污泥厌氧消化：稳定化处理的关键技术及预处理策略

厌氧消化是污泥稳定化处理的重要技术措施，通过水解酸化菌、厌氧细菌等将污泥中的大分子有机物分解为CO2、H2S和CH4等气体，实现有机质的充分利用[23]。厌氧消化过程较为复杂，通常由水解、产酸、产乙酸、产甲烷四个阶段组成[24-25]。

水解阶段: 复杂的不溶性聚合物被水解酸化菌转化为简单的可溶性单体或二聚体(氨基酸、单糖和甘油)的过程[26]。因为污泥细胞壁与胞外的聚合物(EPS)会限制胞内物质的释放和再利用，导致水解阶段成为限制污泥厌氧消化的主要步骤[27-29]；产酸阶段：水解过程中形成的组分在产酸过程中被分解，产酸细菌生成VFA，醇类和其他副产物[30]。产乙酸阶段：水解产酸阶段产生的简单可溶性有机物在产氢产酸菌的作用下进一步分解为挥发性脂肪酸(如丙酸、乙酸、丁酸等)、二氧化碳和氢气等；产甲烷阶段：产甲烷菌分别将乙酸、H2和CO2转化为甲烷。

厌氧消化过程产生的甲烷主要来自于乙酸（占总量的2/3），由H2和CO2转化生成的甲烷约占其总量的1/3[31]。水解过程是限制污泥厌氧消化产甲烷的主要步骤，可以通过污泥预处理达到较高的厌氧反应水解速率，常采用的预处理措施有：物理处理、化学处理、超声处理等[32-34]。根据Siamak[35]等研究，在热预处理和超声预处理方法中，热预处理的效率更高，污泥的高温消化导致甲烷生产率提高160.8％。Calderon[36]等研究发现，室温下将剩余污泥同时采用FeCl3和亚硝酸盐处理24h，预处理后的剩余污泥降解率明显提高，水解率相对提高30%，实现了一种强化厌氧消化预处理的新方法。张娟[37]研究发现，当污泥与草本植物混合比为1:2时，VFA与甲烷产量均达到最高，且超声预处理能更好的提高混合发酵的甲烷含量。Xiao[38]等研究发现，添加碱可降低热处理的温度并增强污泥的厌氧消化效果，添加Na OH使低温预处理时污泥的产甲烷量从152.3 mL/gVS增加到178.9 mL/gVS，并显著影响产甲烷菌的微生物群落结构。张博[39]等对高固体浓度污泥进行CaO碱解预处理后，结果显示污泥粒径未发生显著变化，但蛋白质、多糖与SCOD浓度均呈现上升趋势，高固相厌氧消化累积产甲烷量增加22.9%~34.8%。

厌氧消化是一种常见的污泥稳定化处理方法，被广泛应用于我国。通过水解酸化菌、厌氧细菌等微生物将污泥中的有机物分解为CO2、H2S和CH4等气体，实现有机质的充分利用。厌氧消化过程包括水解、产酸、产乙酸和产甲烷四个阶段。

在水解阶段，复杂的不溶性聚合物被水解酸化菌转化为简单的可溶性单体或二聚体。水解过程受到污泥细胞壁和胞外聚合物的限制，是厌氧消化的主要限制步骤。在产酸阶段，水解产物被进一步分解为挥发性脂肪酸、二氧化碳和氢气等。产乙酸阶段则是产氢产酸菌将有机物质转化为乙酸、H2和CO2。最后，在产甲烷阶段，产甲烷菌将乙酸、H2和CO2转化为甲烷。

水解阶段是限制污泥厌氧消化产甲烷的主要步骤。为增加水解速率，常采用污泥预处理方法，如热处理、超声处理和化学处理等。研究表明，热预处理能够提高水解速率和甲烷产率。其他预处理方法，如添加FeCl3和亚硝酸盐、混合草本植物、使用碱性物质等也能改善水解效果和甲烷产量。

综上所述，厌氧消化是一种重要的污泥稳定化处理方法，能够减少污泥的体积、无害化处理有机物，并实现有机质的充分利用。通过合适的预处理方法，可以提高水解速率和甲烷产率，进一步提高厌氧消化的效果。