两种污泥高级厌氧消化工艺的比较：高温热处理和低温热碱处理

肖本益，唐心漪，易 皓，董立新，韩云平，刘俊新

（1.中国科学院生态环境研究中心，北京 100085；2.生态环境部华南环境科学研究所，广东 广州510530；3.天津市水利科学研究院，天津 300061）

译者： 肖本益；审查： 郑天龙；单位： 中国科学院生态环境研究中心

1 研究亮点

*两种预处理导致的污泥破碎程度相似；

*两种污泥高级厌氧消化具有相似的甲烷产量和有机物去除率；

*两种污泥高级厌氧消化的产甲烷途径不同；

*低温热碱处理具有更高的能量效率。

2 背景

污水处理是一个高能耗过程，其能耗占总运行费用的25%～65%。据估计，污泥厌氧消化效率最大时所产生的沼气可代替污水处理厂70%～80%的能耗。然而传统的污泥厌氧消化存在着停留时间长、甲烷产率低等不足。热处理作为一种成熟的强化污泥厌氧消化的预处理技术，其强化效果依赖于热处理温度。低温热碱处理是提高低温热处理强化效果的一种方法，然而目前缺乏它与高温热处理的比较。因此，本研究比较了耦合高温热处理和低温热碱处理两种污泥高级厌氧消化过程。

3 研究方法

研究采用的高温热处理为（160±1）℃、30 min，低温热碱处理为pH12.0±0.1 和（60±1）℃、30 min。在5 L 连续搅拌的消化罐中进行这两种预处理污泥的半连续厌氧消化，污泥停留时间为20 d。这两种污泥的厌氧消化连续运行了92 d，过程中测定了产气、预处理污泥和消化液性质，通过高通量测序分析2 个厌氧消化在稳定期古菌菌群结构，并进行稳定期的能量评估。

4 主要研究结果

选择的两种预处理具有相似的融胞效果。稳定期，两种预处理污泥的厌氧消化具有相似的消化液性质。同时两种预处理污泥厌氧消化的沼气产量、甲烷浓度、甲烷产量和有机物去除率都十分相近。两种预处理污泥的厌氧消化具有明显不同的产甲烷菌菌群结构：高温热处理污泥厌氧消化的产甲烷途径为严格氢营养型，而低温热碱处理污泥厌氧消化的产甲烷途径为氢营养和乙酸发酵混合型。两种预处理污泥的厌氧消化的能量平衡均为正值。尽管低温热碱处理污泥的厌氧消化液的后处理能耗稍高于高温热处理污泥的厌氧消化液，但是由于高温热处理的预处理能耗（7.2 kJ/g） 高于低温热处理（5.8 kJ/g），而前者厌氧消化过程的产能稍低于后者，因此低温热碱处理具有更高的能量效率。

5 结论与展望

高温热处理和低温热碱处理都能有效破碎污泥、释放出相似量的污泥有机物。尽管耦合两种预处理的污泥高级厌氧消化的效果是相同的，但是两种预处理污泥厌氧消化过程中甲烷化途径不同。同时，低温热处理污泥的厌氧消化具有更高的能量效率。应进一步对耦合低温热碱处理的污泥高级厌氧消化进行研究，以推动其在污泥处理过程中的应用。