城市污水厂剩余污泥厌氧发酵产酸中试分析

城市污泥厌氧发酵产酸条件优化及其机理研究城市污泥厌氧发酵产酸条件优化及其机理研究摘要：城市污泥作为一种常见的有机废弃物，对环境和人类健康造成潜在风险。

污泥厌氧发酵是一种有效的处理方法，可以将有机物转化为有价值的产物，如甲烷和有机酸。

本研究旨在优化城市污泥厌氧发酵产酸的条件，并探讨其机理。

通过实验和数据分析，发现温度、pH、氮源和有机负荷等因素对污泥厌氧发酵产酸过程具有显著影响。

优化条件下，可获得较高产酸率和产酸效率，并减少副产物的生成。

同时，研究还揭示了产酸机理中的关键步骤，为工艺的优化提供了理论依据。

引言：城市化进程加快以来，污水处理厂产生的污泥数量不断增加。

传统的污泥处理方法会造成环境问题和资源浪费。

厌氧发酵是一种有效的污泥处理技术，能够将有机物转化为甲烷和有机酸等高附加值产物。

其中，产酸是厌氧发酵过程中的关键步骤。

本研究旨在优化城市污泥厌氧发酵产酸的条件，提高产酸效率和产酸率，并探究其机理。

实验方法：本研究选择城市污泥作为原料，在实验室条件下进行厌氧发酵产酸实验。

实验过程中，分别调节温度、pH 值、氮源和有机负荷等因素，并监测产气量、产酸量和产酸率等指标。

同时，采集发酵液样品，通过色谱分析等方法测定有机酸的种类和含量。

通过数据分析，找出最佳的产酸条件，并探讨产酸机理。

结果与讨论：实验结果表明，温度是影响城市污泥厌氧发酵产酸过程的重要因素。

适宜的温度能够促进菌群代谢活性，提高产酸效率。

本研究发现，在35-40°C的温度范围内，产酸率最高。

此外，pH值也对产酸过程起着重要作用。

保持适宜的pH范围（5.5-6.5），有利于产酸有机酸的积累。

氮源是污泥厌氧发酵产酸过程中的限制因素之一。

适量添加氮源可以提高发酵液中产酸的含量和产酸率。

然而，过高浓度的氮源会抑制产酸和产甲烷过程。

此外，调整有机负荷也可以影响产酸效果。

较低的有机负荷可以提高污泥厌氧发酵的稳定性和产酸效率。

结论：通过对城市污泥厌氧发酵产酸条件的优化及机理的研究，可以得出以下结论：温度、pH、氮源和有机负荷等因素对污泥厌氧发酵产酸过程有重要影响。

剩余污泥厌氧水解酸化产VFA的研究纪海涛，张红亚（安徽建筑工业学院环境与能源工程学院，合肥230022）随着我国经济社会的发展，城市生活污水的处理率不断提高。

然而城市生活污水多数采用活性污泥法处理，随之产生大量的剩余污泥，其处理、处置费用可高达污水处理运行成本的50％［1］。

2011年在长春举行的全国城镇污水处理厂污泥处理处置技术贯标研讨会上，有关专家指出，全国城镇污水处理的湿污泥产量（含水率80％）在2010年已超过2000万t，然而，仅有20％左右的污泥得到了无害化处理和资源化利用。

剩余污泥如处理不好，将形成二次污染。

剩余污泥的处理也成为一个日益突出的问题。

污泥厌氧发酵可以产生VFA（短链脂肪酸），而VFA是生物脱氮除磷过程中最易于利用的碳源，因此，在水中有机物不足的情况下，可利用污泥产生的VFA来作为碳源，提高生物脱氮除磷的效率，可获得多重效益［2］。

虽然目前全世界都有利用初沉池污泥发酵产生VFA的产业化应用，但过程很难控制，且得到的VFA的量不足以满足脱氮除磷的需求，因而许多学者将目光转向污水处理中产生的大量剩余污泥［3］。

1剩余污泥产VFA的原理利用剩余污泥水解酸化来生产VFA，因而常用厌氧生物处理理论来解释剩余污泥产VFA过程。

完全厌氧生物处理过程的最终产物是甲烷，其过程较为复杂，包括水解、发酵酸化、产乙酸、甲烷化4个阶段，利用剩余污泥水解酸化产VFA主要是将污泥厌氧消化控制在水解和酸化2个阶段，在实际过程中水解和酸化是一起进行的［4-5］。

摘要：剩余污泥的处理不仅增加了污水处理成本，而且处理不当会造成二次污染。

有效解决此问题的方法之一是将剩余污泥进行厌氧水解酸化产VFA，影响剩余污泥的水解酸化产VFA的因素有pH值、温度、搅拌、SRT、污泥浓度、反应器结构、运行方式、预处理方式等，其中预处理是关键。

