城市污泥厌氧发酵产酸技术的发展.docx

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1、城市污泥厌氧发酵产酸技术发展摘要：城市污泥厌氧发酵过程中，控制反应过程可得挥发性脂肪酸（VFAs），因VFAs在工业中有较重要的应用，近年来成为研究热点。针对污泥发酵产酸过程中，产物不稳定、发酵过程复杂、产物反馈抑制等问题，对污泥发酵产酸过程中污泥的性质、影响因素控制及机理进行总结，并结合当前的应用实例，对污泥厌氧发酵产酸的发展前景进行展望。关键词：污泥；厌氧发酵；产酸；VFAs厌氧发酵过程，即在厌氧条件下，某些厌氧或兼性厌氧微生物将有机物最终分解为CH4、CO2和H2O，并利用能量供自身生长繁殖的过程。有

2、机物的生物厌氧发酵过程可以分为三个阶段：水解阶段、产酸阶段、产甲烷阶段[1]。现阶段研究中，研究者们多数集中在如何提高最终产物甲烷的产率，而忽略了对中间产物的利用和研究，如挥发性脂肪酸（VFAs）。近年来，厌氧发酵过程中的中间产物VFAs因其有很高的利用价值，越来越受到人们的关注。我国城市污水厂中多数采用活性污泥法进行脱氮除磷，一方面，大量剩余污泥无处堆放，导致污泥处理成为污水厂发展的一大难题；另一方面，污泥发酵的产物酸可以作为污水脱氮除磷的外加碳源[2]，极大的节约了污水厂的碳源紧缺。并且，将剩余污泥中的

3、有机物转变成中间产物[3,4]，而不是CO2和甲烷等温室气体，有利于减少碳排放，更为城市污泥稳定化和资源化提供了一条全新的思路。然而，污泥发酵产酸过程中，首先，中间产物的形成较难控制，因此产量不稳定[5]；其次，污泥在产酸过程中控制条件较为严格，难以大规模投产；最后，污泥产酸过程中，当产物酸浓度过高，会导致反馈抑制[6,7]，从而影响VFAs的产量。针对上述问题，重点介绍城市污泥厌氧产酸过程中控制因素的影响、技术的发展状况和应用情况，为污泥发酵产酸提供相关依据。1产酸发酵简介1.1产酸发酵的类型依据酸性末端

4、产物中挥发性脂肪酸(VFAs)的分布判断微生物的生理代谢途径。酸性末端产物中始终占据主导地位的物质定义为相应的代谢类型。1.1.1乙醇型发酵经典的乙醇发酵是酵母菌进行的发酵类型，发酵产物只有乙醇和CO2，不产生H2。任南琪等在产酸发酵反应器形成稳定的乙醇型发酵类型时的顶级群落中，没有发现大量酵母菌的存在，而主要有发酵单胞属、拟杆菌属和梭杆菌属的细菌。同时发现发酵液相产物主要以乙醇和乙酸为主，气相中存在大量H2。因而这一发酵类型并非经典的乙醇发酵，而是丙酮酸走乙酰辅酶A旁路[8]。之后，乙酰辅酶A经乙醛脱氢酶

5、作用转变为乙醛，再被乙醇脱氢酶催化生成乙醇，同时伴有乙酸的生成，故称乙醇型发酵。1.1.2丁酸型发酵不少研究结果表明，可溶性碳水化合物的厌氧发酵呈丁酸型发酵，主要末端产物为丁酸、乙酸、H2、CO2和少量的丙酸。丁酸型发酵系统中的优势菌群以梭状芽孢杆菌属(C.butyricum)为主。在两相厌氧处理工艺的产酸相反应器中，丁酸型发酵较常见。研究结果表明，在pH＜5.5或pH＞6时，发酵产物主要为丁酸和乙酸，而pH介于5.5-6.0时，末端产物中丙酸的含量显著提高[9]。由于丁酸发酵的主要末端产物为丁酸和乙酸，在

6、一定条件下，会引起氧化还原过程中的中间代谢产物NADH+、H+与NAD+的平衡产生偏差，因而发酵过程常偏离平衡状态。微生物通过提高丙酸的转化率使代谢达或接近平衡状态。1.1.3丙酸型发酵丙酸的产生和积累对厌氧生物处理系统有重要的影响，易导致系统的pH降低而发生“酸化”。通常来讲，在含有较多脂类和蛋白质的系统中，较易发生丙酸型发酵。由于丙酸型发酵的典型菌群丙酸杆菌属没有氢化酶，因而该类型不产生氢气。丙酸型发酵的顶级群落中优势种群主要是丙酸杆菌属（Propionibacterium）[10]和韦荣氏球菌属(Ve

7、illonella)。2产酸发酵的影响因素2.1污泥预处理活性污泥中的有机颗粒水解[11]为溶解性物质是厌氧消化的限速步骤。由于污泥的溶解性较差，因此需要通过预处理使微生物细胞内含有的大量溶解性有机质释放出来，提高污泥的水解速率，进而提高厌氧消化速率。目前研究与应用较多的预处理方法主要有机械法、加热法、超声波法、化学法与生物法[12-14]等。其中热处理法[15]不仅可以使得污泥中的部分细胞体受热膨胀发生破裂，释放出蛋白质、矿物质以及细胞膜碎片，进而在高温下受热水解、溶化，形成可溶性的小分子有机物，在很大程

8、度上促进污泥厌氧消化；对于产酸发酵来说，热处理还能去除不产芽孢的产甲烷菌群，由于去除了以产酸发酵产物为底物的产甲烷菌，酸性末端产物的产率得以提高。因而成为众多学者研究的热点。2.2温度温度是影响微生物生长繁殖与代谢活动的重要因素之一。温度对产酸发酵细菌的生理代谢影响比较显著，尤其是频繁的温度变化对微生物有较大的影响。厌氧消化的温度可分为低温(0-20℃)、中温(20-42℃)和高温(42-75℃)。在中温范围，3