城市污水处理系统中好氧颗粒污泥的消化率外文翻译资料

 2022-08-10 16:27:26

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城市污水处理系统中好氧颗粒污泥的消化率

Hongxiao Guo,Jules B. van Lier,Merle de Kreuk. Digestibility of waste aerobic granular sludge from a full-scale municipal wastewater treatment system[J]. Water Research,2020,173.

摘要：商标为Neredareg;的全规模好氧颗粒污泥技术已应用于市政和工业废水处理。根据反应器运行程序的不同，可以将废弃好氧颗粒污泥分为两类：1)好氧颗粒污泥选择排放(AGS-SD)；2)好氧颗粒污泥混合物(AGS-RTC)。系统比较了AGS-SD和AGS-RTC在中温条件下的厌氧生物降解性。将结果与城市污水处理厂的废旧活性污泥(WAS)和一级污泥(PS)的厌氧转化进行了进一步的比较。分析表明，AGS-SD和PS的化学特性相似，都具有较高的碳水化合物含量(分别为429plusmn;21和464plusmn;15 mg葡萄糖/g污泥)，主要是纤维素纤维。同时，AGS-RTC的化学性质与IS相近，蛋白质含量相对较高，分别为498plusmn;14和389plusmn;15 mg/g污泥。AGS-SD具有较高的生化甲烷势(BMP)(296plusmn;15mLCH4/gvs底物)，与PS相似，但显著高于AGS-RTC和IS。AGS-RTC的BMP(194plusmn;10mLCH4/gvs底物)显著低于IS(232plusmn;11mLCH4/gvs底物)。机械破坏AGS-RTC的致密结构只加快了甲烷的产生速率，但对BMP值没有显着影响。结果表明，与IS相比，AGS-RTC中的蛋白质和碳水化合物均具有更强的抗厌氧降解能力，这可能与AGS-RTC中存在难降解的微生物代谢产物有关。

关键词：生化甲烷势；大规模Neredareg;城市污水处理厂；废弃好氧颗粒污泥

好氧颗粒污泥选择排放；理化特性

1.介绍

传统活性污泥法污水处理系统(CAS)几十年来被广泛应用于多种废水的处理。然而，在这一过程中会产生大量的废污泥，即初级污泥(PS)和废弃活性污泥(WAS)，这被认为是有问题的，因为其环境风险和高昂的处理和处置成本(Appels等人，2008年)。一种相对较新的废水生物处理方法是好氧颗粒污泥(AGS)或Neredareg;技术，自2005年开始全面应用(Giesen等人，2013年)。目前，全球有70多个NEREDAreg;污水处理厂在运营或在建(https://www.royalhaskoningdhv.com/nereda).。它的主要优势，即较小的工艺占地面积、更快的污泥沉降速度和更低的能源需求，导致市场迅速接受从有前途的创新到能够与成熟的传统污水处理技术竞争的成熟技术(de Kreuk等人，2007年；Pronk等人，2015年)。生物量产量，用产生的污泥质量超过消耗的有机物(COD或BOD)的质量表示，在相同的条件下，好氧颗粒污泥和活性污泥(AS)似乎是相似的(Nancharaiah和Reddy，2018年)。由于颗粒污泥工艺通常在较长的固体停留时间(SRT)下运行，从这个意义上讲，该工艺的污泥产量将低于CAS工艺。然而，AGS装置的污泥尚未单独处理。随着NEREDAreg;装置数量和规模的增加，需要制定有效管理AGS系统(WAGS)产生的废泥的策略。

厌氧消化(AD)已被广泛应用于PS的处理，其目的是以沼气的形式减少有机物和回收能量。类似地，AD是WAGS治疗的一个潜在选择。然而，据我们所知，对WAGS的厌氧消化研究有限(Bengtsson等人，2018年)。在间歇式和连续式AD系统中研究了含有大颗粒(大于1.6 mm)的WAGS的厌氧生物降解性(Bernat等人，2017年；del Rio等人，2011年；del Rio等人，2014年；Palmeiro-Sanchez等人，2013年)。大多数研究仅报道了WAGS的生物化学甲烷势(BMP)(mL CH4/g与WAGS底物相比)，而缺乏关于其关键有机组分的水解速率系数或降解效率的信息。因此，将WAGS的生物降解动力学与更好地理解的WAS降解进行直接比较尚不可能。此外，WAGS的BMP结果在不同的研究之间经常不一致，这可以归因于在控制良好的实验室或中试规模系统中用于培养这些颗粒的高度生物降解性的(通常是合成的或工业的)进水。AGS系统的操作条件及其喂养特性显著影响WAGS的理化和形态特性，从而可能影响其在AD中的降解行为(Bernat等人，2017年；De Kreuk等人，2010年)。

到目前为止，基于Nederareg;颗粒污泥技术主要应用于城市污水处理(https://www.royalhaskoningdhv.com/nereda).。城市污水通常比工业废水的化学需氧量(COD)浓度低得多，基质更复杂，悬浮物浓度高于实验室实验中使用的合成进水(Moy等人，2002年)。因此，规模化AGS系统处理城市污水产生的WAGS的实际厌氧生物降解性备受关注。WAGS可分为两类：(1)每周期去除的污泥，我们称之为好氧颗粒污泥选择性排放，或选择性溢流(AGS-SD)。这是比好氧颗粒污泥沉降速度低的絮凝性较强的污泥。通过去除这些污泥，生物选择压力被施加到更快沉降颗粒上。由于每一周期都要去除，这种废弃好氧颗粒污泥的停留时间比颗粒污泥短(Ali等人，2019年)；(2)源于生物量生长并为避免反应器中生物量浓度过高而去除的过剩颗粒污泥，即所谓的AGS固体停留时间控制(AGS-RTC)。

