剩余污泥與秸稈發酵產酸研究進展

林小麗

（武漢理工大學 資源與環境工程學院，湖北 430070）

1 剩余污泥厭氧發酵產酸的研究進展

1.1 pH對污泥厭氧發酵的影響

pH對厭氧發酵產酸的影響主要體現在：微生物的胞內酶、生物體細胞膜的選擇透過性和對特定物質的毒性。不同的微生物對不同的pH的適應性不一，對不同的pH的敏感性也不同。比如水解菌適合在pH為3至10的條件下生存；而在pH為6.5至7.5范圍內，產酸菌的活性較強。黃曉峰[3]等人研究了在序批條件下，不同pH對污泥厭氧發酵產酸的影響，發現pH=4.5的總酸產量最高，可達21g/l。DAHIYA S等人[4]將調節反應器內pH分別為5至11，研究了污泥在序批運行方式下VFA的生產情況，發現pH=10的實驗組VFA總產量最高，可達6.5g/l。而JIE W等人[5]在序批式運行條件下，調節反應器的pH為5至12，探究pH對污泥發酵產酸的影響，結果發現pH對微生物，VFA的產量與組成和菌群結構均有影響。pH為10.0是VFas積累的最佳值。

1.2 溫度對污泥厭氧發酵的影響

相比低溫發酵，在高溫條件下發酵，產生的乙酸占總酸的比例會更高。Song等人[6]研究發現，污泥的水解效率隨著溫度的提高而提高。相比于中溫發酵，高溫發酵的水解率提高了7%左右，SCOD的產量也提高了近一倍。CHEN H等人[7]研究表明，污泥分別在35°C、42°C和55°C條件下發酵6天，隨著溫度的升高，VFA的產量增加，而55℃的VFA產量可達600mg/l。實驗發現，溫度不僅影響了污泥溶解和沼氣生成，還影響了微生物群落多樣性。郝久曉等人[8]研究通過對比污泥分別在中溫（35℃） 和高溫（55℃） 下發酵發現，VFA產量可達6g/l，是中溫發酵的10倍。

1.3 添加劑對污泥厭氧發酵的影響

通過在污泥發酵產酸的過程中人為添加對污泥發酵產酸有利的物質，可以改善污泥水解的效，從而提高產酸量。李秀艷等人[9]研究表明，不同添加劑對污泥發酵過程中污泥有機質的釋放，水解效率及微生物種群有不同的影響。發現CaO2在發酵過程中促進了污泥的崩解，提高了VFas的產率。當添加量為0.1g/g時，最高VFA產率為455.8mg/g，比對照提高了44.7%。而王冬波等人[10]通過研究不同濃度CaO2對污泥產VFA的影響，發現當CaO2濃度從0.05 g/g增加到0.25g/g時，最大產氫量從0.77 ml/g提高到10.5 5ml/g；而隨著CaO2的濃度增大，VFA的產量也增大，最大可達22.1%。除此之外，近年來對表面活性劑偷價值污泥促進其發酵產酸的研究也很多，比如黃小芬等人[11]研究發現，生物表面活性劑能顯著增加污泥厭氧發酵過程中VFA的積累。低劑量的生物表面活性劑可將VFA的產量可提高4倍。HE Z-W等人[12]在污泥中添加劑量分別為0、14、28、56、84和140 mg/g高鐵酸鉀，發現高鐵酸鉀用量為56 mg/g，運行時間為5d時，SCFAs的產生得到提高，最高產量為343 mg/g，并縮短了發酵時間。

2 剩余污泥與秸稈發酵產酸研究

2.1 剩余污泥預處理產酸技術的發展

經預處理后污泥的生物固體總量降低，含水率降低，穩定性提高，從而為后續的發酵產酸創造更好的條件。近年來，預處理由于其處理成本低，效果良好且穩定，可以得到其他副產品等優點，得到了更加廣泛的使用。常用的預處理方法有物理法，化學法等。

2.1.1 物理法

2.1.1.1 超聲法

超聲波是一種成熟的污泥解離機械技術。低頻超聲在20世紀60年代首次用于實驗室污泥裂解研究。據報道，超聲波有效地改善了污泥的厭氧消化。例如，馮等人研究了超聲波對污泥理化特性的影響，確定了1000 kJ/kg ts的Se是改善污泥沉降性的最佳能量。為了降低能源消耗。

2.1.1.2 微波輻射預處理

微波輻射對污泥細胞的破壞主要表現在兩方面：

1)在振蕩電磁場作用下，偶極子旋轉產生的熱效應，將細胞內的液體加熱到沸點，使細菌細胞破裂；

2)極性分子的偶極子方向變化引起的非熱效應，從而提高氫鍵斷裂與復雜生物分子的展開與變性的可能性。EBENEZER A V等人研究發現，在14000 kJ/kgTS的微波條件下對污泥進行預處理，在序批條件下，35℃發酵35天后，沼氣產量上升570.7%。

2.1.2 化學法

化學法是通過破壞污泥中的細胞結構，使其胞內物質進行釋放的方式來提高污泥發酵的VFA產量的。比如酸處理法，堿處理法，氧化法等。

2.1.2.1 酸預處理

DEVLIN D C等人研究發現，用濃度為8.75 mL HCl/kg污泥的HCl處理污泥，調節其pH為2可以使沼氣的產量增加14.3%。TAKASHIMA M等人在170℃下，用H2SO4調節污泥的pH為5-6，持續1 h后進行發酵，結果表明，污泥的VSS降低了2～2.5倍。

2.1.2.2 堿預處理法

堿水解的基本原理是基于溶劑化和皂化，從而導致木質素-碳水化合物鏈的解聚和斷裂，使不容易生物降解的物質更容易被胞外酶所降解。此外，它還通過皂化分子間酯鍵 (如乙酰和醛酸等)來增溶木聚糖半纖維素，但其程度低于酸性預處理。

SHAO L等人研究發現，添加8 g NaOH/100 g堿溶液（NaOH） 對污泥進行預處理后，其SCOD增加了83%。

2.1.2.3 臭氧化預處理

臭氧能破壞細胞膜和游動菌的結構，在活性污泥法中已成功地應用于剩余污泥的增溶和還原。