剩余污泥预处理方法研究现状概述

摘要：活性污泥处理会产生大量剩余污泥，在剩余污泥处理过程中，为了加快污泥水解速率，提高厌氧消化性能，污泥预处理技术已成为国内外研究的热点问题。本文就目前常用的物理、化学、生物以及联合处理等几类污泥预处理方法进行了一定的介绍。不同的预处理方法各有利弊，超声波预处理具有作用时间短，处理效率高，能有效提高污泥厌氧消化的产甲烷能力等优点；碱处理可有效提高污泥产气率和脱水性能，但碱处理后的高pH值不利于产甲烷菌的生长，且碱对设备有一定的腐蚀作用；臭氧预处理和生物酶预处理均可提高剩余污泥溶解性，但臭氧生产耗能较高。选择不同预处理方法进行联合处理，往往能够取得更为显著的效果。

关键词：剩余污泥；预处理；预处理

中图分类号：X7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）05（c）-0000-00

活性污泥法是当今应用最广泛的污水生物处理技术，但该处理方法一直存在一个最大的弊端，会产生大量剩余污泥[1]。在剩余污泥处理过程中，污泥微生物细胞内含物的释放是限制污泥消化速率的关键。为了加快污泥的水解速率，提高厌氧消化性能，污泥预处理技术已成为国内外研究的热点问题[2]。目前，常用的污泥预处理方法有物理、化学、生物以及联合处理等方法[3]。本文就这几种处理方法的工艺原理、研究成果及应用分别介绍如下。

1物理预处理方法

传统污泥物理预处理方法主要包括加热和冻融预处理。近年来，随着研究的深入，出现了超声波、微波、珠磨、高压均质等预处理方法。

1.1超声波

超声波是指频率为20kHz～10MHz的声波。当声强增加到一定的程度时，会使传播中媒质的状态、组成、功能和结构等发生变化，统称为超声效应。从声学角度看，超声波破解污泥主要是利用声波的能量所产生的空化效应。在超声波作用下，污泥液体中将产生大量空化气泡，空化气泡瞬间破灭时会产生极为短暂的强压力脉冲，在气泡周围的微小空间内形成局部热点，并产生爆破。微气泡的爆破能够对其周围产生巨大的剪切力作用，使气液界面上的温度达到近5000K，同时产生近几百个大气压的高压，产生具有强烈冲击力的微射流。高温高压和微射流可以使污泥絮体结构解体，同时破坏微生物细胞的细胞壁，释放出细胞内的有机物和酶，被释放出的酶进一步加速污泥中细胞壁的溶解，从而加速污泥的水解进程[4]。

刘峻等[5]超声处理连续流系统剩余污泥，在声能密度为0.4 W/mL、超声作用时间为5min、超声污泥回流比为1：24时，污泥日均产量为13. 6 mg/（ L・d），减量效果达到95.81 %，污泥减量效果显著。胡凯等[6]研究了超声预处理技术对剩余污泥物理、化学性质的影响。结果表明，污泥溶解性COD随超声时间和超声波电功率密度的增加而呈线性上升，当超声波电功率密度分别为0.8和1.5 W/mL、作用30 min后，污泥溶解性COD是原泥的1.7倍和6.0倍。在污泥投配率为5%时，超声组比对照组反应器更快达到稳定产气状态，与对照组相比，超声污泥的平均日产气量提高了57.9%。因此，超声预处理促进了污泥有机物的溶解以及污泥减量，改善了污泥的厌氧消化效果。

超声波处理具有作用时间短，处理效率高，对细胞有较强的破坏能力，能有效提高污泥厌氧消化的产甲烷能力等优点。该预处理方法具有很好的应用前景，在工程应用中应注意选择最佳工艺运行参数，同时开发高效预处理装置。

1.2微波

微波是一种电磁波，其频率一般为0.3-300 GHz。研究发现，频率为915 MHz、2450 MHz的微波能够穿透几十厘米深度介质，快速均匀地加热物体。微波加热属于容积加热，因此能

从物体内部迅速加热，没有热损。微波加热处理污泥主要依靠热效应和非热效应的共同作用。热效应是指微波辐射快速加热，使污泥内微生物细胞发生裂解；非热效应的作用机理尚不明确，但有研究称，非热效应可能使有机物的氢键断裂并改变复杂生物分子结构等[3，4]。

肖朝伦等[7]研究了频率为2450 MHz、功率500 W的微波在脱水城市污泥中的穿透性及辐射过程中污泥脱水性能的变化。结果表明，微波的穿透深度为 8.7 mm，微波辐射5 min，上层容器中污泥离心后含水率由80.61%降至75.09%。当温度高于约60℃时，污泥中微生物细胞开始大量破碎，胞内水释出，离心后含水率随温度升高而降低；高于88℃时，胞外聚合物含量无明显增加而亲水性下降，污泥脱水性迅速改善。

梁仁礼等[8]将微波辐射用于污泥预处理，分别考察了500 W、750 W和900 W微波作用下，污泥性质和脱水性能的变化情况。结果表明，适宜的微波条件能够增加污泥粒径，提高污泥的脱水性能。900 W微波辐射60 s后，污泥粒径增加了71.40%，污泥毛细吸水时间和污泥比阻分别减少了42.70%和73.11%。如进一步增加微波接触时间，不仅增加能耗，同时使得污泥的脱水性能恶化。

田禹等[9]将微波辐射用于污水污泥预处理，考察了辐射130 s内污泥沉降、过滤脱水性能的变化。结果表明，适宜的微波辐射可明显改善污泥结构及脱水性，900W 微波辐射50s，SV减少48%，真空抽滤含水率由原泥直接抽滤的85%降为71%。胞外糖含量介于 15.8-16.5 mg/gMLSS 时，污泥脱水性最佳。过量的微波辐射因破坏污泥的细胞壁结构，导致胞内物质大量溢出，污泥黏度增加，脱水性恶化。

微波预处理方法具有处理速度快、效果好，还能杀灭病原菌，改善污泥脱水性能等优点。但其运行费用较高，因此限制了微波预处理方法的应用。

1.3珠磨

珠磨法是珠磨机在高速旋转下，其内部的钢制小珠强烈互相碰撞形成剪切力，打破微生物细胞的细胞壁，使胞内物质大量溶出[10]。磨珠大小对污泥破碎效果影响很大，一般来说，磨珠直径较小时可获得更好的破碎效果。该法运行费用较高。