??? 7）攪拌方式與速度
??? 污泥的接觸方式對(duì)污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸也有影響。苑宏英等研究發(fā)現(xiàn)，采用機(jī)械式攪拌器使污泥處于剪切狀態(tài)，比在裝置中放置磁力攪拌子使污泥處于旋轉(zhuǎn)混合狀態(tài)和采用搖床裝置使污泥處于震搖式混合狀態(tài)更加有利于提高SCOD和總SCFAs的濃度?？赡苁怯捎跀嚢枞~片的不斷剪切作用有利于實(shí)現(xiàn)污泥顆粒的充分接觸，同時(shí)部分顆?？赡鼙黄扑?，從而使污泥顆粒的胞外聚合物（ECP）溶出來，從而有更多的底物促進(jìn)污泥發(fā)酵產(chǎn)酸。研究時(shí)還發(fā)現(xiàn)攪拌速度太快或太慢都不利于SCFAs的生成，取60～80rpm較合適。
??? 2.3提高污泥產(chǎn)酸的方法
??? 在污泥厭氧發(fā)酵的三階段中，污泥中顆粒有機(jī)物質(zhì)水解為溶解性物質(zhì)的速率較慢，是整個(gè)厭氧發(fā)酵過程的速率控制步驟。許多研究者們提出了提高污泥水解速率的方法，從而為提高厭氧發(fā)酵的效率找到新方法。這些方法的基本原理是促使污泥中顆粒態(tài)的有機(jī)物分解為小分子和溶解態(tài)的有機(jī)物，從而可以提高這些有機(jī)物的生物降解性能。文獻(xiàn)中報(bào)道的提高污泥水解速率的方法有熱處理、化學(xué)法、機(jī)械法、氧化法以及生物法等。最近的研究發(fā)現(xiàn)，批式試驗(yàn)中，堿性條件或表面活性劑的作用，顯著促進(jìn)了剩余污泥的水解，為剩余污泥產(chǎn)酸提供了大量的底物，從而提高了短鏈脂肪酸的濃度。
??? 2.3.1 堿性條件促進(jìn)污泥產(chǎn)酸
??? 許多研究者發(fā)現(xiàn)，在常溫下用堿性預(yù)處理可以提高水解效率。Lin等在常溫下（25±3℃），往一種工業(yè)污泥中投加10－50mgNaOH/gTSS（TSS－總懸浮固體濃度）進(jìn)行預(yù)處理，在TSS約為15000mg/L時(shí)，最優(yōu)的投加量為30mgNaOH/gTSS，24h后得到超過24.7％的SCOD。還有一些研究者采用熱堿預(yù)處理手段來提高城市污泥的可生物降解性。Rocher等用NaOH調(diào)節(jié)剩余污泥pH為10，同時(shí)控制溫度為60℃進(jìn)行預(yù)處理20min，污泥進(jìn)入后續(xù)生化反應(yīng)器，48h和350h后污泥中可生化降解的溶解性成份分別為原剩余污泥量的75％和90％。王凱軍等研究發(fā)現(xiàn)，堿性處理污泥后，COD曲線一直呈上升趨勢(shì)，10d后曲線趨于平穩(wěn)；SCFAs曲線也有類似趨勢(shì)，但平穩(wěn)期稍有滯后。說明10d內(nèi)已經(jīng)達(dá)到水解酸化的高峰，此時(shí)約有35％左右的總COD轉(zhuǎn)化為溶解性COD。但這些研究者并未就污泥產(chǎn)酸潛力進(jìn)行進(jìn)一步研究。
??? Yuan等則對(duì)批式試驗(yàn)中，堿性條件下剩余污泥產(chǎn)酸的工藝和機(jī)理進(jìn)行了深入的研究。發(fā)現(xiàn)對(duì)剩余污泥進(jìn)行pH值調(diào)節(jié)，能夠大幅度提高SCOD值。堿性條件下SCOD值明顯高于酸性條件下的值，尤其當(dāng)污泥pH值為10.0或11.0時(shí)，20d的厭氧發(fā)酵時(shí)間內(nèi)，可使SCOD值增加到8000和9000mg/L左右。約占BOD20的60～70％和80～100％，污泥中可生物降解有機(jī)質(zhì)有80％左右轉(zhuǎn)化為可溶COD。pH為8.0～10.0時(shí)，總SCFAsS濃度明顯大于pH為4.0～7.0時(shí)的濃度。特別當(dāng)pH為10.0時(shí)，發(fā)酵12d得到最大產(chǎn)酸濃度為2770.40mgCOD/L，由于發(fā)酵第8d總SCFAss值為2708.02 mgCOD/L，從節(jié)省時(shí)間等方面綜合考慮，認(rèn)為pH為10.0時(shí)，發(fā)酵時(shí)間取8d為較佳值，而pH為10.0是較佳的產(chǎn)酸pH值。六種短鏈脂肪酸中，乙酸是最具優(yōu)勢(shì)的有機(jī)酸，其次是丙酸，乙酸和丙酸占總SCFAs的百分比之和為60～70％左右，再次是異戊酸、異丁酸，最少的是正丁酸和正戊酸。
