剩余污泥去除的預處理方法研究進展＊

杜中華，張宇紅，高文靜，耿繼成，劉香宇

（沈陽化工大學，遼寧 沈陽110141）

1 引言

隨著污水的排放量不斷擴大，污水處理廠所產生的剩余污泥量也在不斷增加。中國目前干污泥年排放總量為3 000萬噸，且此數值每年還在增長。這些剩余污泥具有含水率較高、體積龐大、易腐爛、氣味惡臭且含有大量的重金屬、病菌等有毒有害物質的特點，如果無法合理地處理處置污泥，必將帶來二次污染。厭氧消化、好氧發酵等是中國目前主要的污泥穩定化處理技術[1]，而污泥的回收利用也表現在多方面。由于污泥中含有大量微生物細胞，使得厭氧消化、好氧發酵等污泥處理技術效率降低或者啟動緩慢，因此，對剩余污泥預處理十分必要。目前主要的預處理方法有物理法、化學法、生物法。

2 剩余污泥預處理方法

2.1 物理法

2．1．1 超聲波處理法

不同波段的超聲波對污泥產生不同的作用，超聲波因其低能耗、高效率受到研究者的關注，20～100 kHz 頻率的超聲波更適合處理污泥[2]。超聲波法破解程度高，破碎污泥中的細菌，使菌膠團和微生物的細胞壁破碎，細胞的胞液滲出，細胞內物質破碎，從而厭氧菌更易利用，促使厭氧消化，增加甲烷產量與生化降解性，達到污泥干化的目的。

沈勁鋒[3]研究后發現超聲波可改變剩余活性污泥的絮體結構，減小污泥顆粒粒徑；聲強越大，對污泥結構的破壞越大，污泥粒徑越小。在一定的強度下，超聲波處理可實現污泥減量。適宜的超聲處理時間為30～40 s。污泥初始濃度越高，污泥減量效果越好[4]，宜將超聲波處理較高濃度的回流污泥以獲得較好減量效果。

2．1．2 微波處理法

微波通常指頻率從300 MHz～300 GHz波段范圍的電磁波，即波長在1 mm～1m 的電磁波。微波破解污泥中微生物細胞壁，在處理污泥時的熱效應和非熱效應起作用。前者指污泥中的物質吸收微波升溫，水解大分子物質、胞內中的有機物。后者指斷裂污泥中大分子的次級鍵，破壞細胞結構，使其變性從而釋放胞內物質。

TORECI 等人[5]通過實驗得出，經過微波處理的污泥的產氣量要高于未處理污泥的產氣量，揮發性固體的去除率也明顯降低。余林鋒[6]的實驗研究結果表明，利用微波預處理污泥后，污泥上清液的溶解性化學需氧量（SCOD）和總化學需氧量（TCOD）值均增加，厭氧消化的周期得到縮短，厭氧消化時期的產氣量也有所增加。

2．1．3 熱處理法

熱處理法是通過高溫促進污泥中的細胞體結構破裂，釋放出蛋白質以及細胞膜碎片等高分子有機物，在高溫下受熱分解形成可溶性聚縮氨酸、氨氮、揮發酸以及碳水化合物等小分子物質，在很大程度上促進了污泥厭氧消化的發生。該方法是目前研究較多、應用較廣的一項污泥預處理技術。污泥厭氧消化前經過加熱預處理，能夠減少污泥消化停留時間，提高產氣量。PRESCOTT 等人[7]估算后，采用熱處理方法為污泥的整個厭氧消化過程節減25%的能耗，這一點已經在挪威Hamar 污水處理廠3 年的運行實踐中得以證實[8]。

2.2 化學法

2．2．1 堿解處理法

堿預處理通過水解細胞壁，污泥胞外多聚物等大分子物質獲得溶解性有機溶質，提高厭氧消化效率。

肖本益等人[9]在研究酸、堿、熱預處理對污泥性質影響中發現這三種方法均能夠增加污泥的SCOD，但堿處理效果最好且破碎效果也最佳。污泥中加堿，發現在投堿量為1 g NaOH/gTS 的條件下；污泥揮發性懸浮固體的分解率可達62.05%[10]。堿處理操作簡便快捷，但成本較高。堿投加量不僅會導致pH 值增大抑制產甲烷菌的生長，也會對設備造成一定的腐蝕作用[11]。

2．2．2 臭氧處理法

臭氧預處理污泥，是利用臭氧的強氧化性分解微生物細胞，降低污泥產量和提高污泥厭氧消化效能的一種技術。

任賀等人[12]用臭氧氧化預處理剩余污泥后，懸浮物（SS）、可揮發性懸浮物（VSS）減少，上清液中的溶解性COD（SCOD）、總有機碳（TOC）、蛋白質和多糖增加。研究中還發現在中溫（35 ℃）條件下，經過臭氧預處理的剩余污泥比未經臭氧預處理的剩余污泥甲烷平均產率提高了54.59%。氧預處理能有效提高剩余污泥溶解性，但過高的臭氧投量會將部分有機物直接氧化成了CO2和H2O。ZHAO 等人[13]研究發現，當臭氧投量大于0.2 g O3/gMLSS 時，SCOD濃度升高，但是TOC 濃度和糖類物質的濃度都在降低。

臭氧處理方法運行成本較高[14]，因為其生產消耗較多的能量，因此不適合廣泛應用到污泥處理中。

2.3 生物法

常用的剩余污泥預處理方法為利用生物酶技術對活性污泥進行預處理。生物酶技術指向污泥中投加專性生物酶，將高分子有機物降解為低分子有機物或無機物，即打開復雜化學鍵，實現分解目的。酶的水解催化，反應速度快、條件溫和及高效能，實現污泥減量化目標，提高剩余污泥的生化降解性[15]，更有利于消化周期的進行。

YANG 等人[16]將淀粉酶與中性蛋白酶以1∶3 的比例混合，對剩余污泥進行預處理。結果顯示，污泥中固體溶解率高達68.43%。其他實驗表明用堿性蛋白酶后，污泥的產氣速率明顯加快，挑選降解污泥效率高的復合菌劑，可直接應用于污泥的減量，提高污泥的降解效率。

3 結論

綜上所述，采用物理法、化學法、生物法對剩余污泥進行預處理，都能促進胞內物質釋放，加速有機物溶解，使之更易被微生物利用，縮短了剩余污泥厭氧消化的周期。然而，每一種預處理方法均存在優點和不足之處，各種預處理技術目前還處于發展階段，尚缺乏大量成熟的中試實驗作為技術支撐。因此，探尋更清潔、更高效、更低能耗的預處理方式尤為重要。聯合預處理方式將會是今后污泥處理研究方向之一，其中超聲波處理更清潔高效將會是重要發展方面。生物法預處理也因其操作簡單、反應條件溫和等優點具有較好的發展前景。