城市污水處理廠污泥厭氧消化處理技術的研究進展

周劍峰+張韜+潘磊+黃正漢+陳培勇

摘 要：住建部和發改委在2011年頒布了《城鎮污水處理廠污泥處理處置技術指南（試行）》，明確指出污泥厭氧消化為污泥土地利用提供較好基礎，而《“十二五”期間污泥處置建議》指出大中型廠宜優先選用厭氧消化污泥處理工藝。然而受到安全要求高、運營不經濟、資金投入大等多種因素影響，污泥厭氧消化處理技術在我國城市污水處理廠的應用并不十分廣泛，本文將從影響因素、速率問題及優化方法多個角度入手，就城市污水處理廠污泥厭氧消化處理技術的研究進展進行研究。

關鍵詞：城市污水處理廠；污泥厭氧消化；研究進展

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）10-0001-01

1 污泥厭氧消化處理技術的影響因素

首先，溫度的影響。污泥厭氧消化通常選擇中溫厭氧消化（33～37℃）和高溫厭氧消化（50～55℃）。有研究者模擬研究由于加熱失敗導致溫度由55℃突降到20℃，在20℃持續1h、5h、12h、24h對高溫厭氧消化處理城市生活污水的影響，結果顯示溫度突降后，產氣量基本為0，VFA累積以及pH降低。

其次，pH值。產甲烷菌的生長代謝和繁殖對pH值的波動十分敏感，即使在其生長pH范圍內的突然波動也會引起細菌活力的明顯下降，其它菌種對pH值波動的抵抗力稍好。不利pH條件下污泥中的有機物轉化為脂肪酸等，導致系統內有機酸的大量積，進而產甲烷菌受到進一步的抑制甚至完全失活。

再次，攪拌。攪拌可以使消化罐內污泥濃度、pH值、微生物等保持均勻，避免消化罐內部分物質累積，表層污泥結殼等。

最后，毒性抑制物質。許多物質可以對污泥厭氧消化過程產生毒性抑制作用，包括氨氮、重金屬、硫化物、有機酸等。有研究表明，對于高含固率污泥厭氧消化（反應器內污泥濃度為3～4%），氨氮濃度為1670～3720mg/L時，可以使產甲烷活性降低10%；當氨氮濃度為4090～5550mg/L，產甲烷活性降低50%；當氨氮濃度超過5880mg/L時，產甲烷過程被完全抑制。

2 污泥厭氧消化處理技術的速率問題

污泥的厭氧消化可分為三個階段：水解發酵、酸性發酵和甲烷發酵，其中后兩個階段進行的較快，而水解過程進行十分緩慢，導致污泥厭氧消化較長的停留時間（SRT）和較大的消化池占地面積。剩余污泥中的大多數有機質存在于微生物細胞內，微生物的細胞壁是一個穩定的半剛性結構，起著保護細胞的作用。只有打破細胞壁結構將胞內有機質釋放出來，厭氧菌才能利用這些基質進行厭氧消化。因此當污泥作為消化基質投入厭氧反應器時，水解過程必然成為整個污泥厭氧消化過程的限速步驟。

此外，污泥絮體是由有機纖維、菌膠團、無機顆粒、絲狀菌和二價陽離子等組成，并由胞外聚合物聯結在一起。胞外聚合物包裹在微生物菌體細胞外，厭氧消化過程中胞外聚合物的存在會在一定程度上降低厭消化液中的酶與微生物細胞接觸的幾率，阻礙細菌菌體破解的進程，從而使厭氧消化速率減慢。

3 污泥厭氧消化處理技術的優化方法

第一，熱預處理法。例如國外有研究者將污泥分兩步熱水解，首先在70℃條件下水解2天，然后調節預處理溫度在55℃條件下水解13天，結果有機懸浮固體去除率提高了12%，生化產甲烷潛力提高了48%，厭氧發酵甲烷產率提高了115%，污泥中病原菌的滅火率也有所提高，同時熱預處理等過程中所需要的能量投入完全可以由熱預處理增加的甲烷產出量補給。

第二，超聲波預處理。例如有研究者通過低強度的超聲波處理來研究對污泥性質的影響，主要研究聲能密度、處理時間和聲強對厭氧消化的影響情況，結果表明，低強度超聲波處理能強化污泥厭氧消化效果，促進水解蛋白質、纖維素、脂肪的提高，有利于增強產沼氣效果。

第三，微波預處理。微波預處理主要是利用微波的加熱效應，加熱污泥中的水和有機物等吸收微波能的物質，從而達到破解污泥絮體和微生物細胞的作用，提高污泥的水解效率。國外研究者通過中試連續運行試驗，考察了微波預處理對污泥厭氧消化的強化效果，結果表明，經過80℃微波加熱，大量溶解性COD得到釋放，同時產甲烷量提升近50%。

第四，酶預處理。國外有研究者于35℃下向污泥中投加四種酶水解4h，結果顯示，投加脂肪酶和蛋白酶后，生物氣產量都有所增大，且這一表現與酶的形態無關。酶投加量為60mg/gTS時最佳，其污泥減量率比未加酶處理的空白對照高出60%，有利于固液分離，進而提高液相的消化速率。

第五，堿預處理。常溫條件下向污泥中投加少量的堿就可明顯提高污泥的溶解程度，有研究者采用堿預處理調節污泥pH值到10，然后維持數天后再進行厭氧發酵，結果消化過程產氣量明顯增大，而且污泥停留時間也比對照組縮短。

4 結語

隨著能源價格的不斷上漲和資源回收需求的不斷增加，加之高速厭氧反應器的不斷發展，厭氧消化技術因其污泥減量化、無害化、資源化以及穩定化的特點，已受到前所未有的關注和研究。

參考文獻

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