剩余污泥去除的預(yù)處理方法研究進(jìn)展＊

杜中華，張宇紅，高文靜，耿繼成，劉香宇

（沈陽(yáng)化工大學(xué)，遼寧 沈陽(yáng)110141）

1 引言

隨著污水的排放量不斷擴(kuò)大，污水處理廠所產(chǎn)生的剩余污泥量也在不斷增加。中國(guó)目前干污泥年排放總量為3 000萬(wàn)噸，且此數(shù)值每年還在增長(zhǎng)。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(zhì)的特點(diǎn)，如果無(wú)法合理地處理處置污泥，必將帶來(lái)二次污染。厭氧消化、好氧發(fā)酵等是中國(guó)目前主要的污泥穩(wěn)定化處理技術(shù)[1]，而污泥的回收利用也表現(xiàn)在多方面。由于污泥中含有大量微生物細(xì)胞，使得厭氧消化、好氧發(fā)酵等污泥處理技術(shù)效率降低或者啟動(dòng)緩慢，因此，對(duì)剩余污泥預(yù)處理十分必要。目前主要的預(yù)處理方法有物理法、化學(xué)法、生物法。

2 剩余污泥預(yù)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(duì)污泥產(chǎn)生不同的作用，超聲波因其低能耗、高效率受到研究者的關(guān)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(xì)菌，使菌膠團(tuán)和微生物的細(xì)胞壁破碎，細(xì)胞的胞液滲出，細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)破碎，從而厭氧菌更易利用，促使厭氧消化，增加甲烷產(chǎn)量與生化降解性，達(dá)到污泥干化的目的。

沈勁鋒[3]研究后發(fā)現(xiàn)超聲波可改變剩余活性污泥的絮體結(jié)構(gòu)，減小污泥顆粒粒徑；聲強(qiáng)越大，對(duì)污泥結(jié)構(gòu)的破壞越大，污泥粒徑越小。在一定的強(qiáng)度下，超聲波處理可實(shí)現(xiàn)污泥減量。適宜的超聲處理時(shí)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(zhǎng)在1 mm～1m 的電磁波。微波破解污泥中微生物細(xì)胞壁，在處理污泥時(shí)的熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)起作用。前者指污泥中的物質(zhì)吸收微波升溫，水解大分子物質(zhì)、胞內(nèi)中的有機(jī)物。后者指斷裂污泥中大分子的次級(jí)鍵，破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，使其變性從而釋放胞內(nèi)物質(zhì)。

TORECI 等人[5]通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出，經(jīng)過(guò)微波處理的污泥的產(chǎn)氣量要高于未處理污泥的產(chǎn)氣量，揮發(fā)性固體的去除率也明顯降低。余林鋒[6]的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，利用微波預(yù)處理污泥后，污泥上清液的溶解性化學(xué)需氧量（SCOD）和總化學(xué)需氧量（TCOD）值均增加，厭氧消化的周期得到縮短，厭氧消化時(shí)期的產(chǎn)氣量也有所增加。

2．1．3 熱處理法

熱處理法是通過(guò)高溫促進(jìn)污泥中的細(xì)胞體結(jié)構(gòu)破裂，釋放出蛋白質(zhì)以及細(xì)胞膜碎片等高分子有機(jī)物，在高溫下受熱分解形成可溶性聚縮氨酸、氨氮、揮發(fā)酸以及碳水化合物等小分子物質(zhì)，在很大程度上促進(jìn)了污泥厭氧消化的發(fā)生。該方法是目前研究較多、應(yīng)用較廣的一項(xiàng)污泥預(yù)處理技術(shù)。污泥厭氧消化前經(jīng)過(guò)加熱預(yù)處理，能夠減少污泥消化停留時(shí)間，提高產(chǎn)氣量。PRESCOTT 等人[7]估算后，采用熱處理方法為污泥的整個(gè)厭氧消化過(guò)程節(jié)減25%的能耗，這一點(diǎn)已經(jīng)在挪威Hamar 污水處理廠3 年的運(yùn)行實(shí)踐中得以證實(shí)[8]。