不同预处理方式对VFA的产量和种类影响比较大，是研究的重点和热点。

关键词：剩余污泥；水解酸化；VFA；影响因素；预处理中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：%1009－2455（2012）01－0011－05VFA production by hydrolytic acidification of excess sludge underanaerobic conditionJI Hai-tao，ZHANG Hong-ya（School of Environment and Energy Engineering,Anhui University of Architecture,Hefei230022,China）Abstract：The treatment of excess sludge not only increase the total cost of wastewater treatment but also may cause secondary pollution if the technology is not suitable.To produce VFA through hydrolytic acidification of excess sludge under anaerobic condition is an effective way to solve the said problem.The factors influencing the hydrolytic acidification of excess sludge includes:pH value,temperature,stirring speed,SRT,sludge concentration,reactor structure,operation mode,pretreatment process and so on.Among them,pretreatment is regarded as the key factor,and as the output and species of VFA are affected by preatment process greatly,the research on different preatment technologies will attract more attention in the future.Keywords：excess sludge;hydrolytic acidification;VFA;influencing factors;pretreatment剩余污泥中有机物的含量高，但主要存于微生物体内及其胞外聚合物中，水解酸化菌难以直接利用。

城市污水处理厂厌氧-好氧颗粒污泥的中试研究[摘要] 论文内容采用中试规模的厌氧-好氧交替式颗粒污泥SBR处理实际城市污水，研究了好氧颗粒污泥的培养过程、处理效果及颗粒污泥的特性，并采用实验来分析。

[关键词] 污水处理厂厌氧-好氧交替式颗粒污泥SBR 实验采用这些年来，好氧颗粒污泥以其沉降性能好、微生物浓度高、能够实现同时除磷脱氮等优点，逐渐成为污水生物处理领域的研究热点之一。

研究者们在好氧颗粒污泥的培养、形成条件、微生物组成、除磷脱氮等方面做了大量的研究工作，但是这些研究通常采用人工配水，在实际市政污水研究领域研究较少，仅有荷兰代尔夫特理工大学取得了显著的研究成果，已获得全球技术专利并应用城市污水进行了中试。

国内对好氧颗粒污泥技术大多停留在实验室阶段，工程化应用刚刚起步。

少数研究者利用实际废水，如豆制品废水、酿酒厂废水、造纸废水来培养颗粒污泥。

由于对好氧颗粒污泥处理城市生活污水进行了初步研究，再采用碳、氮含量较高的实际生活污水进行了小试规模的交替式SBR中好氧颗粒污泥的形成及其同步脱氮除磷的效果研究。

由以实际生活污水为研究对象，以普通絮状污泥为接种污泥，利用SBR和SBAR 初步考察了沉淀时间对培养短程硝化好氧颗粒污泥的影响。

为促使好氧颗粒污泥的工程化应用，本实验采用实际城市污水，以絮状活性污泥为接种污泥，在中试规模的厌氧，好氧交替式SBR反应器中培养好氧颗粒污泥，并通过调整反应器的最佳运行参数，逐步提高反应器的处理效果。

一、材料与方法1、实验装置实验采用的SBR如图1所示。

反应器由有机玻璃圆柱制成，内层直径为38cm，有效高度为200cm，有效容积226.8L。

反应器设置有3个出水口，对应体积交换率分别为50％、60％、70％。

反应器进水、出水以及曝气均由电磁阀控制。

反应器内设置厌氧搅拌装置，在反应器处于厌氧阶段时开启。

整个反应器由可编程逻辑控制器自动控制进水、厌氧搅拌、曝气、沉降、出水及闲置等过程，并可根据实验需要调整各个阶段的运行时间。

《城市污泥厌氧发酵产酸条件优化及其机理研究》篇一摘要：本研究主要关注城市污泥厌氧发酵产酸的条件优化问题，通过对发酵过程中不同环境因素的探索和实验验证，提出了产酸条件的优化方案和相应机理。