因此，本研究系统评价了(1)AGS-SD和AGS-RTC的特性和厌氧生物降解性，以及(2)这两种组分与PS和WAS的理化性质和生物降解性的差异。在中温条件下进行BMP试验，比较各种污泥中固体降解率、甲烷产率、水解速率系数以及碳水化合物、蛋白质、脂肪和木质纤维素的生物降解性。这些结果有助于更好地理解WAGS在AD中的生物降解，并有助于设计和有效操作AD系统以实现WAGS处理的全面实施。

2.材料及方法

2.1。底物和接种物

AGS-SD和AGS-RTC收集自一个全规模的城市污水供水Neredareg;系统(荷兰Garmerwolde)，该系统的处理能力为91，583人口当量(P.E.)。在对两种类型的污泥进行取样时，NEREDAreg;反应器的运行工艺周期约为6小时；曝气4小时，沉降1小时，厌氧进水/同时排出污水1小时，剩余污泥排放15分钟。剩余污泥储存在污泥缓冲池中，然后运往现场污泥处理设施。AGS-RTC在充分混合条件下曝气阶段结束时退出，而AGS-SD则从污泥缓冲池中收集。污水处理厂(WWTP)的Garmerwolde有6 mm的筛网，然后去除砂粒，之后将进水在混合进水缓冲器中储存3.4h。没有主沉淀器(Pronk等人，2015年)，缓冲池的进水直接进入Neredareg;池。分别从完全曝气和混合条件下的强化生物除磷(EBPR)活性污泥池和荷兰Den Hoorn的WWTP Harnaschpoder厌氧污泥消化池中采集了细菌和厌氧接种物。后者的污水处理厂设计处理能力为130万立方米，并配备6毫米筛网，除砂和除砂，然后是一次澄清池。(工业和信息化部电子科学技术情报研究所陈皓)。从该初级澄清池采集初级污泥(PS)。接种物特性为pH8.1plusmn;0.4，总固形物(TS)3.3plusmn;0.09wt%，挥发性固形物(VS)2.32plusmn;0.03wt%。所有类型的污泥都在4°C下储存最长24小时，以防止酸化。以美国Sigma Aldrich公司生产的微晶粉纤维素为模型底物，进行BMP检测的阳性对照。两个污水处理厂的废水特性和运行参数见表1。

表1荷兰Garmerwolde和Den Hoorn的好氧颗粒污泥厂和常规活性污泥厂的平均进水特性和运行参数。

参数

Neredareg;装置
Garmerwolde a

活性污泥装置
Harnaschpolder b

工艺参数

AGS装置

AS装置

进水 mg/L

出水 mg/L

负荷 kg/kg TSS/d

进水 mg/L

出水 mg/L

负荷 kg/kg TSS/d

单位

单位

TSS

247

8.9

0.09

279

2.4

0.07

水力停留时间

d

0.7

2.5

BOD5

232

9.3

0.08

275

3.5

0.07

固体停留时间

d

28c

24

COD

528

57

0.20

599

35

0.16

MLSS

g/L

8

3.5

TN

53

7.4

0.02

58

2.8

0.02

容积负荷

m3/m3/d

1.5

0.4

TP

7.2

0.7

0.003

7.7

0.6

0.002

污泥产量

kg/kg CODinfluent

0.23

0.25

a、 数据来自荷兰加默沃尔德污水处理厂。

b、 数据来自荷兰哈纳施波尔德污水处理厂。

c、 这是一个平均SRT。WAGS部分的SRT可低至4天，而最大颗粒由于其沉降能力可维持150天以上（Ali等人，2019）。

2.2. 厌氧间歇BMP试验

采用瑞典Bioprocess Control公司的自动甲烷潜力测试系统(AMPTS)，用500mL血清瓶进行了四份污泥的厌氧批处理BMP试验。其中一个血清瓶被用来进行挥发性脂肪酸(VFA)浓度测定。磷缓冲液、常量营养素和微量元素的配方和剂量均按张等人的方法确定。(2014年)。接种剂和底物的混合体积为300mL。在分批培养瓶中，接种剂与基质的VS(G)之比为2。通过离心(3500times;g离心5min)控制不同类型污泥的VS浓度。为了解释污泥的形态是否影响可生物降解性，用家用搅拌器(HR2052/90，飞利浦，荷兰)在10000转/分和450W的条件下粉碎污泥5min，破坏了AGS-RTC和IS的结构。

2.3. 生化甲烷势试验模拟

水解速率系数(K)和生化甲烷势(B0)，这两个与污泥产生甲烷有关的关键参数(Gonzalez等人，2018年)被用来评估和比较不同类型污泥之间的甲烷产生动力学和BMP值。为了分析数据，Rao等人开发了一个由快速生物降解底物和缓慢生物降解底物组成的双底物模型(2 0 0 0年)：

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