兩種污泥高級厭氧消化工藝的比較：高溫熱處理和低溫熱堿處理

肖本益，唐心漪，易 皓，董立新，韓云平，劉俊新

（1.中國科學院生態環境研究中心，北京 100085；2.生態環境部華南環境科學研究所，廣東 廣州510530；3.天津市水利科學研究院，天津 300061）

譯者： 肖本益；審查： 鄭天龍；單位： 中國科學院生態環境研究中心

1 研究亮點

*兩種預處理導致的污泥破碎程度相似；

*兩種污泥高級厭氧消化具有相似的甲烷產量和有機物去除率；

*兩種污泥高級厭氧消化的產甲烷途徑不同；

*低溫熱堿處理具有更高的能量效率。

2 背景

污水處理是一個高能耗過程，其能耗占總運行費用的25%～65%。據估計，污泥厭氧消化效率最大時所產生的沼氣可代替污水處理廠70%～80%的能耗。然而傳統的污泥厭氧消化存在著停留時間長、甲烷產率低等不足。熱處理作為一種成熟的強化污泥厭氧消化的預處理技術，其強化效果依賴于熱處理溫度。低溫熱堿處理是提高低溫熱處理強化效果的一種方法，然而目前缺乏它與高溫熱處理的比較。因此，本研究比較了耦合高溫熱處理和低溫熱堿處理兩種污泥高級厭氧消化過程。

3 研究方法

研究采用的高溫熱處理為（160±1）℃、30 min，低溫熱堿處理為pH12.0±0.1 和（60±1）℃、30 min。在5 L 連續攪拌的消化罐中進行這兩種預處理污泥的半連續厭氧消化，污泥停留時間為20 d。這兩種污泥的厭氧消化連續運行了92 d，過程中測定了產氣、預處理污泥和消化液性質，通過高通量測序分析2 個厭氧消化在穩定期古菌菌群結構，并進行穩定期的能量評估。

4 主要研究結果

選擇的兩種預處理具有相似的融胞效果。穩定期，兩種預處理污泥的厭氧消化具有相似的消化液性質。同時兩種預處理污泥厭氧消化的沼氣產量、甲烷濃度、甲烷產量和有機物去除率都十分相近。兩種預處理污泥的厭氧消化具有明顯不同的產甲烷菌菌群結構：高溫熱處理污泥厭氧消化的產甲烷途徑為嚴格氫營養型，而低溫熱堿處理污泥厭氧消化的產甲烷途徑為氫營養和乙酸發酵混合型。兩種預處理污泥的厭氧消化的能量平衡均為正值。盡管低溫熱堿處理污泥的厭氧消化液的后處理能耗稍高于高溫熱處理污泥的厭氧消化液，但是由于高溫熱處理的預處理能耗（7.2 kJ/g） 高于低溫熱處理（5.8 kJ/g），而前者厭氧消化過程的產能稍低于后者，因此低溫熱堿處理具有更高的能量效率。

5 結論與展望

高溫熱處理和低溫熱堿處理都能有效破碎污泥、釋放出相似量的污泥有機物。盡管耦合兩種預處理的污泥高級厭氧消化的效果是相同的，但是兩種預處理污泥厭氧消化過程中甲烷化途徑不同。同時，低溫熱處理污泥的厭氧消化具有更高的能量效率。應進一步對耦合低溫熱堿處理的污泥高級厭氧消化進行研究，以推動其在污泥處理過程中的應用。