剩余污泥去除的预处理方法研究进展＊

杜中华，张宇红，高文静，耿继成，刘香宇

（沈阳化工大学，辽宁 沈阳110141）

1 引言

随着污水的排放量不断扩大，污水处理厂所产生的剩余污泥量也在不断增加。中国目前干污泥年排放总量为3 000万吨，且此数值每年还在增长。这些剩余污泥具有含水率较高、体积庞大、易腐烂、气味恶臭且含有大量的重金属、病菌等有毒有害物质的特点，如果无法合理地处理处置污泥，必将带来二次污染。厌氧消化、好氧发酵等是中国目前主要的污泥稳定化处理技术[1]，而污泥的回收利用也表现在多方面。由于污泥中含有大量微生物细胞，使得厌氧消化、好氧发酵等污泥处理技术效率降低或者启动缓慢，因此，对剩余污泥预处理十分必要。目前主要的预处理方法有物理法、化学法、生物法。

2 剩余污泥预处理方法

2.1 物理法

2．1．1 超声波处理法

不同波段的超声波对污泥产生不同的作用，超声波因其低能耗、高效率受到研究者的关注，20～100 kHz 频率的超声波更适合处理污泥[2]。超声波法破解程度高，破碎污泥中的细菌，使菌胶团和微生物的细胞壁破碎，细胞的胞液渗出，细胞内物质破碎，从而厌氧菌更易利用，促使厌氧消化，增加甲烷产量与生化降解性，达到污泥干化的目的。

沈劲锋[3]研究后发现超声波可改变剩余活性污泥的絮体结构，减小污泥颗粒粒径；声强越大，对污泥结构的破坏越大，污泥粒径越小。在一定的强度下，超声波处理可实现污泥减量。适宜的超声处理时间为30～40 s。污泥初始浓度越高，污泥减量效果越好[4]，宜将超声波处理较高浓度的回流污泥以获得较好减量效果。

2．1．2 微波处理法

微波通常指频率从300 MHz～300 GHz波段范围的电磁波，即波长在1 mm～1m 的电磁波。微波破解污泥中微生物细胞壁，在处理污泥时的热效应和非热效应起作用。前者指污泥中的物质吸收微波升温，水解大分子物质、胞内中的有机物。后者指断裂污泥中大分子的次级键，破坏细胞结构，使其变性从而释放胞内物质。

TORECI 等人[5]通过实验得出，经过微波处理的污泥的产气量要高于未处理污泥的产气量，挥发性固体的去除率也明显降低。余林锋[6]的实验研究结果表明，利用微波预处理污泥后，污泥上清液的溶解性化学需氧量（SCOD）和总化学需氧量（TCOD）值均增加，厌氧消化的周期得到缩短，厌氧消化时期的产气量也有所增加。

2．1．3 热处理法

热处理法是通过高温促进污泥中的细胞体结构破裂，释放出蛋白质以及细胞膜碎片等高分子有机物，在高温下受热分解形成可溶性聚缩氨酸、氨氮、挥发酸以及碳水化合物等小分子物质，在很大程度上促进了污泥厌氧消化的发生。该方法是目前研究较多、应用较广的一项污泥预处理技术。污泥厌氧消化前经过加热预处理，能够减少污泥消化停留时间，提高产气量。PRESCOTT 等人[7]估算后，采用热处理方法为污泥的整个厌氧消化过程节减25%的能耗，这一点已经在挪威Hamar 污水处理厂3 年的运行实践中得以证实[8]。

2.2 化学法

2．2．1 碱解处理法

碱预处理通过水解细胞壁，污泥胞外多聚物等大分子物质获得溶解性有机溶质，提高厌氧消化效率。

肖本益等人[9]在研究酸、碱、热预处理对污泥性质影响中发现这三种方法均能够增加污泥的SCOD，但碱处理效果最好且破碎效果也最佳。污泥中加碱，发现在投碱量为1 g NaOH/gTS 的条件下；污泥挥发性悬浮固体的分解率可达62.05%[10]。碱处理操作简便快捷，但成本较高。碱投加量不仅会导致pH 值增大抑制产甲烷菌的生长，也会对设备造成一定的腐蚀作用[11]。

2．2．2 臭氧处理法

臭氧预处理污泥，是利用臭氧的强氧化性分解微生物细胞，降低污泥产量和提高污泥厌氧消化效能的一种技术。

任贺等人[12]用臭氧氧化预处理剩余污泥后，悬浮物（SS）、可挥发性悬浮物（VSS）减少，上清液中的溶解性COD（SCOD）、总有机碳（TOC）、蛋白质和多糖增加。研究中还发现在中温（35 ℃）条件下，经过臭氧预处理的剩余污泥比未经臭氧预处理的剩余污泥甲烷平均产率提高了54.59%。氧预处理能有效提高剩余污泥溶解性，但过高的臭氧投量会将部分有机物直接氧化成了CO2和H2O。ZHAO 等人[13]研究发现，当臭氧投量大于0.2 g O3/gMLSS 时，SCOD浓度升高，但是TOC 浓度和糖类物质的浓度都在降低。

臭氧处理方法运行成本较高[14]，因为其生产消耗较多的能量，因此不适合广泛应用到污泥处理中。

2.3 生物法

常用的剩余污泥预处理方法为利用生物酶技术对活性污泥进行预处理。生物酶技术指向污泥中投加专性生物酶，将高分子有机物降解为低分子有机物或无机物，即打开复杂化学键，实现分解目的。酶的水解催化，反应速度快、条件温和及高效能，实现污泥减量化目标，提高剩余污泥的生化降解性[15]，更有利于消化周期的进行。

YANG 等人[16]将淀粉酶与中性蛋白酶以1∶3 的比例混合，对剩余污泥进行预处理。结果显示，污泥中固体溶解率高达68.43%。其他实验表明用碱性蛋白酶后，污泥的产气速率明显加快，挑选降解污泥效率高的复合菌剂，可直接应用于污泥的减量，提高污泥的降解效率。

3 结论

综上所述，采用物理法、化学法、生物法对剩余污泥进行预处理，都能促进胞内物质释放，加速有机物溶解，使之更易被微生物利用，缩短了剩余污泥厌氧消化的周期。然而，每一种预处理方法均存在优点和不足之处，各种预处理技术目前还处于发展阶段，尚缺乏大量成熟的中试实验作为技术支撑。因此，探寻更清洁、更高效、更低能耗的预处理方式尤为重要。联合预处理方式将会是今后污泥处理研究方向之一，其中超声波处理更清洁高效将会是重要发展方面。生物法预处理也因其操作简单、反应条件温和等优点具有较好的发展前景。