本文首先概述了污泥处理的重要性和厌氧发酵技术的现状，接着详细描述了实验设计、方法、结果和讨论，最后总结了研究成果及对未来研究的展望。

一、引言随着城市化进程的加快，城市污泥的处理和资源化利用成为了环境保护领域的重要议题。

厌氧发酵技术作为一种有效的污泥处理和资源回收手段，越来越受到关注。

而厌氧发酵产酸是该技术中关键的一环，产酸条件的优化直接影响到整个发酵过程的经济性、环保性和效率。

因此，研究城市污泥厌氧发酵产酸条件优化及其机理具有重要意义。

二、城市污泥与厌氧发酵技术概述城市污泥主要由污水处理厂的沉淀物组成，含有大量的有机物和营养物质。

厌氧发酵是一种生物处理方法，通过微生物的代谢活动将有机物转化为生物气体（如甲烷和二氧化碳）和有机酸等。

其中，产酸阶段是厌氧发酵过程中的一个重要环节，它为后续的生物气体产生提供了基础。

三、实验设计与方法本研究采用不同浓度的污泥、不同种类的微生物接种体、不同的温度和pH值等条件进行实验，以探究各因素对厌氧发酵产酸的影响。

通过设置对照组和实验组，对实验数据进行统计分析，分析各因素对产酸的影响程度及相互关系。

四、实验结果与分析（一）污泥浓度对产酸的影响实验结果表明，在一定范围内增加污泥浓度可以提高产酸量。

但过高的浓度会导致微生物生长受限，反而降低产酸效率。

因此，存在一个最佳的污泥浓度范围。

（二）微生物接种体的影响不同种类的微生物接种体对产酸有显著影响。

某些特定的微生物种群能够更有效地利用污泥中的有机物进行产酸。

（三）温度与pH值的影响温度和pH值是影响产酸的另一重要因素。

适宜的温度和pH 值能够促进微生物的生长和代谢活动，从而提高产酸量。

五、产酸机理研究通过对实验过程中的微生物群落结构进行分析，发现不同种类的微生物在产酸过程中起着不同的作用。

污泥厌氧产酸发酵液作碳源强化污水脱氮除磷中试研究摘要:本研究旨在探索污泥厌氧产酸发酵液作为碳源强化污水脱氮除磷的中试研究。

通过批次实验和中试运行，系统评估了污泥厌氧产酸发酵液对脱氮除磷效果的影响。

结果表明，污泥厌氧产酸发酵液添加后，污水中总氮和总磷的去除效率显著提高。

在最佳操作条件下，总氮去除率达到80%，总磷去除率超过90%。

同时，该方法还具有较高的碳源利用率和废水资源化利用效益，可有效减少废水处理过程中的化学药剂使用量。

综上所述，污泥厌氧产酸发酵液作为碳源强化污水脱氮除磷具有良好的应用前景，为污水处理领域的工程实践提供了有益的参考。

关键词: 污泥厌氧产酸发酵液、碳源强化、污水处理、脱氮除磷、中试研究一、引言污水中的氮和磷是导致水体富营养化的主要污染物之一，对环境和生态系统造成严重影响。

传统的脱氮除磷方法存在着高能耗、副产物处理困难等问题。

而利用污泥厌氧产酸发酵液作为碳源，可提供丰富的有机物质，促进污水处理系统中硝化反硝化和磷酸盐还原等关键过程的进行，从而增强脱氮除磷效果[1]。

本研究通过批次实验和中试运行，系统评估了污泥厌氧产酸发酵液对脱氮除磷效果的影响，并对其经济效益和资源利用潜力进行了探讨。

研究结果显示，污泥厌氧产酸发酵液作为碳源强化污水脱氮除磷具有良好的应用前景，可为污水处理领域的工程实践提供有益的参考。

通过本研究的深入探索，预期可以为环境保护和可持续发展做出重要贡献。

二、理论基础2.1污水脱氮除磷的重要性和挑战污水中的氮和磷是引起水体富营养化的主要源头，其过量排放会导致水生态系统的退化和环境质量的下降。

氮和磷的存在对水体中的植物生长和微生物活动起到促进作用，引发藻类水华和缺氧等问题。

因此，对污水中的氮和磷进行有效的去除至关重要。

然而，传统的脱氮除磷方法存在着能耗高、操作复杂、副产物处理难等挑战，迫切需要开发高效、经济、可持续的处理技术来解决这些问题。

2.2厌氧产酸发酵液的特性和应用潜力厌氧产酸发酵液是一种由厌氧微生物通过有机物降解产生的复杂混合物，具有丰富的有机物质和多种有机酸。

城市污泥厌氧发酵产酸条件优化及其机理研究城市污泥是城市供水、污水处理等过程中产生的固体废弃物，含有大量的有机物质和营养物质，如果不经过处理就直接排放，容易污染环境。

