制浆造纸污泥厌氧消化的研究进展

　　造纸污泥来源于造纸废水处理过程中产生的沉淀物，根据造纸原料及废水产生阶段的不同，废水沉淀产生的污泥可分为一级污泥、二级污泥、混合污泥和脱墨污泥。造纸污泥的化学成分复杂，主要包括有机物、无机物和金属杂质。有机物中主要有活性污泥菌体、细小纤维、造纸助剂及塑料等，废纸脱墨污泥中还含有来自印刷油墨中的各种有机颜料、添加剂等。

　　研究表明，造纸污泥有机物含量为46%-62%，灰分含量为40%-50%，其中纤维含量为14%-40%。pH值大多数呈中性(6 -8)。作为一种废弃有机质资源，用于燃气化转化具有十分广阔的应用前景。有机物燃气化技术中，厌氧消化作为污泥减量化处理的方式之一，不仅可以通过厌氧消化转化生产生物质天然气，还能够在一定程度上稳定污泥，有利于后续处理。

　　一、造纸污泥主要成分及性质

　　造纸污泥中一级污泥主要由木质纤维组成，有机碳含量约为40%，碳与氮的比约为300，总氮含量为0.002%-0.5%。生物污泥中氮、磷含量较高，碳与氮的比较低。废纸脱墨污泥的碳、氮、磷含量与一级造纸污泥相似，碳含量丰富，氮、磷含量相对贫乏。混合污泥有机物含量约为46%-62%，不仅纤维素和半纤维素含量高，其总氮水平也较高，且碳与氮的比较低，混合造纸污泥中93%的氮以有机氮形式存在。二级污泥中含有丰富的氮和磷，可以满足厌氧菌的生长繁殖，从理论上讲，利用厌氧消化技术来处理造纸污泥是完全可行的。

　　二、造纸污泥的厌氧消化

　　造纸污泥经厌氧消化后，甲烷产率一般为30-200ml/(gVS)不等,VS去除率为21%-55%。VS是指在总固体中能在550℃高温下挥发的那部分固体。污泥的VS值不同于COD值，VS中除了有机物质，还包括一部分结合水。污泥的VS值比COD值更能代表有机物质的含量。一般造纸二级污泥中VS与COD的换算关系为1.6-1.9gCOD/(gVS)。

　　三、造纸污泥的联合厌氧消化

　　为了获得造纸污泥产甲烷性能的最大化，造纸污泥与其他物质的联合厌氧消化方法一度受到了广泛关注。在中温(37-40℃)条件下将造纸二级污泥与市政污泥混合进行了厌氧消化研究，结果表明当两种污泥比例各50%时，混合污泥20天甲烷产率与市政污泥接近，达到了(84±24)ml/(gVS)，而造纸污泥单独消化甲烷产率仅为(53±26) ml/(gVS)，产甲烷速率明显提高。

　　四、造纸污泥厌氧消化存在的主要问题

　　厌氧消化分为水解酸化和产甲烷两个步骤，对于造纸污泥由于其有机物多为大分子，其水解酸化步骤被认为是限速步骤。造纸污泥中含有的木质纤维素、微生物体以及复杂的有机物很难水解，作用时间长且产气率低，这是造纸污泥厌氧消化难于进行的主要原因。通过不同预处理，可大大提高造纸污泥厌氧消化产甲烷效率，也是提高造纸污泥燃气化效率的关键。

　　五、造纸污泥厌氧消化预处理技术及对产甲烷性能的影响

　　预处理的目的是为了改善污泥有机成分的可接触性和降解性。除此之外，预处理能够破坏细胞之间的聚集状态，并且可以将细胞壁碎解成小碎片，从而破坏细胞结构，使得后续的水解更易进行。目前研究的预处理方法包括机械预处理、热预处理、化学预处理和生物预处理。

　　1、机械预处理

　　机械预处理的目的是打破微生物的细胞膜，使细胞膜内的有机质体释放出来，从而增加可利用底物的浓度。机械预处理法主要包括高压喷射法和超声波法。

　　2、热处理

　　造纸活性污泥在150℃下热处理后再进行厌氧消化，甲烷产率可提高45%。污泥经过热法预处理后，其沼渣的脱水性也得到了很大改善。微波预处理也可看做是热处理的一种。

　　3、化学预处理

　　化学预处理主要包括碱和酸处理。

　　4、碱处理

　　碱处理可提高VS含量、COD降解率和甲烷产率，缩短污泥厌氧消化周期。

　　5、酸处理

　　酸处理也可以提高污泥的溶解性。研究表明，当污泥酸预处理的pH值为2时，可增加污泥的溶解性，但溶解性的增加不代表甲烷产率会上升。

　　6、生物预处理

　　生物预处理一般是采用加入酶制剂(如溶菌酶)或某些能产生胞外酶的微生物对污泥进行预处理。

　　7、联合处理

　　由于造纸污泥成分复杂，越来越多的研究者开始利用两种或两种以上的预处理方法对污泥进行处理。热预处理和热碱预处理是比较有效且具有应用前景的预处理方法。因热法处理所需的热量可以直接由制浆造纸厂多余的压力蒸汽来提供，所以采用热法对造纸污泥进行预处理更为可行。