摘要：

　　在污泥中投加2种表面活性剂SDS和SDBS进行预处理，从COD溶出率、溶解性糖类和蛋白质3个方面对预处理后污泥的性质进行了研究。结果表明，二者的加入极大地促进了污泥的水解，低剂量范围时SCOD随投加剂量增加而显著升高，投加剂量在50mg/gdw以上时SCOD增幅不明显。SCOD分别由初始时的638.5mg/L最高上升到6446.8mg/L（SDBS）和4857.2mg/L（SDS），溶出率分别由初始时的5.8%最高上升到37.3%（SDBS）和30.2%（SDS）。在0～150mg/gdw剂量范围内，溶解性糖类和蛋白质随两者投加剂量增加呈线性升高趋势，溶解性糖类分别由初始时的3.54mg/L最高上升到95.56mg/L（SDBS）和64.20mg/L（SDS）。溶解性蛋白质分别由初始时的11.72mg/L最高上升到706.30mg/L（SDBS）和541.08mg/L（SDS）。氨氮和VFA浓度也随投加量升高，氨氮浓度分别由初始时的4.21mg/L最高上升到130.33mg/L（SDBS）和10274mg/L（SDS）；VFA浓度分别由初始时的21.27mg/L最高上升到358.30mg/L（SDBS）和283.12mg/L（SDS）。

　　关键词：

　　预处理；SDS；SDBS；污泥水解

　　随着污水处理深度和广度的不断提高，污泥产量逐年增加。据Wilson[1]等的报道，污泥的处理处置费用已经占到了污水厂建设总资本的30%～40%。而1个完善的污泥处理系统，其运行成本往往占整个污水处理厂总运行成本的50%以上[2]。污泥中含有致病菌，如不对其进行合理的处理则会对环境造成污染[34]。在众多的处理方法中，厌氧消化技术被普遍认为是一种经济且环境友好的技术，它能够降解污泥中的有机物并将其转化成为可作为宝贵能源使用的生物气体（55%～70%CH4）[5]。在厌氧消化的水解、酸化和产甲烷3个阶段中，水解阶段是限速步骤[6]。为了强化水解效果，一种可行的方法是对污泥进行细胞破解预处理，通常的预处理方法包括机械、加热、化学和生物方法，这些预处理的目的都是为了溶解有机物或者减小它们的粒径，使它们更易被生物降解[78]，从而最终减少剩余污泥的量和消化停留时间。Chang等利用超声波对污泥进行破解，提高了污泥COD的溶解率，从而有效缩短了污泥消化的停留时间；ValdelRio[9]等对好氧颗粒污泥进行热处理，提高了其厌氧消化的可生物降解性。而利用表面活性剂的两亲作用和增溶作用强化污泥水解，是改善污泥消化性能的有效途径之一。Kun[10]等利用表面活性剂SDS和外加酶联合对剩余污泥进行预处理，使污泥中SCOD获得显著升高；Garcia[11]等考察了不同浓度阴离子表面活性剂对污泥厌氧消化产气的影响，结果表明一定浓度范围内的阴离子表面活性剂对污泥消化产气有促进作用，但超过一定浓度后，会对产甲烷过程产生抑制作用。目前，中国在利用表面活性剂强化污泥水解、改善污泥消化性能这方面的研究较少，对于两种表面活性剂的比较研究更是鲜见报道。实验以SDS（十二烷基硫酸钠）和SDBS（十二烷基苯磺酸钠）这2种常用的表面活性剂作为研究对象，考察了投加两者后对污泥水解效果的影响，以期对表面活性剂在污泥预处理方面的研究和应用起到一定的借鉴和参考作用。

　　1材料和方法

　　1.1实验材料和试剂

　　实验所用污泥取自重庆市某污水处理厂二沉池剩余污泥，污泥先经过30min沉淀，弃去上清液，再经过1mm的筛网过滤去除杂质后，于4℃冰箱中保存备用，其特性如表1所示。

　　实验用SDS（十二烷基硫酸钠）、SDBS（十二烷基苯磺酸钠）及其它试剂均为分析纯。

　　1.2实验装置和方法

　　实验采用的反应器为德国产肖特瓶，有效容积为400mL，置于恒温水浴箱中，上部安装有搅拌电机，实验装置简图如图1所示。

　　取400mL剩余污泥加入到BMP测定系统的反应器中，根据测得的污泥含固率投加一定量的SDS和SDBS，充分混匀后向反应器中充入氮气约4分钟以驱除瓶内残留的空气，设定水浴温度为35℃，搅拌时间间隔为转1min停1min，转速45r/min，8h后取样进行分析，测定其pH、SCOD、TCOD、溶解性糖类、溶解性蛋白质、氨氮以及VFA含量。各实验同时设立空白对照组，所有数据均去除加入物质本身所带来的影响。

