高污泥的脱水效率,在脱水前通常会在污泥中加入调理剂。但是,目前常用的化学调理剂,容易产生二次污染,存在一定的生态危害。因此,开发环境友好的新型污泥调理剂已经成为污泥脱水行业的迫切需求。本文分别对过氧化钙(CaO2)和丝状真菌调理这两种环境友好的污泥调理方法进行了研究,主要研究内容和结果如下:(1)CaO2调理改善污泥脱水性能及其机理研究在污泥中添加CaO2进行调理能够有效降低污泥的比阻(SRF),单因素实验表明,当CaO2添加量为20 mg/g DS时,调理后污泥SRF比未调理污泥降低了37.9%,污泥脱水性能得到提升。CaO2调理改善污泥脱水性能的机理主要包括两个方面:一方面,CaO2通过氧化作用使污泥裂解,污泥中的束缚水被有效释放。另一方面,CaO2溶解产生的钙离子能够对污泥起到一定的絮凝作用,并且还能提高污泥Zeta电位,降低污泥间的排斥力。单因素实验和响应面优化实验表明,调理温度、调理时间和CaO2添加量这三个因素对污泥SRF都有显著影响。板框压滤实验结果显示,经过CaO2调理的污泥脱水速率和脱水泥饼含水率分别为1.67 L/min和75.4%,脱水泥饼含水率比未调理污泥降低了4.9%。(2)丝状真菌发酵的条件优化与中试生产与摇瓶发酵相比,利用通风发酵罐进行丝状真菌Talaromyces flavus S1的发酵可以大大缩短发酵周期,在第2天时生物量便达到最高,为12.80 g/L。丝状真菌发酵过程中主要以多糖为有机底物,消耗了大量的N、P元素,并且释放了大量的溶解性蛋白质。丝状真菌成球的最佳搅拌转速为120 rpm,在此条件下得到的菌丝球平均直径为4.4 mm,当转速过高或过低时,丝状真菌均无法形成菌丝球。以生物量作为评价指标,丝状真菌的最优发酵条件为:外加碳源浓度20 g/L,外加氮源浓度0,通风量1.2 vvm,各因素对生物量影响的主次顺序为:通风量>碳源浓度>氮源浓度。在最优条件下进行丝状真菌的中试生产,发酵后得到的丝状真菌生物量为12.97 g/L,与小试研究的产量相近,表明扩大发酵的效果稳定、可靠。(3)热-CaO2预处理促进污泥发酵产酸和改善污泥脱水性能的研究热-CaO2预处理污泥经厌氧发酵后挥发性脂肪酸(VFAs)产量达到7.91 g/L,发酵后的污泥经板框压滤脱水后,泥饼含水率仅为63.4%,污泥在获得高的VFAs产量的同时也表现出了良好的脱水性能。经济分析显示,热-CaO2预处理污泥厌氧发酵的净利润为245.29元/吨脱水污泥,表明该技术具有良好的应用前景。(4)丝状真菌调理改善污泥脱水性能的中试研究与未调理污泥相比,经过丝状真菌调理的污泥在经过板框压滤脱水后,脱水泥饼含水率降低了14.6%,压滤得到的滤液体积增加了25.0%,表明提高丝状真菌调理可以有效改善污泥的脱水性能。丝状真菌与木屑在改善污泥脱水性能上表现出了良好的协同作用,利用丝状真菌与木屑复合调理,经板框压滤机压滤脱水后能够使污泥泥饼含水率进一步降低至63.7%。废弃黑曲霉调理同样能有效改善污泥的脱水性能,经济分析表明,利用发酵获取的丝状真菌Talaromyces flavus S1调理促进污泥脱水的成本为185.2元/吨湿污泥,而利用废弃黑曲霉调理的成本仅为1.7元/吨湿污泥,低于传统化学调理剂聚丙烯酰胺(PAM)和聚合氯化铝(PAC)的成本,该技术显示出了良好的应用前景。
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