因此，对城市污泥进行处理和利用具有重要意义。

本文通过对城市污泥厌氧发酵产酸条件的优化及其机理的研究，旨在探讨一种高效、经济、环境友好的城市污泥处理方法。

一、城市污泥厌氧发酵产酸条件的优化城市污泥厌氧发酵是一种将有机物分解为有机酸的过程，主要通过微生物的代谢作用来完成。

为了获得较高产酸效果，需对发酵条件进行优化。

1.温度：温度是影响污泥发酵产酸效果的关键因素之一。

适宜的温度能提高微生物的生长速率和酶的活性，促进有机物的降解。

研究表明，在35-40℃之间，城市污泥的产酸效果最好。

2. pH值：pH值是环境中酸碱度的指标，也是微生物生长和代谢活动的重要因素。

过低或过高的pH值都会对微生物的生长和酶的活性产生抑制作用，进而影响产酸效果。

研究发现，维持在6.5-7.5的中性环境对城市污泥产酸有利。

3. 初始碳氮比：污泥中的有机物主要含有碳和氮，它们的比例对微生物的生长和代谢产酸有一定影响。

研究显示，当初始碳氮比控制在20:1-30:1范围内时，城市污泥的产酸效果较好。

4. 初始污泥浓度：初始污泥浓度影响微生物的密度和生长速率，进而影响产酸效果。

适宜的初始污泥浓度能够提高产酸效率。

研究表明，城市污泥的最佳初始浓度约为10%。

二、城市污泥厌氧发酵产酸机理的研究城市污泥厌氧发酵产酸机理包括微生物的生长代谢和有机物的降解过程。

1. 微生物的生长代谢：厌氧发酵过程中，一些厌氧菌群通过碳源的有机酸代谢产生氢气、二氧化碳和酸性物质。

厌氧菌群通过差异代谢机制促进产酸，其中乙酸菌群是产酸的主要功能菌。

2. 有机物的降解：城市污泥中的有机物主要是蛋白质、碳水化合物和脂肪类物质。

在厌氧发酵过程中，这些有机物会经过一系列酶的作用逐渐分解为有机酸，主要包括乙酸、丙酸、丁酸和戊酸等。

污水厂剩余污泥水解及其厌氧发酵产氢技术研究引言随着城市人口的增加和经济的发展，污水厂处理的废水量也不断增加。

处理污水生成的剩余污泥成为一个重要的环境问题。

目前，大多数污水处理厂将剩余污泥堆填或填埋，给环境带来了很大的负担。

因此，开发有效利用剩余污泥的方法已成为亟待解决的问题。

本文将探讨一种新技术，即污水厂剩余污泥的水解和厌氧发酵产氢技术。

一、污水厂剩余污泥的水解过程1. 水解原理水解是将有机物分解为小分子有机物或无机物的过程。

在剩余污泥的水解过程中，主要通过催化剂和微生物的作用将复杂的有机物分解成简单的有机物。

2. 水解反应机制水解反应主要分为两个步骤：底物降解和生成氢。

底物降解是指水解细菌通过酶的作用将复杂的有机物分解成简单的有机酸等。

生成氢是指水解细菌通过代谢过程将有机酸等转化为氢气。

3. 影响水解反应的因素水解反应的速率受到温度、pH值、底物浓度、微生物种类和催化剂等因素的影响。

二、厌氧发酵产氢技术1. 厌氧发酵产氢原理厌氧发酵产氢是一种微生物代谢过程，通过厌氧发酵作用将有机废弃物转化为氢气。

其中，水解是转化过程的前期，生成氢是转化过程的后期。

2. 厌氧发酵产氢反应机制厌氧发酵产氢反应主要通过厌氧细菌的代谢过程来实现。

在不同的环境条件下，具有产氢能力的细菌被优先选择，并通过产氢酶将底物转化为氢气。

3. 影响厌氧发酵产氢的因素温度、pH值、底物浓度、颗粒污泥的灰分等因素都对厌氧发酵产氢有着重要影响。

三、污泥水解及其厌氧发酵产氢技术应用1. 增加底物浓度在剩余污泥的处理过程中，可以通过增加底物浓度来提高水解和发酵产氢的效果。

但过高的底物浓度可能导致微生物活性下降。

2. 优化环境条件适宜的温度和pH值是促使水解和发酵反应的关键。

适当的环境条件可以提高底物的降解效率和产氢气体量。

3. 选择合适的催化剂催化剂的选择对剩余污泥的水解和发酵产氢过程具有重要影响。

不同催化剂有不同的催化效果和适应性。

结论污水厂剩余污泥的水解和厌氧发酵产氢技术是一种有效利用剩余污泥的方法。

污水厂剩余污泥水解及其厌氧发酵产氢技术研究一、本文概述随着工业化和城市化的快速发展，污水厂剩余污泥的处理与资源化利用已成为环境保护和可持续发展领域的重要议题。

污泥中富含有机物和微生物，具有潜在的能源价值。

因此，开展污泥水解及其厌氧发酵产氢技术研究，不仅有助于实现污泥的减量化和无害化，还能为清洁能源的生产提供新途径。

本文旨在探讨污水厂剩余污泥的水解技术及其厌氧发酵产氢的可行性，以期为污泥的资源化利用提供理论支持和实践指导。

文章首先对污泥水解的机理和影响因素进行深入分析，探讨不同水解条件下污泥中有机物的释放规律。

随后，重点研究厌氧发酵产氢过程中微生物的代谢特性，以及发酵过程中关键参数的优化。

通过实验室规模的试验，评估水解预处理对污泥厌氧发酵产氢效率的影响，并探讨发酵产物的利用价值。

对污泥水解及其厌氧发酵产氢技术的经济性和环境效益进行评估，为该技术的工业化应用提供参考。