??? 改變pH值的控制策略對(duì)污泥產(chǎn)酸也有影響。張華星等發(fā)現(xiàn)，比較對(duì)污泥進(jìn)行酸、堿預(yù)處理以及對(duì)污泥發(fā)酵時(shí)pH值進(jìn)行全程控制，即pH＝5預(yù)處理24h，pH＝10預(yù)處理24h，pH＝5全程調(diào)控、pH＝10全程調(diào)控，以及空白對(duì)照，發(fā)現(xiàn)總有機(jī)酸濃度在pH＝10全程調(diào)控最高。苑宏英等在2h內(nèi)調(diào)節(jié)剩余污泥的pH值為堿性10.0或酸性5.0，同時(shí)輔以快速攪拌（410～430rpm）作為預(yù)處理手段，然后恢復(fù)攪拌速度為60～80rpm，同時(shí)pH值再調(diào)為6.0、7.0和8.0，結(jié)果表明前者比后者獲得了更多的SCOD、總SCFAs、單個(gè)酸，以及溶解性蛋白質(zhì)和碳水化合物。對(duì)剩余污泥進(jìn)行短期的強(qiáng)堿性（pH＝10.0）預(yù)處理，輔以快速攪拌，然后pH值再調(diào)為6.0～8.0左右，雖然沒有直接調(diào)pH值為10時(shí)的SCOD、總SCFAs濃度高，但是卻高于pH值直接調(diào)為8.0的情況，而且可以改善裝置的強(qiáng)酸堿腐蝕情況。
??? 苑宏英等對(duì)堿性促進(jìn)污泥發(fā)酵產(chǎn)酸的機(jī)理也進(jìn)行了較為深入的研究。通過比較滅菌與沒有滅菌的剩余污泥產(chǎn)酸濃度，發(fā)現(xiàn)滅菌時(shí)胞外酶失去了活性，而且產(chǎn)酸濃度極少，可以忽略不計(jì)，而不滅菌時(shí)產(chǎn)生的總SCFAs量遠(yuǎn)大于滅菌的情況，調(diào)節(jié)發(fā)酵系統(tǒng)為堿性pH為10.0更加具有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)四種胞外酶仍具有一定的活性，說明堿性條件增強(qiáng)剩余污泥發(fā)酵產(chǎn)酸過程是生物作用占主導(dǎo)。
??? 2.3.2 表面活性劑促進(jìn)污泥產(chǎn)酸
??? 表面活性劑是日常洗滌用品的一個(gè)重要組份，廣泛存在于污水中。表面活性劑分子一般由非極性親油基團(tuán)和極性親水基團(tuán)組成，兩部分分別位于分子的兩端，形成不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，屬于雙親媒性物質(zhì)。各種表面活性劑分子的親油基團(tuán)性能差別較小，親水部分則差別較大，因而表面活性劑的分類一般以親水基團(tuán)的結(jié)構(gòu)為依據(jù)。按親水基團(tuán)的類型不同一般將表面活性劑分為四種：陰離子表面活性劑、陽(yáng)離子表面活性劑、兩性離子表面活性劑、和非離子表面活性劑。
??? 前人在研究污泥厭氧消化時(shí),常常使用熱處理、熱化學(xué)處理、機(jī)械處理、超聲波處理及酶處理等方法來提高污泥水解速率；但是由于以上幾種方法需要特殊的操作條件及較高的投資和運(yùn)行費(fèi)用而受到應(yīng)用限制。以往的研究表明,表面活性劑對(duì)污泥中的有機(jī)物(例如蛋白質(zhì)、多糖等)具有“增溶”作用；在一定的環(huán)境條件下(例如合適的pH),表面活性劑對(duì)微生物的細(xì)胞還有破碎作用。因此，利用用量小，增溶能力好的表面活性劑來提高污泥水解速率，從而大幅度提高水解產(chǎn)物在微生物作用下生產(chǎn)有機(jī)酸的量，成為研究的熱點(diǎn)。如Yue等研究了利用非離子表面活性劑Tween-80在瘤胃底物作用下對(duì)美人蕉厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的影響。
