污泥厭氧消化是一個(gè)復(fù)雜的生化過(guò)程，受到多種因素的制約。即使在相同的處理工藝 和條件下，不同性質(zhì)的物料厭氧發(fā)酵的處理效果也可能不同。因此，改變物料的性質(zhì)和消 除限速步驟的影響因素是提高厭氧消化效率的有效方法。厭氧菌進(jìn)行發(fā)酵所需的基質(zhì)包含 在微生物的細(xì)胞膜內(nèi)，只有將這些有機(jī)質(zhì)釋放出來(lái).厭氧菌才能利用它們進(jìn)行厭氧消化。 因此只有對(duì)污泥進(jìn)行預(yù)處理，提高厭氧消化過(guò)程中污泥的水解速率，才能夠有效地改善污 泥的消化性能。近年來(lái)較常見的污泥預(yù)處理方法有機(jī)械法、化學(xué)法、熱力法和生化法等 (見圖3-8)。下面介紹幾種常用預(yù)處理技術(shù)的原理和研究進(jìn)展。

 

3. 5.1.1微波預(yù)處理

微波主要通過(guò)如下兩個(gè)方面破壞微生物細(xì)胞壁，從而提高污泥水解效率：

{C}1)    {C}微波可以引起分子振蕩，導(dǎo)致污泥溫度升高，從而引發(fā)熱效應(yīng)；

{C}2)    非熱效應(yīng)，微波產(chǎn)生的交變電場(chǎng)使細(xì)胞壁中大分子的氫鍵斷裂，從而破壞細(xì)胞壁 結(jié)構(gòu)，釋放出細(xì)胞內(nèi)有機(jī)物質(zhì)。

Saha等人用2450MH_Z、1250W的微波預(yù)處理初沉/剩余污泥，經(jīng)過(guò)21d中溫消化后 發(fā)現(xiàn)污泥產(chǎn)沼氣量增加了 90%。S6lyom等人用微波預(yù)處理污泥，1000W功率下，吸收能

為0. 54_kJ/mL時(shí).溶解性COD濃度最大，當(dāng)吸收能為0. 83kJ/mL時(shí)，產(chǎn)沼氣量達(dá)到最 大（115%).且發(fā)現(xiàn)改變微波功率對(duì)沼氣產(chǎn)量無(wú)影響。_S^:Sl.yom等人的實(shí)驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)慠波的 非熱效應(yīng)。高瑞麗等人以210W的微波預(yù)處理初沉/剩余污泥5mm,發(fā)現(xiàn)累計(jì)產(chǎn)氣量增加 I⁷倍，最大產(chǎn)沼氣量為62. 0⁵%。Eskicioglu等人用微波預(yù)處理初沉/剩余污泥，發(fā)現(xiàn) 溫度在50〜96°C時(shí).微波加熱和傳統(tǒng)加熱法對(duì)大分子物質(zhì)的水解促進(jìn)作用相同，也未發(fā) 現(xiàn)微波對(duì)促進(jìn)污泥水解的非熱效應(yīng)；但在厭氧消化實(shí)驗(yàn)中，Eskicioglu等人發(fā)現(xiàn)■If波的非 熱效應(yīng)能夠提高污泥中溫厭氣消化產(chǎn)沼氣量。Hong等人發(fā)現(xiàn)達(dá)到同樣的溫度，徵波預(yù)處 理對(duì)污泥中細(xì)胞的破壞比傳統(tǒng)的熱處理大。與傳統(tǒng)的加熱方式相比.微波預(yù)處理升溫快、 能耗少且產(chǎn)生的有毒氣體較少。微波預(yù)處理能高效地促進(jìn)大分子有機(jī)物水解成小分子，進(jìn) 而促進(jìn)初Stf剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷_的效能。但是影響微波預(yù)處理的因素-較多.如徽彼 '功率、密度、處理時(shí)間、溫度等，其中任何一個(gè)因素的改變，都會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異： 3.5.1.2超聲波預(yù)處理