本文的研究内容对于推动污泥资源化利用技术的发展具有重要意义，不仅有助于缓解环境压力，还能为清洁能源的生产提供新的技术路径。

二、污泥水解技术研究污泥水解是污泥厌氧发酵产氢过程中的重要环节，其目的在于破坏污泥中的有机物结构，释放出可供厌氧微生物利用的小分子有机物。

污泥的水解过程主要涉及到污泥中有机物的溶解、有机大分子的分解以及水解酶的催化作用。

在水解过程中，污泥中的多糖、蛋白质和脂肪等大分子有机物在水解酶的作用下被分解为单糖、氨基酸和脂肪酸等小分子物质。

这些小分子物质更容易被厌氧微生物利用，从而促进氢气的产生。

为了提高污泥的水解效率，研究者们采用了多种方法，如物理法、化学法和生物法。

物理法主要包括热处理、超声波处理等，通过这些方法可以改变污泥的物理性质，促进有机物的溶解和释放。

化学法主要是通过添加酸、碱、氧化剂等化学物质来破坏污泥中的有机物结构，提高水解速率。

生物法则是利用水解酶等生物催化剂来加速污泥的水解过程。

在实际应用中，应根据污泥的性质和产氢要求选择合适的水解方法。

Cao2对城市污水处理中剩余污泥厌氧发酵产酸性能与生物酶活性的影响作者：钮劲涛金宝丹周萍牛佳慧张局张钟方陶泓帆马志刚代菁雯李诺楠来源：《郑州轻工业学院学报(社会科学版)》2019年第04期关键词：剩余污泥;厌氧发酵;CaO2;水解酸化;短链脂肪酸;生物酶活性0引言目前，活性污泥法是应用最广泛的污水处理方法，具有处理效果好、成本低等特点.然而运用活性污泥法处理城市污水会产生大量副产物———剩余污泥，其处理问题成为当前污水处理工作面临的新挑战.据统计，至2017年，我国城市污泥年产生量约为7000万吨，而且污水处理厂约60%的运行费用于污泥处理[1].污泥中含有丰富的有机资源（如蛋白质、糖类、脂类等）和无机资源（如氮、磷等），可回收利用，但其中还含有大量的病菌、病毒等微生物，如果不能妥善处理，将造成环境污染，严重影响环境安全.污泥厌氧发酵是目前高效且低成本的一种污泥处理技术，其处理过程分为水解、酸化和产甲烷3个阶段：污泥水解将微生物体内蛋白质和多糖释放至发酵系统，水解酶能够将蛋白质和多糖分解成氨基酸、单糖等小分子物质;酸化菌则利用水解产物生成可挥发性短链脂肪酸（SCFAs）;产甲烷菌再利用SCFAs生成甲烷.污泥水解是污泥厌氧发酵的关键步骤，而产生于酸化阶段的SCFAs是污水生物处理过程的优质碳源[2]，SCFAs中的乙酸、丙酸、异丁酸等也是重要的工业生产原料，因此污泥厌氧发酵产酸研究受到了广泛关注.研究发现，在NaOH，KOH，Ca（OH）2 等碱性条件下，产甲烷菌活性受到抑制，水解酸化菌将污泥中大部分有机物转化为SCFAs，蛋白质，多糖等，其中Ca（OH）2型发酵系统中乙酸含量最高[3].刘常青等[4]发现，用Ca（OH）2，CaCl2等联合热水解法预处理污泥有助于有机物的溶出.由此可见，钙制品化学药剂对于污泥厌氧发酵有较好的促进作用，但是经Ca（OH）2 处理的发酵污泥中仍含有大量的有机物未提取、未利用.CaO2是一种安全、多功能的氧化剂，有“固体”双氧水之称，溶于水后能够生成·OH，H2O2，Ca（OH）2等[5]，已广泛用于水产养殖业、农业、制药业和水处理行业.近期研究发现，CaO2能够提高污泥脱水性[6]，与游离氨联合可提高污泥厌氧发酵产酸性能[7]，但是对于其作用机理研究不够深入.鉴于此，本文拟以CaO2作为剩余污泥处理药剂，研究不同添加量的CaO2 对剩余污泥水解酸化性能的影响，考察其对污泥厌氧发酵系统中生物酶活性的影响，探索CaO2 在污泥厌氧发酵过程中的作用机理，以期为污水处理厂剩余污泥资源化研究提供参考.1材料与方法1.1污泥来源与实验装置本实验使用的污泥取自郑州市某城市污水处理厂的曝气池，将其用自来水清洗3次后进行浓缩，得实验用污泥，即后文称剩余污泥，其性质如表1所示.实验反应器材质为有机玻璃，总体积为2.5L，有效容积为2.0L，采用磁力搅拌器进行匀速搅拌.主要试剂：CaO2，浓H2SO4，CuSO4，酒石酸钾钠，天津市大茂化学试剂厂产;吡喃葡萄糖苷、硝基-a-d-吡喃葡萄糖苷、对硝基苯磷酸二钠、碘硝基四唑紫、Folin试剂，阿拉丁试剂有限公司产.以上试剂均为分析纯.主要仪器：754紫外-可见分光光度计，FA2004电子天平，上海舜宇恒平科学仪器有限公司产;TG16-WS离心机，湘仪离心机仪器有限公司产;5B-1F（V8）COD快速检测仪，连华科技有限公司产;GC6890B气相色谱仪，安捷伦科技有限公司产;PHS-25雷磁水质测定仪，上海仪电科学仪器股份有限公司产.1.2取样方法分别取2L剩余污泥投加至1#—4#反应器，再向反应器中投加CaO2，控制其添加量分别为0.1mg/mgSS（该单位指每mg悬浮污泥中添加CaO2 的质量，下同），0.2mg/mgSS，0.3mg/mgSS，0.4mg/mgSS.