剩余污泥与秸秆发酵产酸研究进展

林小丽

（武汉理工大学 资源与环境工程学院，湖北 430070）

1 剩余污泥厌氧发酵产酸的研究进展

1.1 pH对污泥厌氧发酵的影响

pH对厌氧发酵产酸的影响主要体现在：微生物的胞内酶、生物体细胞膜的选择透过性和对特定物质的毒性。不同的微生物对不同的pH的适应性不一，对不同的pH的敏感性也不同。比如水解菌适合在pH为3至10的条件下生存；而在pH为6.5至7.5范围内，产酸菌的活性较强。黄晓峰[3]等人研究了在序批条件下，不同pH对污泥厌氧发酵产酸的影响，发现pH=4.5的总酸产量最高，可达21g/l。DAHIYA S等人[4]将调节反应器内pH分别为5至11，研究了污泥在序批运行方式下VFA的生产情况，发现pH=10的实验组VFA总产量最高，可达6.5g/l。而JIE W等人[5]在序批式运行条件下，调节反应器的pH为5至12，探究pH对污泥发酵产酸的影响，结果发现pH对微生物，VFA的产量与组成和菌群结构均有影响。pH为10.0是VFas积累的最佳值。

1.2 温度对污泥厌氧发酵的影响

相比低温发酵，在高温条件下发酵，产生的乙酸占总酸的比例会更高。Song等人[6]研究发现，污泥的水解效率随着温度的提高而提高。相比于中温发酵，高温发酵的水解率提高了7%左右，SCOD的产量也提高了近一倍。CHEN H等人[7]研究表明，污泥分别在35°C、42°C和55°C条件下发酵6天，随着温度的升高，VFA的产量增加，而55℃的VFA产量可达600mg/l。实验发现，温度不仅影响了污泥溶解和沼气生成，还影响了微生物群落多样性。郝久晓等人[8]研究通过对比污泥分别在中温（35℃） 和高温（55℃） 下发酵发现，VFA产量可达6g/l，是中温发酵的10倍。

1.3 添加剂对污泥厌氧发酵的影响

通过在污泥发酵产酸的过程中人为添加对污泥发酵产酸有利的物质，可以改善污泥水解的效，从而提高产酸量。李秀艳等人[9]研究表明，不同添加剂对污泥发酵过程中污泥有机质的释放，水解效率及微生物种群有不同的影响。发现CaO2在发酵过程中促进了污泥的崩解，提高了VFas的产率。当添加量为0.1g/g时，最高VFA产率为455.8mg/g，比对照提高了44.7%。而王冬波等人[10]通过研究不同浓度CaO2对污泥产VFA的影响，发现当CaO2浓度从0.05 g/g增加到0.25g/g时，最大产氢量从0.77 ml/g提高到10.5 5ml/g；而随着CaO2的浓度增大，VFA的产量也增大，最大可达22.1%。除此之外，近年来对表面活性剂偷价值污泥促进其发酵产酸的研究也很多，比如黄小芬等人[11]研究发现，生物表面活性剂能显著增加污泥厌氧发酵过程中VFA的积累。低剂量的生物表面活性剂可将VFA的产量可提高4倍。HE Z-W等人[12]在污泥中添加剂量分别为0、14、28、56、84和140 mg/g高铁酸钾，发现高铁酸钾用量为56 mg/g，运行时间为5d时，SCFAs的产生得到提高，最高产量为343 mg/g，并缩短了发酵时间。

2 剩余污泥与秸秆发酵产酸研究

2.1 剩余污泥预处理产酸技术的发展

经预处理后污泥的生物固体总量降低，含水率降低，稳定性提高，从而为后续的发酵产酸创造更好的条件。近年来，预处理由于其处理成本低，效果良好且稳定，可以得到其他副产品等优点，得到了更加广泛的使用。常用的预处理方法有物理法，化学法等。

2.1.1 物理法

2.1.1.1 超声法

超声波是一种成熟的污泥解离机械技术。低频超声在20世纪60年代首次用于实验室污泥裂解研究。据报道，超声波有效地改善了污泥的厌氧消化。例如，冯等人研究了超声波对污泥理化特性的影响，确定了1000 kJ/kg ts的Se是改善污泥沉降性的最佳能量。为了降低能源消耗。

2.1.1.2 微波辐射预处理

微波辐射对污泥细胞的破坏主要表现在两方面：

1)在振荡电磁场作用下，偶极子旋转产生的热效应，将细胞内的液体加热到沸点，使细菌细胞破裂；

2)极性分子的偶极子方向变化引起的非热效应，从而提高氢键断裂与复杂生物分子的展开与变性的可能性。EBENEZER A V等人研究发现，在14000 kJ/kgTS的微波条件下对污泥进行预处理，在序批条件下，35℃发酵35天后，沼气产量上升570.7%。

2.1.2 化学法

化学法是通过破坏污泥中的细胞结构，使其胞内物质进行释放的方式来提高污泥发酵的VFA产量的。比如酸处理法，碱处理法，氧化法等。

2.1.2.1 酸预处理

DEVLIN D C等人研究发现，用浓度为8.75 mL HCl/kg污泥的HCl处理污泥，调节其pH为2可以使沼气的产量增加14.3%。TAKASHIMA M等人在170℃下，用H2SO4调节污泥的pH为5-6，持续1 h后进行发酵，结果表明，污泥的VSS降低了2～2.5倍。

2.1.2.2 碱预处理法

碱水解的基本原理是基于溶剂化和皂化，从而导致木质素-碳水化合物链的解聚和断裂，使不容易生物降解的物质更容易被胞外酶所降解。此外，它还通过皂化分子间酯键 (如乙酰和醛酸等)来增溶木聚糖半纤维素，但其程度低于酸性预处理。

SHAO L等人研究发现，添加8 g NaOH/100 g碱溶液（NaOH） 对污泥进行预处理后，其SCOD增加了83%。

2.1.2.3 臭氧化预处理

臭氧能破坏细胞膜和游动菌的结构，在活性污泥法中已成功地应用于剩余污泥的增溶和还原。