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如何提高剩余污泥的厌氧消化效能和脱水性能

微波(microwave,MW)作为热处理方式之一，具有加热速度快、加热均匀、过程易于控制等优点，正逐渐被应用于污泥预处理.近来的研究表明，微波预处理能有效破碎污泥，释放污泥EPS和微生物胞内蛋白质、多糖等溶解性有机物.而污泥厌氧消化过程受限于复杂大分子有机物的水解，微波预处理使污泥溶解性有机物释放，理论上可以强化污泥厌氧消化性能.Eskicioglu等[1]利用CEM微波消解仪(MARS-5、0~1250W、2450MHz、0~260℃、0~33bars)处理污泥，结果表明，在50~175℃范围内，单独微波预处理可以在不同程度上提高污泥厌氧消化的沼气产量，在175℃时能增加31%的沼气产量.此外，酸、碱、H2O2的添加，能与微波在污泥预处理中发挥协同作用，强化微波对污泥的溶胞效果[2].与单独微波预处理可以提高污泥厌氧消化性能相比，微波与酸、碱、H2O2组合工艺虽能显著强化污泥溶胞效果，但对污泥厌氧消化性能的强化作用却不尽相同.Jang等[3]用CEM微波消解仪(MARS、0~1600W、2450MHz、0~330℃，0~10MPa)将污泥加热到135℃，并与NaOH组合(20meq·L-1)预处理污泥，在不同厌氧消化SRT下，每天产气量均有明显提高.Eskicioglu等[4]在利用微波(MARS-5、0~1250W、2450MHz、0~260℃、0~33bars)将污泥加热到100℃，与H2O2组合强化污泥厌氧消化研究中，却发现在H2O2/TS(质量比，H2O2浓度100%V/V)=1的H2O2投加量下，预处理后单位污泥投加量的累计产甲烷量相比于对照组降低了25%，MW-H2O2预处理虽然促进了污泥非溶解性有机物的释放，污泥厌氧消化过程反而受到抑制.针对上述H2O2投加量过多导致处理后污泥厌氧消化受抑制，Eskicioglu建议未来研究中需进一步降低H2O2的投加量至0.5g·g-1(H2O2/TS，下同)及其以下.Shahriari等[5]在研究MW-H2O2预处理强化城市有机固体废物厌氧消化时，利用CEM微波消解仪(MARS-5、0~1200W、2450MHz、0~250℃、0~3.45MPa)将污泥加热到85℃，添加H2O20.66g·g-1，也发现了厌氧消化过程受到抑制的现象.导致上述现象的发生可能是因为H2O2过量投加(0.5g·g-1)，残留的H2O2抑制了厌氧消化，或者H2O2在微波加热作用下，生成·OH，发生高级氧化(advancedoxidationprocess,AOP)作用，生成了对厌氧消化微生物菌群有毒性抑制作用的副产物.

此外，目前国内外学者在微波预处理污泥研究中，大多采用密闭微波消解仪，进行高温高压污泥预处理.但由于密闭加压系统较为复杂，高压、高温的操作条件也存在一定的安全隐患，实际工程应用困难.有研究者已考察了大量常温常压下微波及其组合工艺进行污泥预处理时碳、氮、磷的释放特征[6,7,8,9]，并据此对不同组合工艺进行了优化.所以，在此基础上，本研究基于常温常压下的微波预处理，考察和比较了低剂量H2O2(≤0.2g·g-1)投加策略[9,10]下的MW-H2O2-碱、MW和MW-酸这3种微波及其组合工艺对污泥厌氧消化的强化效果，并对预处理后污泥脱水性能等进行了比较和分析，以期在探求强化污泥厌氧消化的同时改善污泥脱水性能.1材料与方法1.1试验装置

试验采用的微波设备为自主研制的微波反应器(JWFY-1T，定制于巨龙微波能设备公司)，频率为2450MHz，磁控管最大输出功率和温度分别为1kW，100℃.反应容器为容积2L的塑料容器，容器上部敞开，配备了搅拌桨均质和热电偶温度传感器实时监测温度.1.2试验方法

试验所用污泥为北京小红门污水处理厂厌氧消化进泥，污泥取回后过筛(18目)除去大颗粒杂质，依据文献[6,7,9]优化后的微波及其组合工艺操作条件，按表1进行污泥预处理，其中MW-H2O2-OH预处理工艺选取0.06g·g-1和0.2g·g-1两个H2O2投加剂量.预处理后污泥的pH调节近中性(6.8~7.5)，厌氧消化产甲烷潜势(BMP)采用产甲烷活性(specificmethanogenicactivity,SMA)测试系统(AMPTSⅠ,bioprocesscontrol,瑞典).650mL的反应器装入厌氧污泥和基质，有效体积为400mL.污泥厌氧消化产甲烷潜势(BMP)测试的污泥接种比(inoculumtosubstrate,I/S)通