摘 要 课题组前期研究表明，超声波和碱联合作用可显著促进污泥厌氧发酵产酸。在此基础上，本研究专门考察了温度对超声波与碱联合促进污泥发酵产酸的影响。研究结果发现，在37℃范围内，挥发性脂肪酸（VFAs）的产量随着温度的升高而增加，10℃条件下，VFAs产量为1078 mg COD/L，37℃时，VFAs产量提高到3705 mg COD/L。当温度提高到55℃时，VFAs产量反而下降至2469 mg COD/L。机理研究表明，10~55℃范围内，碱性磷酸酶、酸性磷酸酶、α-葡萄糖苷酶和蛋白酶四种水解酶的活性随着发酵温度的升高而逐渐增强，有利于污泥中大分子有机物向小分子有机物的转化，与产乙酸、丙酸和丁酸密切相关的产酸酶的活性均在37℃时最高，55℃条件下各产酸酶活性较37℃均有大幅度下降。温度对水解产酸反应动力学的研究表明，在温度不高于37℃的条件下，产酸动力学参数随着温度的提高而增大，继续提高温度则减小。这正是VFAs产量在37℃时最高，55℃时显著下降的原因所在。
关键词 污泥；厌氧发酵；超声波处理；碱处理；温度
随着城镇化建设速度的不断加快和工业的日益发展，我国城市生活污废水和工业污废水的排放量与日俱增，这使得污水处理的副产物——污泥的产出量也迅速增加，预测显示我国脱水污泥年产量将在2018年达到4000×104t[1]。污泥不仅产量大，其中还含有重金属等有毒有害物质，如处置不当会造成环境的二次污染。因此，对污泥进行合理有效的处理处置以及资源化利用已成为我国当前亟待解决的重要问题。污泥厌氧发酵因其不仅能为高效污水生物脱氮除磷提供所需的有机碳源，而且能够实现自身减量，日益成为环保领域的研究热点。
课题组前期研究发现，超声预处理的剩余污泥在碱性条件下发酵，VFAs产量大幅度提高，主要原因是超声作用和碱作用耦合在一起，利用超声波对污泥进行预处理，污泥破壁效果得到改善，发酵底物水解速率提高，为产酸微生物提供了充足底物；碱性调节在发酵产酸过程中主要发挥抑制甲烷菌活性的作用，使得有机酸得到积累[2]。
众所周知，污泥厌氧发酵过程主要有厌氧水解、酸化以及甲烷化等一系列微生物主导生物化学反应，同所有生物反应一样，其必然受到温度波动的影响。因此，本文在课题组前期研究的基础上，研究了温度对超声波和碱联合促进污泥发酵产酸的影响及相关机理，并验证了温度对污泥水解产酸反应动力学的影响，以期进一步优化超声波与碱联合强化污泥厌氧发酵产酸的工艺参数。
作者：解竞