启动磁力搅拌器，隔天取样测定理化指标.1.3测定方法化学需氧量（COD），悬浮污泥质量浓度（MLSS）和可挥发性污泥质量浓度（MLVSS）根据国标方法测定[8];DNA质量浓度用分光光度计测定;pH值用雷磁水质测定仪测定.在污泥发酵过程中部分有机氮和有机磷以NH4+ -N和PO43- -P的形式释放，其释放量是表征污泥厌氧发酵效果的指标之一，根据国标方法测定[8].污泥在厌氧发酵过程中释放大量的蛋白质、多糖等物质，但是酸化菌不能直接利用这些物质进行产酸活动.水解菌先利用自身水解酶（如蛋白酶）和α-葡萄糖苷酶将大分子的蛋白质和多糖水解生成氨基酸、单糖等[9]，而酸化菌则利用水解产物生成SCFAs.所以，蛋白酶和α-葡萄糖苷酶，在污泥厌氧发酵过程中有重要作用.SCFAs的产量用气相色谱仪测定[10]，发酵系统中的多糖和蛋白质质量浓度采用分光光度法测定[8-9]，蛋白酶和α-葡萄糖苷酶含量采用分光光度法测定[10-11].剩余污泥发酵系统中含有大量的有机磷，碱性磷酸酶（ALP）和酸性磷酸酶（ACP）可以将其水解成无机磷（PO43- -P）并随着有机物的水解酸化而释放，ALP和ACP活性采用分光光度法测定[10-11].乳酸脱氢酶（LDH）是脱氢酶（DH）的一种，是催化乳酸与丙酮酸之间氧化还原反应的重要生物酶.因此，DH可以代表发酵过程中的LDH.与LDH一样，由于膜的损伤，DH也可能被释放[11-12].因此，可利用DH研究微生物细胞膜与不同添加量CaO2 的相互作用，揭示CaO2在厌氧发酵过程中可能存在的毒性机制，DH的活性采用分光光度法测定[10-11].1.4计算方法污泥厌氧发酵的过程，是污泥中微生物解体、有机物释放的过程，而污泥溶液化率（SCOD）和污泥分解性率（DDCOD）可表征污泥中微生物解体程度，计算公式分別如下[13-14]：式中，CODs 为溶解性COD 值/（mg·L-1）;CODs0为原始溶液中溶解性COD值/（mg·L-1）;CODp0为污泥原始颗粒COD值/（mg· L-1）;CODNaOH为实验温度下，1mol/LNaOH 处理剩余污泥24 h后的COD 值/（mg·L-1）.2结果与讨论2.1CaO2对污泥水解性能的影响2.1.1不同添加量的CaO2对污泥溶解的影响图1为不同添加量的CaO2 对剩余污泥厌氧发酵系统中pH值、DNA质量浓度、SCOD值和DDCOD值的影响.由图1可以看出，CaO2对系统中SCOD值和DDCOD值均具有显著影响，两者均随着CaO2添加量的增加而增大，SCOD值由8.84%增至41.37%，DDCOD 值由11.84% 增至55.42%.其中，0.4mg/mgSS发酵系统中的SCOD值和DDCOD值是0.1mg/mgSS发酵系统的4～5倍.该结果与X.Li等[15]研究的污泥碱性发酵过程中SCOD值的变化（23.2% ～53.8%，15～55℃）相似，但是高于Naddeo超声破碎处理污泥中SCOD值的变化（22%，19000kJ/kg）[16]，这说明CaO2 能够有效地促进污泥溶液化和分解.这是因为CaO2溶于水后生成的OH-能够破坏微生物细胞壁，促进有机质释放[17]，随着CaO2 添加量的增加，系统内pH值升高至12（如图1a）所示），直接破坏了微生物细胞壁.同时CaO2作用发酵系统后生成大量的活性物质如H2O2，·OH和·O2-等，这些活性物质能够破坏微生物细胞膜，使细胞内容物流失[18]，从而使剩余污泥有效溶解.在溶解过程中，DNA随着细胞质的溶出而释放（如图1b）所示），DNA质量浓度随着CaO2添加量的增加而增大，发酵末期（17d）其值为8.5～193.3mg/L.2.1.2不同添加量的CaO2对可溶性蛋白质和多糖质量浓度的影响不同添加量的CaO2对剩余污泥厌氧发酵过程中蛋白质和多糖质量浓度的影响如图2所示.由图2可以看出，发酵过程中蛋白质和多糖质量浓度均随着CaO2添加量的增加而增大，发酵后期蛋白质质量浓度显著下降，而多糖质量浓度相对较为稳定.反应至第5～6d时，0.4mg/mgSS发酵系统中蛋白质和多糖质量浓度最大，分别为931.12mg/L和343.62mg/L，是0.1mg/mgSS发酵系统（150.83 mg/L 和34.56mg/L）的6.17倍和9.94倍，即使发酵末期蛋白质和多糖质量浓度（514.47mg/L和392.44mg/L）下降，仍为0.1mg/mgSS发酵系统（55.03mg/L 和15.95mg/L）的9.35倍和24.60倍，说明CaO2能够有效提高剩余污泥的水解性能.同时还发现，发酵末期0.4mg/mgSS发酵系统中蛋白质质量浓度是多糖质量浓度的1.31倍，低于其他碱性发酵（NaOH，KOH，Ca（OH）2）方式[3]，但是高于单过硫酸氢钾、高铁酸钾等发酵方式[19-20].CaO2 溶于水后形成大量的OH-，这些OH-和CaO2对细胞壁均有破坏作用，使大量的蛋白质和多糖类释放至系统，但是其水解过程中形成的H2O2，· OH，·O2-能够氧化蛋白质，减少系统中蛋白质的质量浓度.