常温下剩余污泥水解酸化强化方法研究进展

www．watergasheat．corn张杰，等：常温下剩余污泥水解酸化强化方法研究进展第25卷第18期消化产生能源物质(CH。、H：等)和有机酸、蛋白质等⋯。VFAs是有机物厌氧处理过程中的重要中间产物，可进一步发酵生成CH。，也可通过控制厌氧发酵条件使其积累以作为污水厂脱氮除磷的外加碳源或合成生物塑料PHA【2J。厌氧消化通常经过水解、酸化和产甲烷三个阶段，其中水解阶段相对较长，决定着整个厌氧消化的速度与效果，所以要通过水解酸化富集VFAs，首先要强化剩余污泥的水解。近年来，许多学者对促进剩余污泥水解酸化的物理、化学和生物等方法进行了大量研究，其中常温下促进水解的方法主要有机械破碎、超声破解、酸碱处理、臭氧氧化和添加表面活性剂等。笔者对这些方法的机理、处理效果和应用等进行了综述和分析，以期为污泥水解酸化的进一步研究提供依据。1物理方法1．1机械破碎污泥的机械处理方法通常是利用剪切力将微生物细胞破壁，使胞内物质释放出来，从而促进污泥的水解酸化，机械方法一般适用于剩余污泥的处理。早在1991年，Harrison等就报道了利用胶体破解微生物细胞壁的方法，并描述了高速混合球磨机破解污泥的原理。为了获得较大的剪切力，在一些改进设备中通常将玻璃球替换为陶瓷球或钢球。Kunz等应用搅动球磨机在Phoredox污水厂进行了污泥破碎试验，使污泥产量降低了38％以上，该设备使SBR反应器产生的污泥量减少了20％以上，而出水COD含量并没有提高，且反硝化效果得以加强。Nah等利用高压喷射破解污泥，研究了破解前、后污泥厌氧消化的效果，结果表明经过3MPa的高压喷射处理后，污泥厌氧消化的SRT由13d缩短为6d，CH。产量增加，VSS降低约50％，且对工艺运行效果和出水水质几乎没有影响，由此证实了机械力对改善污泥消化性能的有效性。尽管机械处理方法可以有效地破坏活性污泥中的微生物细胞，但能耗很大(Weemaes的研究表明，污泥破解率达到90％时，能耗约60MJ／kgTDS)，因此这种方法在实际工程中难以推广应用，近年来已很少有学者对该方法破解污泥继续开展研究。1．2超声破解超声破解是提取生物细胞胞内物质的常用技术，近年来超声破解技术在剩余污泥预处理方面的应用得到迅速发展，影响污泥超声破解效果的因素主要有超声频率、超声能量和污泥特性等。相对于高频超声，低频超声更有利于剩余污泥的破解。Tiehm等[31比较了不同超声频率下污泥的破解效率，发现在41、207、360、3217kHz的频率下，剩余污泥的破解率(DDCOD)分别约为8l％、37％、23％和5％，这与早期Petrier等的研究结果相吻合。Tiehm等∞1认为，水力剪切力是污泥超声破解的主要因素。Mark等M1的研究表明，在200—1000kHz的高频下，水力剪切力的作用很弱，起作用的主要是声化学反应，故高频超声对污泥的破解效果较差。这也是污泥超声破解试验大都在20kHz左右的低频下进行的主要原因。提高超声波声能密度有利于污泥破解以及SCOD的释放。Chu等∞1的研究表明，当超声波声能密度增至0．22W／mL后，污泥粒径开始减小；将超声波声能密度提高到0．33W／mL和0．44W／mL时，污泥平均粒径分别由约99斗m减至约22斗m和3Ixm。延长超声时间，可以加强对剩余污泥的超声能量，也有利于污泥的破解。Wang等在超声频率为20kHz、声能密度为0．768W／mI．的条件下，对1．S为3％的剩余污泥进行超声破解时发现，将超声时间分别设为5、15、20min，SCOD释放量则分别增加到2581、7509和8912mg／L。Zhang等旧1利用频率为25kHz、声能密度为0．5W／mL的超声波，对TCOD浓度为9910mg／L的剩余污泥进行超声破解试验时也发现，在最初的30min内SCOD含量持续增加，在第30分钟时SCOD含量增加了690％。事实上，超声声能密度和超声作用时间对污泥破解效果的影响程度是不同的，Zhang等⋯在超声能量均为3W·min／mL时，比较了不同声能密度和超卢作用时间下污泥DDCOD的变化，结果发现声能密度为0．5W／mL(超声时间为6min)时，DDCOD为9．2％；声能密度降至0。1W／mL(超声时间为30min)时，DDCOD降至7．3％。污泥特性(污泥类型、佟含量和污泥粒径等)对超声破解效果也有重要影响，Grbnroos等¨o研究发现，浓度最大的污泥经过超声破解后产生的SCOD浓度最大。Khanal等归’系统研究了不同超声能量下剩余污泥码对SCOD释放量的影响，结果表明SCOD释放量随着rI's和输入能量的提高而增大，在Ts为1．5％时，SCOD释放量为1．6mg／(kW·S)；当髑含量提高至2．O％、2．5％和3．O％时，SCOD释万方数据第25卷第18期中国给水