污泥發(fā)酵產(chǎn)酸技術(shù)研究及應(yīng)用進(jìn)展

朱 進(jìn)

(山西潞安焦化有限責(zé)任公司，山西 長治 047599)

引 言

當(dāng)前，我國城市污水處理廠每年排放的干污泥量大約為3 000多萬t，污泥的最終處置方式主要包括焚燒和土地填埋處理等。污泥焚燒所需的設(shè)備和運(yùn)行費用都比較高，且焚燒過程中會對周圍大氣帶來很大程度的污染。而污泥用于填埋處理時要求比較高，很多污水處理廠對污泥進(jìn)行處理后，污泥穩(wěn)定化和干化率較低，若不對其進(jìn)行有效處理，必將對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染[1]。

活性污泥中含有大量的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)等有機(jī)物質(zhì)，這些有機(jī)物能夠在厭氧條件下發(fā)生水解，生成易生物利用的溶解性小分子物質(zhì)，如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸和戊酸等揮發(fā)性短鏈脂肪酸[2]。這些物質(zhì)可作為有機(jī)碳源補(bǔ)充加入污水處理過程中，不僅降低了投資成本，還減少了污泥產(chǎn)量，故污泥發(fā)酵產(chǎn)酸成為當(dāng)前研究的熱點。

1 亞硝酸預(yù)處理對污泥發(fā)酵產(chǎn)酸性能的影響

亞硝酸作為一種很強(qiáng)的殺生劑，能夠分解糖、蛋白質(zhì)、脂肪和脫氧核糖核酸等有機(jī)絮體，亞硝酸在隨后的脫氮過程中轉(zhuǎn)化為氮氣，是一種環(huán)保性較好的物質(zhì)。

馬斌等[3]通過用亞硝酸預(yù)處理污泥對其發(fā)酵產(chǎn)酸進(jìn)行研究，結(jié)果表明，當(dāng)亞硝酸含量從0 mg/L增加到2.04 mg/L時，可溶性化學(xué)需氧量產(chǎn)量持續(xù)增加。與未經(jīng)處理的污泥相比，內(nèi)部碳源的產(chǎn)量增加了50%，反硝化效率提高了76%，污泥量減少了87.5%。

由于亞硝酸最后轉(zhuǎn)化為氮氣，故使用亞硝酸預(yù)處理污泥使系統(tǒng)同時發(fā)生發(fā)酵和反硝化，使污泥減量的同時提高系統(tǒng)的反硝化效率。另外，亞硝酸作為一種污水處理的副產(chǎn)物，通過亞硝化很容易獲得，故在實際工程中具有很高的應(yīng)用價值。

2 表面活性劑對污泥發(fā)酵產(chǎn)酸性能的影響

表面活性劑不但具有"兩親"作用，而且還有"增溶"作用。表面活性劑能夠使一些脫離污泥表面的大分子物質(zhì)的水溶性增強(qiáng)，使糖類和蛋白質(zhì)等大分子有機(jī)物溶解，這些物質(zhì)通過微生物產(chǎn)生的水解酶進(jìn)一步水解，形成小分子的有機(jī)物。微生物的水解過程不斷往復(fù)進(jìn)行，直到水解產(chǎn)物可以直接被微生物所吸收。被微生物吸收的有機(jī)物進(jìn)入酸化發(fā)酵階段，最終被轉(zhuǎn)化為脂肪酸。因此，表面活性劑可以用來提高污泥的水解速率，為產(chǎn)酸菌提供更多的發(fā)酵底物，從而大幅度地提高水解產(chǎn)物在微生物作用下生產(chǎn)有機(jī)酸的量。

羅靜陽等[4]將烷基糖苷應(yīng)用到污泥發(fā)酵過程中。結(jié)果表明：在APG的作用下，不僅增加了揮發(fā)酸的產(chǎn)生量，同時也縮短了發(fā)酵時間。當(dāng)APG量為0.3 g/gTS時，短鏈脂肪酸在第4 d時達(dá)到最大，產(chǎn)酸量為空白樣的7.9倍。

吳慶林等[5]將表面活性劑鼠李糖脂用于污泥發(fā)酵產(chǎn)酸，結(jié)果表明，單獨鼠李糖脂存在條件下，揮發(fā)酸在第4 d時達(dá)到最大，比污泥空白產(chǎn)算量多出75%，極大提高了污泥產(chǎn)酸率。

3 過硫酸鹽對污泥發(fā)酵產(chǎn)酸性能的影響

向污泥中加入過硫酸鹽，系統(tǒng)中會產(chǎn)生硫酸根自由基，硫酸根自由基的強(qiáng)氧化性能夠使污泥絮體結(jié)構(gòu)遭到破壞，進(jìn)而將污泥所包含的水分進(jìn)行濃縮，極大地提高了污泥脫水性能。研究發(fā)現(xiàn)，過硫酸鹽不僅對污泥脫水有很強(qiáng)的效果，還可促進(jìn)污泥發(fā)酵。這是由于過硫酸鹽能夠破解污泥絮體中的細(xì)胞壁，使絮體胞內(nèi)的多糖、蛋白質(zhì)和脂肪等有機(jī)物質(zhì)釋放到胞外，為污泥進(jìn)行厭氧消化提供較為充足的有機(jī)物質(zhì)。貞光音等[6]通過使用二價鐵激活過硫酸鹽來處理污泥，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，污泥經(jīng)二價鐵和過硫酸鹽處理后，消化過程中產(chǎn)生的甲烷氣體大幅度減少，這是過硫酸鹽能夠被二價鐵激活產(chǎn)生硫酸根自由基，硫酸根自由基具有很強(qiáng)作用，能夠破壞產(chǎn)甲烷菌的細(xì)胞膜，從而間接地提高系統(tǒng)產(chǎn)算量。

4 發(fā)展前景

污泥中含有很多易生物降解的有機(jī)物，其主要成分是蛋白質(zhì)、多糖等，它們作為微生物生存所必需的營養(yǎng)物質(zhì)，能夠在特定的環(huán)境條件下，通過微生物的的分解形成有機(jī)酸。且在污水脫氮除磷工藝中，若進(jìn)水COD濃度較低，不能達(dá)到反硝化菌和除磷菌生存所需時，就必須在生化處理系統(tǒng)中投加額外的碳源。而污泥發(fā)酵過程中產(chǎn)生的短鏈脂肪酸可作為碳源直接加入系統(tǒng)中，不僅減少了額外碳源的投資成本，也減少了污泥的排放量，具有非常重要的研究價值。

今后的研究中，應(yīng)試圖將兩種或多種物質(zhì)結(jié)合應(yīng)用到污泥發(fā)酵產(chǎn)酸過程中，進(jìn)一步縮短污泥發(fā)酵時間，同時提高系統(tǒng)中短鏈脂肪酸的產(chǎn)生量。

5 結(jié)語

活性污泥中含有許多豐富的有機(jī)物，它們在一定條件下能夠被微生物分解轉(zhuǎn)化為有機(jī)酸。這些酸可以作為碳源補(bǔ)充污水處理工藝的需要，使污泥同時達(dá)到減量化、穩(wěn)定化、資源化。