??? 姜蘇等人以城市污水處理廠產(chǎn)生的剩余污泥作為研究對(duì)象，對(duì)比了各種表面活性劑作用下投加量為0.02、0.1、0.2和0.3 g/g時(shí)各自總SCFAs濃度。當(dāng)使用陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉（SDS）時(shí)，剩余污泥分別在厭氧發(fā)酵的第4、6、14和21d達(dá)到最大的SCFAs濃度，它們依次為40.7、890.5、1203.5和1731.6 mg COD/L。而空白試驗(yàn)中剩余污泥的SCFAs最大濃度出現(xiàn)在第6d，其僅為24.4 mg COD/L。當(dāng)使用陽(yáng)離子表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨時(shí)，在試驗(yàn)的21d內(nèi)，剩余污泥產(chǎn)生的最大SCFAs濃度分別為259.1、851.4、909.9和1005.4 mg COD/L。當(dāng)使用兩性離子表面活性劑羧甲基兩性咪唑啉時(shí)，剩余污泥發(fā)酵產(chǎn)生的總SCFAs濃度均在厭氧發(fā)酵的第4d達(dá)到最大值，且隨著咪唑啉加入量的增加而增大，它們依次為42.3、226.4、439.9和990.1 mg COD/L。當(dāng)使用非離子型表面活性劑吐溫80時(shí)，剩余污泥產(chǎn)生的最大SCFAs濃度分別為234.8、350.9、841.0和1206.9 mg COD/L。不難發(fā)現(xiàn)，不同類型的表面活性劑都可以促進(jìn)剩余污泥的發(fā)酵產(chǎn)酸，而且污泥的有機(jī)酸濃度均隨著表面活性劑投加量的增加而增大。在相同的環(huán)境條件和操作條件（表面活性劑的投加量大于0.1 g/g）下，陰離子表面活性劑作用下的剩余污泥的總SCFAs濃度最高。
??? 姜蘇等人進(jìn)一步研究了陰離子表面活性劑SDBS對(duì)剩余污泥發(fā)酵產(chǎn)酸的影響[64]。發(fā)現(xiàn)不同SDBS投加量（0、0.01、0.02、0.05、0.1、0.15和0.2 g/g）下，剩余污泥產(chǎn)生的總SCFAs的最大濃度依次為339.06、1642.59、2599.13、2689.91、3285.23、2892.60、2674.53 mg COD/L，它們分別出現(xiàn)在第6、6、6、9、12、12和15d。顯然，SDBS的加入顯著地提高了剩余污泥的SCFAs濃度。然而，剩余污泥達(dá)到最大SCFAs濃度所需的酸化時(shí)間也隨著SDBS加入量的增加而延長(zhǎng)。從污泥產(chǎn)酸濃度以及經(jīng)濟(jì)成本的角度考慮，SDBS的最佳投加量為0.02 g/g，剩余污泥的總SCFAs最大濃度也出現(xiàn)在厭氧發(fā)酵的第6d，此時(shí)發(fā)酵液中的有機(jī)酸組成為乙酸（27.1%）、丙酸（22.8%）、異戊酸（20.1%）、異丁酸（11.9%）、正丁酸（10.4%）和正戊酸（7.7%）。并發(fā)現(xiàn)，當(dāng)SDBS（0.02 g/g）存在時(shí)，酸性條件（pH＝4.0、5.0和6.0）會(huì)降低剩余污泥發(fā)酵產(chǎn)酸的效果，而堿性條件（pH＝8.0、9.0、10.0和11.0）則利于剩余污泥的發(fā)酵產(chǎn)酸。
