污泥厭氧消化是一個復雜的生化過程，受到多種因素的制約。即使在相同的處理工藝 和條件下，不同性質的物料厭氧發酵的處理效果也可能不同。因此，改變物料的性質和消 除限速步驟的影響因素是提高厭氧消化效率的有效方法。厭氧菌進行發酵所需的基質包含 在微生物的細胞膜內，只有將這些有機質釋放出來.厭氧菌才能利用它們進行厭氧消化。 因此只有對污泥進行預處理，提高厭氧消化過程中污泥的水解速率，才能夠有效地改善污 泥的消化性能。近年來較常見的污泥預處理方法有機械法、化學法、熱力法和生化法等 (見圖3-8)。下面介紹幾種常用預處理技術的原理和研究進展。

 

3. 5.1.1微波預處理

微波主要通過如下兩個方面破壞微生物細胞壁，從而提高污泥水解效率：

{C}1)    {C}微波可以引起分子振蕩，導致污泥溫度升高，從而引發熱效應；

{C}2)    非熱效應，微波產生的交變電場使細胞壁中大分子的氫鍵斷裂，從而破壞細胞壁 結構，釋放出細胞內有機物質。

Saha等人用2450MH_Z、1250W的微波預處理初沉/剩余污泥，經過21d中溫消化后 發現污泥產沼氣量增加了 90%。S6lyom等人用微波預處理污泥，1000W功率下，吸收能

為0. 54_kJ/mL時.溶解性COD濃度最大，當吸收能為0. 83kJ/mL時，產沼氣量達到最 大（115%).且發現改變微波功率對沼氣產量無影響。_S^:Sl.yom等人的實驗未發現慠波的 非熱效應。高瑞麗等人以210W的微波預處理初沉/剩余污泥5mm,發現累計產氣量增加 I⁷倍，最大產沼氣量為62. 0⁵%。Eskicioglu等人用微波預處理初沉/剩余污泥，發現 溫度在50〜96°C時.微波加熱和傳統加熱法對大分子物質的水解促進作用相同，也未發 現微波對促進污泥水解的非熱效應；但在厭氧消化實驗中，Eskicioglu等人發現■If波的非 熱效應能夠提高污泥中溫厭氣消化產沼氣量。Hong等人發現達到同樣的溫度，徵波預處 理對污泥中細胞的破壞比傳統的熱處理大。與傳統的加熱方式相比.微波預處理升溫快、 能耗少且產生的有毒氣體較少。微波預處理能高效地促進大分子有機物水解成小分子，進 而促進初Stf剩余污泥厭氧發酵產甲烷_的效能。但是影響微波預處理的因素-較多.如徽彼 '功率、密度、處理時間、溫度等，其中任何一個因素的改變，都會導致實驗結果的差異： 3.5.1.2超聲波預處理

超聲波的處理機制主要分兩方面：低頻時的空穴效應和高頻時產生OH、HCV、H- 等自由基團所引起的化學效應。在污泥預處理中，低頻（20〜40kH_z)超聲波處理更有 效。低頻超聲波預處理是以機械振蕩的方式破碎污泥中的絮狀沉淀、菌膠固甚至細胞結 構，從而釋放污柅中的有機物質，從而使其較易被厭氧微生物所利用。

Xu等人的研究表明超聲波預處理可以提高7%〜8%的厭氧消化效率。Apul等人以 領率為24kH_Z，最大輸出功率為400W的超聲波儀處理污泥15min后，發現溶解性COD 50 mg/L增加到2500mg/L。之后他們使用半連續反應器進行試驗，甲烷日產量明顯增 加。使用超聲波處理污泥時，污泥溫度也隨之上升，當處理15min時，溫度上升到70⁼C. 這時熱效應會對污泥產生一定影響。

超聲波預處理污泥的影響因素較多,，包括超聲波頻率、強度以及處理時間等，不同的 鈣率、強度和處理時間都會對有機物質的釋放及可生物降解性的增加產生不同程度的影 tt,在超聲波預處理過程中，同時會引起污泥溫度的升高，也可導致熱效應&因此，對污 泥進行超聲波預處理時，會產生超聲波和熱預處理的綜合效應。

丨3. 5.1. 3熱預處理

熱預處理通過破壞微生物的細胞壁,，將胞內有機物釋放，使不溶性有機物轉化為溶解 性有機物，大大縮短水解過程> 從而加速污泥的水解酸化產氣，提高初沉/剩佘污泥厭氧 _：發酵產沼氣效能。許多研究者對熱預處理促進初沉/剩余污泥厭氧消化進行了深入研究， 熱預處理的溫度范圍從60°C到270°C。常見的污泥預處理溫度范圍是60〜180°C:，100°C K下的熱預處理被稱作低溫熱預處理^熱預處理方式是一種較為傳統的處理方法，但其需 要一定的特殊設備,，尤其是高溫熱預處理。

丨J5.1.4機械預處理

機械預處理是利用處理過程中產生的剪切力，破壞污泥絮體及微生物細胞壁，釋放其 4¹的有機物質。常用的機械預處理方法有離心溶胞法、高壓均質法、轉動磨球法等。

{C}■       Dohanyos等人用離心溶胞法預處理初沉/剩余污泥，在³⁵°C下厭氧消化,²Sd后，發 ^；觀產氣量增加了 85%。國外一些污水處理廠運用離心溶胞預處理污泥，產氣量增加了

{C}■   1廠：以上。Onyeche等人用高壓均質法預處理初沉/剩余污泥，厭氧消化后產氣量增加了 ^f .31: '. : Taier等人用轉動磨球法預處理初沉/剩余污泥，在37°C下厭氧消化21d后，發現