漏会引起对地表水和地下水的污染。土地利用是
将经无害化和稳定化处理后的污泥用于农田等的
施肥
，垦荒地，贫瘠地等受损土壤的修复和改良，
园林绿化建设
，森林土地施用等
［2］
。经过稳定化
处理的污泥进入土地
，不但提供了氮和磷，而且
补充了土壤有机质
，这使得土地利用日益成为主
要的处置方式。
污泥的共同特点是水分高
（ 一般 98% ） ，体积
庞大
，不易处理； 污泥成分复杂，含有大量的有机
物质
（ 主要为苯、氯酚等） ，有毒有害的重金属，
病原微生物、寄生虫卵
，盐类以及放射性核素等难
降解物质。我国污水厂在建设过程中
，长期以来
“重水轻泥”
，我国城镇污水处理厂基本实现了污
泥的初步减量化
，但未能实现污泥的稳定化处理。
据统计
［3］
约有 80% 的污泥未经稳定化处理
，这导
致了污泥中的恶臭物质、病原体、持久性有机污染
物等进一步扩散
，造成严重的环境污染。因此在污
泥最终处置前需要对污泥进行稳定化处理。
我国目前主要的污泥稳定化处理技术有
： 厌氧
消化、好氧发酵、干化焚烧等。其中
，厌氧消化过
程所需能量较低
，并且可回收污泥生物质能，杀灭
病原微生物、改善污泥性能。因此
，厌氧消化技术
逐渐成为剩余污泥资源化利用的主要技术之一
，具
有广泛的应用前景。
传统的厌氧消化具有反应缓慢
，污泥停留时间
长
（ 20 ～ 30 天） ，池体容积庞大，甲烷产量低和污
泥降解程度差
（ 仅能去除 30% ～ 40% 的挥发性固
体
） 等缺点，限制了厌氧消化技术优势的发挥。
根据 Bryant 提出的三阶段理论
，整个厌氧消化过
程分为水解酸化、产氢产乙酸和产甲烷 3 个阶段。
其中
，由于细胞壁的存在，水解是厌氧消化的限速
步骤
［4］
，微生物对污泥的水解情况直接影响消化
反应的效果。而提高污泥水解的主要方法之一就是
对剩余污泥进行强化预处理
，击破细胞壁，从而使
胞内有机物质从固相转移到液相
，实现微生物对有
机物降解转化。
近年来
，国内外学者对剩余污泥预处理方法和
处理效率展开了广泛的研究。目前主要的预处理方
法有物理法
（ 超声波预处理、微波预处理法、热
处理 法 等
） 、化 学 法 （ 臭 氧 预 处 理、 碱 预 处 理
等
）
［5］
及其他方法组合而成的强化预处理方法等。
这些方法均可以有效地击破剩余污泥的细胞壁
，使
絮体中胞内外有机物由固相转移至液相中
，促进剩
余污泥水解。
2
预处理技术
2. 1
物理法
2. 1. 1
超声波预处理
超声波是指频率从 20kHz 到 100MHz 这个波段
范围内的声波。超声波作用主要有三大机理即空化
作用机理、热解机理和声致自由基机理
［6］
，是一
个非常复杂的过程。
超声波预处理可以使污泥中微生物细胞壁破
裂
，促进胞内溶解性有机物释放，表现为剩余污泥
的 SCOD、氮与磷浓度增加
，从而改善剩余污泥的
微生物可利用性
［7］
。
超声波预处理具有如下优势
［8］
： （ 1） 设计紧
凑并且可以改装完成
； （ 2） 实现了低成本和自动
化操作
； （ 3） 可提高产气率； （ 4） 改善污泥的脱
水性能
； （ 5） 对污泥后续处理没有影响； （ 6） 无
二次污染。因此
，国内外对用超声波预处理剩余污
泥的效果进行了大量研究。
Bougrier
［8］
等研究了超声波预处理对污泥的增
溶作用。结果表明
，总固体增溶度 （ S
TS
） 随能量
输入增加而增加。这种增长在 0 到 8000kJ / kgTS 范
围内很快
（ Es = 7000kJ /kgTS 时 S
TS
= 25%
） 。在更
高的能量供应时
，总固体增溶度增长变慢 （ Es =
10000kJ / kgTS 时 STS = 32%
） 。 当 Es = 1000 ～
7000kJ / kgTS 时
，沼气产量随能量输入的增加而增
加。增溶作用使组分更容易为厌氧消化细菌利用。
当 Es = 7000 ～ 15000kJ / kgTS 时
，沼气产量几乎是
相同的。这 表 明
，当 能 量 输 入 超 过 7000kJ /kgTS
时
，其对污泥增溶及沼气增产的影响急剧减小，同
时其能耗却急剧增大
，故而不建议将超声能量应用
到 7000kJ / kg 以上。
影响超声作用效果的因素有很多如温度
，pH、
超声作用时间、能量密度、超声频率等。国内外已
经有人 对 超 声 预 处 理 影 响 因 素 做 了 研 究。王 芬
等
［9］
研究了剩余污泥超声预处理破解效果
，结果
表明
，各因素影响程度从大至小顺序为： 超声作用
时间 ＞ 声能密度 ＞ 声强。SCOD 溶出率随声强、超
声作用时间及声能密度的增加而增大。声能密度为
0. 192W / mL 及 1. 44W / mL
，作 用 时 间 30min 时，
SCOD 溶出率分别为 24% 和 68. 36% 。研究还表明
，
在声强与声能密度一定时
，SCOD 溶出率随时间线
性增长。
杨洁等
［6］
研究发现
，在相同比能耗下，多频
槽式超声波发生器对污泥的破解效果明显优于单频
探头式超声波发生器。比能耗为 19708. 75kJ / kgTS
4
1
1
四 川 环 境
31 卷