2.2 化學(xué)法

2．2．1 堿解處理法

堿預(yù)處理通過(guò)水解細(xì)胞壁，污泥胞外多聚物等大分子物質(zhì)獲得溶解性有機(jī)溶質(zhì)，提高厭氧消化效率。

肖本益等人[9]在研究酸、堿、熱預(yù)處理對(duì)污泥性質(zhì)影響中發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)在投堿量為1 g NaOH/gTS 的條件下；污泥揮發(fā)性懸浮固體的分解率可達(dá)62.05%[10]。堿處理操作簡(jiǎn)便快捷，但成本較高。堿投加量不僅會(huì)導(dǎo)致pH 值增大抑制產(chǎn)甲烷菌的生長(zhǎng)，也會(huì)對(duì)設(shè)備造成一定的腐蝕作用[11]。

2．2．2 臭氧處理法

臭氧預(yù)處理污泥，是利用臭氧的強(qiáng)氧化性分解微生物細(xì)胞，降低污泥產(chǎn)量和提高污泥厭氧消化效能的一種技術(shù)。

任賀等人[12]用臭氧氧化預(yù)處理剩余污泥后，懸浮物（SS）、可揮發(fā)性懸浮物（VSS）減少，上清液中的溶解性COD（SCOD）、總有機(jī)碳（TOC）、蛋白質(zhì)和多糖增加。研究中還發(fā)現(xiàn)在中溫（35 ℃）條件下，經(jīng)過(guò)臭氧預(yù)處理的剩余污泥比未經(jīng)臭氧預(yù)處理的剩余污泥甲烷平均產(chǎn)率提高了54.59%。氧預(yù)處理能有效提高剩余污泥溶解性，但過(guò)高的臭氧投量會(huì)將部分有機(jī)物直接氧化成了CO2和H2O。ZHAO 等人[13]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)臭氧投量大于0.2 g O3/gMLSS 時(shí)，SCOD濃度升高，但是TOC 濃度和糖類物質(zhì)的濃度都在降低。

臭氧處理方法運(yùn)行成本較高[14]，因?yàn)槠渖a(chǎn)消耗較多的能量，因此不適合廣泛應(yīng)用到污泥處理中。

2.3 生物法

常用的剩余污泥預(yù)處理方法為利用生物酶技術(shù)對(duì)活性污泥進(jìn)行預(yù)處理。生物酶技術(shù)指向污泥中投加專性生物酶，將高分子有機(jī)物降解為低分子有機(jī)物或無(wú)機(jī)物，即打開復(fù)雜化學(xué)鍵，實(shí)現(xiàn)分解目的。酶的水解催化，反應(yīng)速度快、條件溫和及高效能，實(shí)現(xiàn)污泥減量化目標(biāo)，提高剩余污泥的生化降解性[15]，更有利于消化周期的進(jìn)行。

YANG 等人[16]將淀粉酶與中性蛋白酶以1∶3 的比例混合，對(duì)剩余污泥進(jìn)行預(yù)處理。結(jié)果顯示，污泥中固體溶解率高達(dá)68.43%。其他實(shí)驗(yàn)表明用堿性蛋白酶后，污泥的產(chǎn)氣速率明顯加快，挑選降解污泥效率高的復(fù)合菌劑，可直接應(yīng)用于污泥的減量，提高污泥的降解效率。

3 結(jié)論

綜上所述，采用物理法、化學(xué)法、生物法對(duì)剩余污泥進(jìn)行預(yù)處理，都能促進(jìn)胞內(nèi)物質(zhì)釋放，加速有機(jī)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(yù)處理方法均存在優(yōu)點(diǎn)和不足之處，各種預(yù)處理技術(shù)目前還處于發(fā)展階段，尚缺乏大量成熟的中試實(shí)驗(yàn)作為技術(shù)支撐。因此，探尋更清潔、更高效、更低能耗的預(yù)處理方式尤為重要。聯(lián)合預(yù)處理方式將會(huì)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(huì)是重要發(fā)展方面。生物法預(yù)處理也因其操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點(diǎn)具有較好的發(fā)展前景。