【ESE研究论文】污水厂剩余污泥三种预处理方法的全面评估研究
本研究比较了臭氧化、亚铁/过硫酸盐体系和冻融法三种污泥预处理方法对污泥破解、厌氧消化性能和污泥最终处置的影响。
在污泥理化性质变化上，冻融预处理取得了最佳效果，其可以使污泥的脱水率和沉降率分别提高7.8%和47.1%。臭氧预处理对污泥的脱水性和沉降性的提升效果强于亚铁/过硫酸盐体系。经不同预处理技术处理后，污泥体系被破坏，胞内物质释放到上清液中。在这一方面，冻融预处理对污泥的溶解性提升效果明显高于臭氧和亚铁/过硫酸盐体系。但是，由于臭氧的强氧化性，臭氧预处理可以氧化释放的胞内物质形成小分子的挥发性脂肪酸，最高产值为320.82 mg SCOD/L。此外，胞内有机物的释放会同时将一些有害物质释放到污泥液相中如：嗅味污染物硫化物和重金属。臭氧预处理对释放的硫化物有较好的控制效果，而冻融这一物理技术手段对硫化物的释放未能起到良好的控制效果。在控制重金属释放问题上，亚铁/过硫酸盐预处理展现出了独特的优势，这是由于其体系中原位生成的三价铁絮体可以吸附和絮凝污泥上清液中的重金属从而降低了污泥液相中的重金属含量。在污泥厌氧消化过程中，上清液中VFA含量与污泥水解速率呈正相关关系，因此臭氧预处理对污泥水解速率的促进作用大于对甲烷生成势的促进作用。然而，冻融预处理有效地提高了污泥的溶解性，这一现象促进厌氧消化过程中的甲烷生成势，具有较高的经济效益。对消化后的污泥进行评估发现臭氧预处理后的消化污泥中，挥发性脂肪酸的含量得到明显提升。这些消化后的污泥可以重新投加到污水处理工艺中作为微生物的碳源，有利于碳的循环利用。此外，臭氧预处理明显降低了消化污泥的体积，有利于降低后续的污泥运输和处理费用。
不同的预处理方式具有不同的特性，对他们开展比较研究有利于根据不同的处理目标和污泥特性来选择合适、经济的预处理技术。
文章亮点
1. 臭氧预处理有助于生成挥发性脂肪酸和去除污泥体系中的硫化物；
2. 亚铁/过硫酸盐体系中原位形成的三价铁有利于去除污泥体系中的重金属；
3. 冻融预处理更利于提升污泥的破解效果和甲烷产量；
4. 臭氧化易于促进消化后的污泥再利用。
文章配图
图1 不同预处理方式对污泥破解，甲烷产量以及最终处置的综合评述
图2 不同预处理方式对污泥上清液中蛋白质（a），多糖（b）和挥发性脂肪酸（c）含量的影响；预处理上清液中有机物的分子量变化（d）
图3 消化污泥的挥发性脂肪酸含量（a），VS剩余量（b），毛细抽吸时间（c）以及粒径分布（d~f）的变化
作者信息
第一作者 | 何海洋，哈尔滨工业大学环境学院博士三年级研究生，从事污水处理和高级氧化技术在水处理工艺中的应用研究。
通讯作者 | 邱微，哈尔滨工业大学环境学院教授，博士生导师，城市水资源与水环境国家重点实验室成员。从事碳/水生态足迹核算、饮用水水质安全保障、剩余污泥减量化与资源化等研究。
通讯作者 | 马军，中国工程院院士、哈尔滨工业大学环境学院教授/博士生导师，城市水资源开发利用国家工程研究中心主任、城市水资源与水环境国家重点实验室饮用水安全学术带头人。
论文ID
原文题目 ｜ Waste sludge disintegration, methanogenesis and final disposal via various pretreatments: Comparison of performance and effectiveness
引用信息 ｜ He, H., Xin, X., Qiu, W., Li, D., Liu, Z., & Ma, J. (2021). Waste Sludge Disintegration, Methanogenesis and Final Disposal via Various Pretreatments: Comparison of Performance and Effectiveness. Environmental Science and Ecotechnology 8: 100132.
编辑 陈卓
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期刊简介：
Environmental Science and Ecotechnology是由中国科协主管，中国环境科学学会、哈尔滨工业大学、中国环境科学研究院共同主办，Elsevier出版发行的高定位、同行评议、开放获取国际科技期刊。期刊已获得国家新闻出版署批准办刊，国内统一连续出版物号为CN10-1631/X（英文，季刊），国际刊号为ISSN 2666-4984。自2020年创刊至今，ESE以钻石获取方式发行，即免费向作者和读者提供出版服务。