CaO2和污泥厌氧消化性能的关系

摘要：近年来，污泥厌氧消化得到了广泛关注，一方面能够实现污泥的减量化，另一方面又能得到有价值的消化产品。

由于水解过程是限制厌氧反应的重要步骤，因此利用CaO2强化污泥厌氧消化中水解和酸化过程。结果表明，适量的CaO2的投加量能够显著促进污泥的水解和酸化过程，但对甲烷化有抑制作用。当CaO2投加量为0.2g/g(污泥以挥发性悬浮固体(VSS)计)时，挥发性脂肪酸(VFA)的最大积累量为253.6mg/g，但CaO2对VFA的组成影响不大。

关键词：污泥，CaO2，厌氧消化，水解，酸化，甲烷化

活性污泥法是目前生活污水处理厂中应用广泛的污水处理方法，该方法具有投资低、处理效率高等优点。但是该工艺会产生大量的剩余污泥，剩余污泥中含有有毒有害物质，若处置不当会造成环境的二次污染。另一方面，剩余污泥中含有大量的蛋白质和碳水化合物，是一种可利用资源。污泥厌氧消化技术可以很好地处置污泥，实现污泥的减量化、无害化和资源化[1]。

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厌氧消化过程主要包括水解、酸化和甲烷化3个主要步骤[2]。水解过程是限制污泥厌氧消化的主要步骤，原因在于污泥外包裹的微生物胞外聚合物(EPS)和细胞壁阻止了该步骤中微生物胞内物质的释放，使得挥发性脂肪酸(VFA)、氢气和甲烷等的产量很低。

YUAN等[3]研究发现，pH=10的碱性条件可以强化污泥水解反应，使得VFA大量积累。LI等[4]报道，1.8mg/L游离亚硝酸(FNA)能够有效地破解EPS和细胞壁。YAN等[5]应用超声技术很好地实现了污泥减量和VFA积累。ZHENG等[6]发现，碱性消化反应过程中的主要微生物为水解细菌和酸化细菌。CaO2是一种白色或淡黄色的固体，具有高能过氧化共价键。CaO2能够在水化介质中缓慢释放氧气，同时生产强氧化性物质H2O2和碱性物质Ca(OH)2。

在水处理中，CaO2生产H2O2和Ca(OH)2的速率比较容易控制，因此投放CaO2比直接投放H2O2效率更高。目前，CaO2已经成功应用到地下水的处理，用于氧化分解难降解物质[7]。然而，将其用来处理污泥尚未见文献报道，因此本研究探究了CaO2对污泥厌氧消化性能的影响。

1材料与方法

1.1实验材料实验中所用污泥取自海口某污水处理厂，污泥取回后在实验室4℃冰箱内沉淀24h。沉淀后污泥基本性质如下：pH=6.8±0.1，总悬浮固体(TSS)=(12130±256)mg/L，挥发性悬浮固体(VSS)=(9815±240)mg/L，总蛋白质=(8412±125)mg/L，总糖=(1542±82)mg/L。

CaO2纯度≥98%。

1.2污泥厌氧消化反应

在5个相同的600mL厌氧反应器中加入500mL污泥，CaO2投加量分别为0、0.1、0.2、0.3、0.4g/g(污泥以VSS计，下同)。当投加完污泥和CaO2后，充氮气10min以排出厌氧反应器内的空气，保证厌氧环境。厌氧反应器内置搅拌器，转速控制为150r/min，初始pH控制为7.0±0.1，温度为25℃，反应时间为15d。

1.3分析方法

溶解性化学需氧量(SCOD)采用重铬酸钾法测定，氨氮采用纳氏试剂比色法测定，TSS和VSS采用重量法测定。VFA和甲烷的分析采用气相色谱法[8-9]，其中VFA以COD计，甲烷以标准状况下的体积计。总蛋白质和总糖的分析分别以牛血清蛋白和葡萄糖作为标准物，以COD计[10]。溶解性总蛋白质和溶解性总糖过滤后测定。

2结果与讨论

2.1CaO2对SCOD的影响

SCOD的变化能够反映水解程度的大小。图1为不同CaO2投加量下SCOD的变化。CaO2投加量为0g/g时，SCOD随反应时间的延长而缓慢增长。在相同反应时间条件下，SCOD随CaO2投加量的增加而急速上升，反应时间为3d时SCOD出现最大值，而后趋于稳定，故而图1中只给出了0～8d的数据。

由此可见，CaO2能够强化污泥的水解过程，使得消化液中SCOD的含量增加，反应时间为3d时水解达到平衡。