污泥厌氧消化预处理工艺

污泥厌氧消化制氢与消化产甲烷在工艺条件上有所不同，从而导致有机物降解停留在不同阶段。通常情况下，有机质厌氧消化反应一般包括水解、酸化、产氢产乙酸和产甲烷等阶段。要想使反应停留在产氢产乙酸阶段时，可以通过有机质消化来产生氢气。此时pH值一般在4.5～5.5之间，消耗氢气的产甲烷细菌活动受到完全抑制，系统主要产生氢气和二氧化碳。存在于污泥中的大部分有机物是微生物的细胞物质，这些物质由微生物的细胞壁所包裹，从而难以被微生物所利用。研究表明，污泥的水解过程是污泥厌氧发酵产氢的限速步骤。为了提高污泥厌氧发酵的效率，加速污泥进行厌氧发酵，通常采用一些预处理方法来破坏污泥细胞的细胞壁，将污泥细胞内的物质释放出来以被微生物所利用。目前常用的预处理方法主要有热水解、化学处理、超声破碎、机械破碎、酶水解等。

01热水解预处理工艺

在热处理过程中，污泥中存在的固体有机物经历了溶解和水解两个过程。首先是微生物絮体的离散和解体，细胞内的有机物质不断地被释放出来并进行溶解；然后溶解性有机物不断发生水解，碳水化合物经过水解成为小分子的多糖或单糖，脂肪经过水解成为甘油和脂肪酸，蛋白质经过水解成为多肽、二肽和氨基酸，氨基酸进一步水解生成低分子有机酸、氨及二氧化碳。由于热水解预处理工艺加速了污泥的水解过程，污泥中含有的难以生化降解的固体有机物转化成易生化降解的小分子有机物，因此，通过热水解，污泥的厌氧消化性能得到了改善。同时，热水解处理后，污泥的碱度增大，可以提高后续厌氧消化体系的缓冲性能。

污泥在经过热水解预处理后，系统内的挥发性有机酸（VFA）和溶解性化学需氧量（SCOD）的浓度显著增大、pH值降低、碱度增大。并且，在总化学需氧量（TCOD）中，热水解污泥溶解性化学需氧量的比率随着热水解温度和热水解时间的延长不断增大。通过热水解预处理工艺，可促使污泥固体的溶解和水解，进而提高污泥的厌氧消化性能。在170℃的热水解进行30min时，污泥中TCOD去除率从预处理前的38.11%提高至56.78%，污泥中TCOD的生物气产率从热水解前的160mL/g提高至250mL/g。而当温度过高时，则会有中间产物生成，在一定程度上会抑制厌氧消化。污泥经过30min、170℃的热水解预处理后，上清液容易进行厌氧消化，TCOD去除率达到89.50%，同时提高了悬浮固体的厌氧消化性能，TCOD去除率为44.47%。

02酸性预处理工艺

国内研究人员对市政污泥进行了不同pH值的酸性预处理，以酸性预处理的污泥作为基质，进行了厌氧发酵产氢的批量试验。研究发现，通过酸性预处理可以对耗氢菌起到抑制作用，最佳的酸性预处理条件为调整原污泥pH值至3，放置24h；经过pH值为2的酸性预处理，污泥对产氢菌和耗氢菌均有强烈的抑制作用，而当pH值高于4时，酸性预处理工艺对耗氢菌的抑制不再明显。酸性预处理具有一定的融胞作用，可以使污泥中溶解性的糖和蛋白质含量增加，不同的酸性预处理工艺对糖和蛋白质的溶解效果均随着pH值的升高而降低。在pH值为2的酸性预处理污泥过程中，可溶蛋白质和可溶糖的浓度分别达到了原污泥的9.9倍和3.1倍。在厌氧发酵产氢的过程中，酸性预处理污泥主要降解的有机物质为蛋白质，其中蛋白质降解率达55.91%，糖降解率达29.09%。经过pH值为3的酸性预处理后，在调节初始pH值为11时进行厌氧发酵产氢，其最大累积产氢量高达14.66mL/g。