超聲波的處理機(jī)制主要分兩方面：低頻時(shí)的空穴效應(yīng)和高頻時(shí)產(chǎn)生OH、HCV、H- 等自由基團(tuán)所引起的化學(xué)效應(yīng)。在污泥預(yù)處理中，低頻（20〜40kH_z)超聲波處理更有 效。低頻超聲波預(yù)處理是以機(jī)械振蕩的方式破碎污泥中的絮狀沉淀、菌膠固甚至細(xì)胞結(jié) 構(gòu)，從而釋放污柅中的有機(jī)物質(zhì)，從而使其較易被厭氧微生物所利用。

Xu等人的研究表明超聲波預(yù)處理可以提高7%〜8%的厭氧消化效率。Apul等人以 領(lǐng)率為24kH_Z，最大輸出功率為400W的超聲波儀處理污泥15min后，發(fā)現(xiàn)溶解性COD 50 mg/L增加到2500mg/L。之后他們使用半連續(xù)反應(yīng)器進(jìn)行試驗(yàn)，甲烷日產(chǎn)量明顯增 加。使用超聲波處理污泥時(shí)，污泥溫度也隨之上升，當(dāng)處理15min時(shí)，溫度上升到70⁼C. 這時(shí)熱效應(yīng)會(huì)對(duì)污泥產(chǎn)生一定影響。

超聲波預(yù)處理污泥的影響因素較多,，包括超聲波頻率、強(qiáng)度以及處理時(shí)間等，不同的 鈣率、強(qiáng)度和處理時(shí)間都會(huì)對(duì)有機(jī)物質(zhì)的釋放及可生物降解性的增加產(chǎn)生不同程度的影 tt,在超聲波預(yù)處理過(guò)程中，同時(shí)會(huì)引起污泥溫度的升高，也可導(dǎo)致熱效應(yīng)&因此，對(duì)污 泥進(jìn)行超聲波預(yù)處理時(shí)，會(huì)產(chǎn)生超聲波和熱預(yù)處理的綜合效應(yīng)。

丨3. 5.1. 3熱預(yù)處理

熱預(yù)處理通過(guò)破壞微生物的細(xì)胞壁,，將胞內(nèi)有機(jī)物釋放，使不溶性有機(jī)物轉(zhuǎn)化為溶解 性有機(jī)物，大大縮短水解過(guò)程> 從而加速污泥的水解酸化產(chǎn)氣，提高初沉/剩佘污泥厭氧 _：發(fā)酵產(chǎn)沼氣效能。許多研究者對(duì)熱預(yù)處理促進(jìn)初沉/剩余污泥厭氧消化進(jìn)行了深入研究， 熱預(yù)處理的溫度范圍從60°C到270°C。常見的污泥預(yù)處理溫度范圍是60〜180°C:，100°C K下的熱預(yù)處理被稱作低溫?zé)犷A(yù)處理^熱預(yù)處理方式是一種較為傳統(tǒng)的處理方法，但其需 要一定的特殊設(shè)備,，尤其是高溫?zé)犷A(yù)處理。

丨J5.1.4機(jī)械預(yù)處理

機(jī)械預(yù)處理是利用處理過(guò)程中產(chǎn)生的剪切力，破壞污泥絮體及微生物細(xì)胞壁，釋放其 4¹的有機(jī)物質(zhì)。常用的機(jī)械預(yù)處理方法有離心溶胞法、高壓均質(zhì)法、轉(zhuǎn)動(dòng)磨球法等。

{C}■       Dohanyos等人用離心溶胞法預(yù)處理初沉/剩余污泥，在³⁵°C下厭氧消化,²Sd后，發(fā) ^；觀產(chǎn)氣量增加了 85%。國(guó)外一些污水處理廠運(yùn)用離心溶胞預(yù)處理污泥，產(chǎn)氣量增加了

{C}■   1廠：以上。Onyeche等人用高壓均質(zhì)法預(yù)處理初沉/剩余污泥，厭氧消化后產(chǎn)氣量增加了 ^f .31: '. : Taier等人用轉(zhuǎn)動(dòng)磨球法預(yù)處理初沉/剩余污泥，在37°C下厭氧消化21d后，發(fā)現(xiàn)