　　图1实验装置示意图

　　1.3分析测试方法

　　TS、VS采用国标称重法测定；pH采用pH计测定；TCOD、SCOD采用标准重铬酸钾法测定，其中SCOD是在10000r/min的转速下离心10min后上清液的化学需氧量；上清液中的蛋白质采用Folin酚法测定；可溶性糖采用苯酚硫酸法测定；氨氮采用纳氏试剂分光光度法测定；VFA采用蒸馏法测定。

　　2结果与分析

　　2.1对污泥pH的影响

　　设立2组实验，每组污泥样品都投加一定量的SDS、SDBS，投加量均为0、10、20、50、100、150mg/gdw。反应8h后，各反应器中pH的情况如图2所示。

　　图2pH随SDS和SDBS投加量的变化

　　从图中可以看出，原污泥的pH为7.57。投加表面活性剂后，2组的pH均有所下降，且高剂量的样品的pH更低一些。其中SDBS组的pH在7.51～7.19之间，SDS组的pH则在7.54～7.23。分析其pH下降的原因，可能与水解产酸过程有关，因为水解作用的增强，给酸化过程提供了丰富的底物，一定程度上也促进了酸化作用的进行，而脂肪酸的产生也会使得pH出现一定程度的下降。但从总体看，pH的变化始终是在产甲烷菌比较适宜的范围内的，并未产生所谓的“酸化”现象，对后续的厌氧消化不会存在不利影响。

　　2.2对污泥SCOD、TCOD的影响

　　反应8h后，污泥中SCOD、SCOD/TCOD随SDS、SDBS投加量的变化如图3所示。

　　图3SCOD及SCOD/TCOD随SDS和SDBS投加量的变化

　　如图3可知，未添加表面活性剂污泥的SCOD为638.5mg/L，SCOD溶出率仅为5.8%；当SDBS投加量为10mg/gdw时，SCOD和SCOD溶出率分别达到了1321.5mg/L和11.6%。而同样的投加量下，SDS组的SCOD和SCOD溶出率分别为1140.2和98%。说明当加入低剂量的表面活性剂时，污泥就有了较好的水解效果。但随着SDS和SDBS投加量的增加，SCOD和SCOD溶出率二者的增加幅度均变缓，曲线逐渐趋于平坦。当SDBS加入量为150mg/gdw时，SCOD达到了最大值6446.8mg/L，同时SCOD溶出率达到最大值373%。SDS组的变化趋势与SDBS基本类似，同样在150mg/L的投加量下SCOD及其溶出率达到最大（SCOD为4857.2mg/L，溶出率为30.2%）。但相同投加量下，SDS组增容效果均低于SDBS组。就整体而言，两种表面活性剂较未投加的对照组均有非常显著的增溶效果。

　　污泥的水解反应实际是污泥中的碳水化合物、蛋白质、脂肪等不溶于水的大分子有机物在淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等水解酶的催化作用下，逐渐水解为溶解性多糖、多肽、脂肪酸等溶解性物质，直至最终水解为单糖、氨基酸、短链脂肪酸的过程。然而，大分子有机物的水解速率较慢，是有机物生物降解的限速步骤[12]。如果能够提高水解速率，一方面可以缩短系统的水力停留时间，另一方面还能够提高有机物的去除率。表面活性剂之所以能够提高污泥的水解效率，主要与表面活性剂对污泥表面物质的作用有关。表面活性剂不但具有“两亲”即亲水亲油的性质，而且还有“增溶”作用。两亲作用是指表面活性剂连接于污泥表面的大分子（具有亲油性）与水分子之间，在外界搅拌力的作用下，污泥表面的大分子物质（例如蛋白质等）能够脱离污泥颗粒；而增溶作用是指表面活性剂使一些溶解度不大或者难溶解的物质溶解度增加的现象。表面活性剂的“两亲作用”和“增溶作用”促使大量的碳水化合物和蛋白质脱离污泥颗粒表面并溶解到液相中，从图4、图5中溶解性糖类和蛋白质含量的升高也可以说明这一趋势。而继续增加表面活性剂投加量时SCOD溶出率增速放缓，可能是增溶作用已达到一定程度，大分子有机底物浓度的升高抑制了有机质的水解反应。

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