由于CaO2氧化性低于·SO4-（单过硫酸氢钾溶于水后的产物），因此，该发酵过程产生的蛋白质和多糖的比例高于单过硫酸氢钾发酵方式.2.2不同添加量的CaO2对污泥酸化的影响图3为不同添加量的CaO2 对剩余污泥厌氧发酵过程中污泥酸化的影响.由图3a）可以看出，系统中SCFAs的产量随着CaO2添加量的增加基本呈先增大后降低的趋势，发酵至第5d时，0.2mg/mgSS发酵系统中SCFAs产量最大（876.12mg/L），是0.1mg/mgSS发酵系统（35.00 mg/L）的25.03倍;发酵至第9d时，0.3mg/mgSS发酵系统中SCFAs的产量迅速增至最大，但是0.2mg/mgSS发酵系统中SCFAs产量迅速下降.该结果表明，当CaO2添加量为0.3mg/mgSS时，能够显著提高发酵系统中SCFAs的产量，这是因为该发酵系统中含有丰富的蛋白质和多糖等物质，且系统pH值为9～10（见图1a）），该环境下较适合产酸菌的生长，但严重抑制产甲烷菌活性.在0.3mg/mgSS发酵系统中，随着发酵时间的延长，SCFAs产量升高，其原因可能是，在发酵后期，系统内的pH值下降，产酸菌活性得到恢复，能够有效利用系统内丰富的蛋白质和多糖生成SCFAs.而发酵后期0.2mg/mgSS发酵系统中SCFAs产量迅速降低是因为系统中pH值迅速下降至7～8，导致系统中产甲烷菌活性恢复，SCFAs被大量消耗.由图3b）可以看出，在0.4mg/mgSS发酵系统中，蛋白质和多糖的质量浓度较其他发酵系统均升高，但当发酵系统中pH值增至12，不仅抑制产甲烷菌生长，同时也影响产酸菌的活性.邢立群等[21]也发现，发酵系统经强碱（pH=10～12）处理后，产酸菌活性受到严重抑制，SCFAs产量显著下降.而且CaO2 发酵系统中较高的·OH，·O2-等强氧化物质对系统内微生物的生长存在抑制作用，所以，CaO2 添加量过高时不利于剩余污泥厌氧发酵产酸.表2为不同添加量的CaO2 对剩余污泥厌氧发酵系统中酸成分的影响.由表2可以看出，发酵系统中SCFAs乙酸占比差别较显著，随着CaO2添加量的增加呈先增大后降低的趋势，分别为52.85%，66.96%，63.94%和48.72%.高于作者前期研究的Ca（OH）2 污泥厌氧发酵系统中的乙酸占比（62.27%）[3]，但是低于单过硫酸钾氢钾污泥厌氧发酵系统中的乙酸占比（75.55%）[19-22].可见，CaO2，Ca（OH）2与单过硫酸氢钾在污泥发酵过程中的化学性质相似，其水解过程中释放的高氧化物质会强化乙酸的积累.SCFAs中的丙酸占比随着CaO2添加量的增加而降低，分别为7.41%，5.09%，5.18%和3.63%，均低于Ca（OH）2型污泥發酵系统的丙酸占比（10% ～15%）[3]和单过硫酸氢钾发酵系统的丙酸占比（3.42% ～11.29%）[22].这说明CaO2能够提高微生物对丙酸的利用率，进而提高发酵系统中乙酸占比.此外，系统中可能含有大量的Erysipelothrix，Tissierella，Peptostreptococcaceaeincertae_sedis等产乙酸微生物[3].在系统中，SCFAs中正丁酸和正戊酸的占比与丙酸相似，均随着CaO2添加量的增大而降低;异丁酸的占比随着CaO2添加量的增加先降低后升高;异戊酸的占比随着CaO2添加量的增加先增加后降低.这是因为，正丁酸和正戊酸属于直链酸，更容易被微生物利用，故二者在系统中的占比低于异丁酸和异戊酸.2结果与讨论2.1CaO2对污泥水解性能的影响2.1.1不同添加量的CaO2对污泥溶解的影响图1为不同添加量的CaO2 对剩余污泥厌氧发酵系统中pH值、DNA质量浓度、SCOD值和DDCOD值的影响.由图1可以看出，CaO2对系统中SCOD值和DDCOD值均具有显著影响，两者均随着CaO2添加量的增加而增大，SCOD值由8.84%增至41.37%，DDCOD 值由11.84% 增至55.42%.其中，0.4mg/mgSS发酵系统中的SCOD值和DDCOD值是0.1mg/mgSS发酵系统的4～5倍.该结果与X.Li等[15]研究的污泥碱性发酵过程中SCOD值的变化（23.2% ～53.8%，15～55℃）相似，但是高于Naddeo超声破碎处理污泥中SCOD值的变化（22%，19000kJ/kg）[16]，这说明CaO2 能够有效地促进污泥溶液化和分解.这是因为CaO2溶于水后生成的OH-能够破坏微生物细胞壁，促进有机质释放[17]，随着CaO2 添加量的增加，系统内pH值升高至12（如图1a）所示），直接破坏了微生物细胞壁.同时CaO2作用发酵系统后生成大量的活性物质如H2O2，·OH和·O2-等，这些活性物质能够破坏微生物细胞膜，使细胞内容物流失[18]，从而使剩余污泥有效溶解.