??? 對(duì)表面活性劑作用機(jī)理的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，表面活性劑SDBS對(duì)污泥厭氧發(fā)酵的前三個(gè)步驟（首先，污泥中的顆粒態(tài)有機(jī)物脫離污泥表面并溶解到液相中；然后，溶解到液相中的大分子有機(jī)物在微生物產(chǎn)生的水解酶的作用下水解為可被微生物直接吸收利用的小分子有機(jī)物；這些小分子有機(jī)物經(jīng)過酸化作用轉(zhuǎn)化為有機(jī)酸）均具有促進(jìn)作用，而對(duì)于產(chǎn)甲烷過程則具有抑制作用，因此使得中間產(chǎn)物SCFAs得以大量積累。在促進(jìn)剩余污泥發(fā)酵產(chǎn)酸的過程中，表面活性劑的作用僅限于提高污泥的水解速率和產(chǎn)酸速率，并抑制產(chǎn)甲烷菌的活性。有機(jī)酸的產(chǎn)生仍然是剩余污泥中的有機(jī)物被微生物降解的結(jié)果，它的積累也并非來自于表面活性劑自身的降解。此外，投加SDBS的剩余污泥與空白試驗(yàn)中剩余污泥的pH值的變化趨勢(shì)幾乎相同，這表明，加入SDBS引起大量有機(jī)酸的積累并不是由于污泥發(fā)酵系統(tǒng)pH的變化引起的。
??? 2.3.2 剩余污泥連續(xù)流污泥產(chǎn)酸
??? 考慮到實(shí)際污水處理廠都是連續(xù)運(yùn)行，王琴等人對(duì)在堿性條件和表面活性劑作用下，污泥停留時(shí)間（SRT）和溫度對(duì)污水廠剩余污泥連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)短鏈脂肪酸（SCFAs）的影響進(jìn)行研究。
??? 研究發(fā)現(xiàn)在某個(gè)確定的SRT下，污泥發(fā)酵液中溶解性蛋白質(zhì)和碳水化合物的量在所研究的發(fā)酵時(shí)間內(nèi)均基本保持穩(wěn)定；溶出的蛋白質(zhì)和碳水化合物的量隨污泥停留時(shí)間增加而增加；SRT小于12d內(nèi)，SCFAs濃度隨SRT增大而增加。pH為10和SDBS作用時(shí)的最佳SRT都為12d，相對(duì)應(yīng)的平均產(chǎn)酸濃度分別為934和1149.7mgCOD/L，其值分別為空白試驗(yàn)中產(chǎn)酸濃度的3.6倍和4.4倍；在所研究的范圍內(nèi)，不管SRT為多少，產(chǎn)生的SCFAs中乙酸含量最多，其次是異戊酸和丙酸，而正丁酸和正戊酸組份含量最少；pH為10和SDBS作用下，乙酸和丙酸占總酸比例分別為和40.1％和16％、56.3％和8.5％，表面活性劑可以提高生產(chǎn)的SCFAs中乙酸的比例，而堿性條件可以適當(dāng)提高丙酸的比例；污泥中氨氮的釋放隨SRT增加線性增加。
??? 在室溫、SRT為12d時(shí)，連續(xù)流反應(yīng)器中堿性條件和表面活性劑聯(lián)合作用對(duì)剩余污泥水解和產(chǎn)酸的影響研究發(fā)現(xiàn)，污泥水解過程中產(chǎn)生的可溶性蛋白質(zhì)和碳水化合物基本不隨發(fā)酵時(shí)間而變化；持續(xù)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)pH值為10比先用pH10處理8d后再投加SDBS更有利于剩余污泥水解；調(diào)節(jié)系統(tǒng)pH值為10同時(shí)投加SDBS，比只控制堿性條件或只投加表面活性劑時(shí)剩余污泥水解的效率要高，并且產(chǎn)生的SCFAs更多，達(dá)到2055.8mgCOD/L；調(diào)節(jié)系統(tǒng)pH值為10同時(shí)投加表面活性劑所產(chǎn)生的SCFAs中乙酸和丙酸的比例分別為49.6％和12.2％，它們介于只調(diào)節(jié)pH值和只投加表面活性劑之間；堿性條件和表面活性劑聯(lián)合作用時(shí)的氨氮釋放大于只采用堿性條件產(chǎn)或只投加表面活性劑釋放的氨氮量。
??? 3、技術(shù)展望
??? 國(guó)內(nèi)外對(duì)于污泥產(chǎn)酸的研究已經(jīng)取得了一系列的研究成果，但國(guó)內(nèi)對(duì)污泥產(chǎn)酸研究才剛起步，污泥產(chǎn)酸研究機(jī)理和和推廣運(yùn)用還有待深入研究。如果能將污泥產(chǎn)酸推廣到中試和實(shí)際工程，必然可以節(jié)約人類有限的有機(jī)資源并降低污水處理廠的運(yùn)行費(fèi)用，同時(shí)資源化利用污泥有機(jī)物并降低其對(duì)環(huán)境的污染。
???