超聲-堿預處理以促進污泥水解效率的研究進展

張婧偉，白周央，楊樹成

（西安交通大學能源與動力工程學院，陜西西安710049）

隨著我國廢水排放量的持續增加，2013年我國干污泥年產量已達625萬t〔1〕。厭氧消化是一種重要的污泥處理技術，可實現污泥減量化和資源化。但復雜的絮體結構和細菌堅固的細胞壁會阻礙污泥與各水解酶的作用〔2〕，導致水解過程成為污泥厭氧消化的限速步驟，嚴重限制了該技術的應用。

通過預處理破壞污泥絮體和細菌細胞壁，可促進絮體和細胞內物質的釋放，使底物更易被微生物利用，能夠解除水解限制。污泥的預處理方式包括機械預處理（超聲〔3〕、微波〔4〕、高壓脈沖電場〔5〕等）、熱預處理〔6〕、化學預處理（堿〔7-8〕、酸〔9〕、臭氧〔10〕等）、酶預處理〔11〕等，其中超聲和堿處理具有良好的預處理效果而被廣泛研究。本研究對超聲與堿處理污泥的原理、機制、處理效果進行了綜述，重點分析了超聲與堿聯合預處理的研究進展。

1 污泥的超聲和堿預處理

1.1 污泥超聲預處理

超聲波根據頻率可分為功率超聲（20~100 kHz）、高頻超聲（100kHz~1MHz）、診斷超聲（1~500MHz）〔12〕。超聲技術最初應用于聲吶，因意外發現聲波會殺死魚類，由此誕生了用超聲波破壞或滅活生物細胞的方法〔12〕。20世紀60年代低頻超聲波被首次用于實驗室規模的細胞裂解研究〔2〕，70年代首次應用于污泥絮體分散研究〔13〕。

超聲處理污泥時會在介質中產生交替的壓縮和拉伸作用〔14〕，壓縮階段將分子推到一起而對介質施加正壓，拉伸階段對介質施加負壓，使分子間距離變大，負壓達到一定程度時會在稀薄區域形成微氣泡（空化氣泡）。……