在溶解过程中，DNA随着细胞质的溶出而释放（如图1b）所示），DNA质量浓度随着CaO2添加量的增加而增大，发酵末期（17d）其值为8.5～193.3mg/L.2.1.2不同添加量的CaO2对可溶性蛋白质和多糖质量浓度的影响不同添加量的CaO2对剩余污泥厌氧发酵過程中蛋白质和多糖质量浓度的影响如图2所示.由图2可以看出，发酵过程中蛋白质和多糖质量浓度均随着CaO2添加量的增加而增大，发酵后期蛋白质质量浓度显著下降，而多糖质量浓度相对较为稳定.反应至第5～6d时，0.4mg/mgSS发酵系统中蛋白质和多糖质量浓度最大，分别为931.12mg/L和343.62mg/L，是0.1mg/mgSS发酵系统（150.83 mg/L 和34.56mg/L）的6.17倍和9.94倍，即使发酵末期蛋白质和多糖质量浓度（514.47mg/L和392.44mg/L）下降，仍为0.1mg/mgSS发酵系统（55.03mg/L 和15.95mg/L）的9.35倍和24.60倍，说明CaO2能够有效提高剩余污泥的水解性能.同时还发现，发酵末期0.4mg/mgSS发酵系统中蛋白质质量浓度是多糖质量浓度的1.31倍，低于其他碱性发酵（NaOH，KOH，Ca（OH）2）方式[3]，但是高于单过硫酸氢钾、高铁酸钾等发酵方式[19-20].CaO2 溶于水后形成大量的OH-，这些OH-和CaO2对细胞壁均有破坏作用，使大量的蛋白质和多糖类释放至系统，但是其水解过程中形成的H2O2，· OH，·O2-能够氧化蛋白质，减少系统中蛋白质的质量浓度.由于CaO2氧化性低于·SO4-（单过硫酸氢钾溶于水后的产物），因此，该发酵过程产生的蛋白质和多糖的比例高于单过硫酸氢钾发酵方式.2.2不同添加量的CaO2对污泥酸化的影响图3为不同添加量的CaO2 对剩余污泥厌氧发酵过程中污泥酸化的影响.由图3a）可以看出，系统中SCFAs的产量随着CaO2添加量的增加基本呈先增大后降低的趋势，发酵至第5d时，0.2mg/mgSS发酵系统中SCFAs产量最大（876.12mg/L），是0.1mg/mgSS发酵系统（35.00 mg/L）的25.03倍;发酵至第9d时，0.3mg/mgSS发酵系统中SCFAs的产量迅速增至最大，但是0.2mg/mgSS发酵系统中SCFAs产量迅速下降.该结果表明，当CaO2添加量为0.3mg/mgSS时，能够显著提高发酵系统中SCFAs的产量，这是因为该发酵系统中含有丰富的蛋白质和多糖等物质，且系统pH值为9～10（见图1a）），该环境下较适合产酸菌的生长，但严重抑制产甲烷菌活性.在0.3mg/mgSS发酵系统中，随着发酵时间的延长，SCFAs产量升高，其原因可能是，在发酵后期，系统内的pH值下降，产酸菌活性得到恢复，能够有效利用系统内丰富的蛋白质和多糖生成SCFAs.而发酵后期0.2mg/mgSS发酵系统中SCFAs产量迅速降低是因为系统中pH值迅速下降至7～8，导致系统中产甲烷菌活性恢复，SCFAs被大量消耗.由图3b）可以看出，在0.4mg/mgSS发酵系统中，蛋白质和多糖的质量浓度较其他发酵系统均升高，但当发酵系统中pH值增至12，不仅抑制产甲烷菌生长，同时也影响产酸菌的活性.邢立群等[21]也发现，发酵系统经强碱（pH=10～12）处理后，产酸菌活性受到严重抑制，SCFAs产量显著下降.而且CaO2 发酵系统中较高的·OH，·O2-等强氧化物质对系统内微生物的生长存在抑制作用，所以，CaO2 添加量过高时不利于剩余污泥厌氧发酵产酸.表2为不同添加量的CaO2 对剩余污泥厌氧发酵系统中酸成分的影响.由表2可以看出，发酵系统中SCFAs乙酸占比差别较显著，随着CaO2添加量的增加呈先增大后降低的趋势，分别为52.85%，66.96%，63.94%和48.72%.高于作者前期研究的Ca（OH）2 污泥厌氧发酵系统中的乙酸占比（62.27%）[3]，但是低于单过硫酸钾氢钾污泥厌氧发酵系统中的乙酸占比（75.55%）[19-22].可见，CaO2，Ca（OH）2与单过硫酸氢钾在污泥发酵过程中的化学性质相似，其水解过程中释放的高氧化物质会强化乙酸的积累.SCFAs中的丙酸占比随着CaO2添加量的增加而降低，分别为7.41%，5.09%，5.18%和3.63%，均低于Ca（OH）2型污泥发酵系统的丙酸占比（10% ～15%）[3]和单过硫酸氢钾发酵系统的丙酸占比（3.42% ～11.29%）[22].这说明CaO2能够提高微生物对丙酸的利用率，进而提高发酵系统中乙酸占比.此外，系统中可能含有大量的Erysipelothrix，Tissierella，Peptostreptococcaceaeincertae_sedis等产乙酸微生物[3].在系统中，SCFAs中正丁酸和正戊酸的占比与丙酸相似，均随着CaO2添加量的增大而降低;异丁酸的占比随着CaO2添加量的增加先降低后升高;异戊酸的占比随着CaO2添加量的增加先增加后降低.这是因为，正丁酸和正戊酸属于直链酸，更容易被微生物利用，故二者在系统中的占比低于异丁酸和异戊酸.。