??? 7）攪拌方式與速度
??? 污泥的接觸方式對污泥厭氧發(fā)酵產酸也有影響。苑宏英等研究發(fā)現(xiàn)，采用機械式攪拌器使污泥處于剪切狀態(tài)，比在裝置中放置磁力攪拌子使污泥處于旋轉混合狀態(tài)和采用搖床裝置使污泥處于震搖式混合狀態(tài)更加有利于提高SCOD和總SCFAs的濃度?？赡苁怯捎跀嚢枞~片的不斷剪切作用有利于實現(xiàn)污泥顆粒的充分接觸，同時部分顆粒可能被破碎，從而使污泥顆粒的胞外聚合物（ECP）溶出來，從而有更多的底物促進污泥發(fā)酵產酸。研究時還發(fā)現(xiàn)攪拌速度太快或太慢都不利于SCFAs的生成，取60～80rpm較合適。
??? 2.3提高污泥產酸的方法
??? 在污泥厭氧發(fā)酵的三階段中，污泥中顆粒有機物質水解為溶解性物質的速率較慢，是整個厭氧發(fā)酵過程的速率控制步驟。許多研究者們提出了提高污泥水解速率的方法，從而為提高厭氧發(fā)酵的效率找到新方法。這些方法的基本原理是促使污泥中顆粒態(tài)的有機物分解為小分子和溶解態(tài)的有機物，從而可以提高這些有機物的生物降解性能。文獻中報道的提高污泥水解速率的方法有熱處理、化學法、機械法、氧化法以及生物法等。最近的研究發(fā)現(xiàn)，批式試驗中，堿性條件或表面活性劑的作用，顯著促進了剩余污泥的水解，為剩余污泥產酸提供了大量的底物，從而提高了短鏈脂肪酸的濃度。
??? 2.3.1 堿性條件促進污泥產酸
??? 許多研究者發(fā)現(xiàn)，在常溫下用堿性預處理可以提高水解效率。Lin等在常溫下（25±3℃），往一種工業(yè)污泥中投加10－50mgNaOH/gTSS（TSS－總懸浮固體濃度）進行預處理，在TSS約為15000mg/L時，最優(yōu)的投加量為30mgNaOH/gTSS，24h后得到超過24.7％的SCOD。還有一些研究者采用熱堿預處理手段來提高城市污泥的可生物降解性。Rocher等用NaOH調節(jié)剩余污泥pH為10，同時控制溫度為60℃進行預處理20min，污泥進入后續(xù)生化反應器，48h和350h后污泥中可生化降解的溶解性成份分別為原剩余污泥量的75％和90％。王凱軍等研究發(fā)現(xiàn)，堿性處理污泥后，COD曲線一直呈上升趨勢，10d后曲線趨于平穩(wěn)；SCFAs曲線也有類似趨勢，但平穩(wěn)期稍有滯后。說明10d內已經達到水解酸化的高峰，此時約有35％左右的總COD轉化為溶解性COD。但這些研究者并未就污泥產酸潛力進行進一步研究。
??? Yuan等則對批式試驗中，堿性條件下剩余污泥產酸的工藝和機理進行了深入的研究。發(fā)現(xiàn)對剩余污泥進行pH值調節(jié)，能夠大幅度提高SCOD值。堿性條件下SCOD值明顯高于酸性條件下的值，尤其當污泥pH值為10.0或11.0時，20d的厭氧發(fā)酵時間內，可使SCOD值增加到8000和9000mg/L左右。約占BOD20的60～70％和80～100％，污泥中可生物降解有機質有80％左右轉化為可溶COD。pH為8.0～10.0時，總SCFAsS濃度明顯大于pH為4.0～7.0時的濃度。特別當pH為10.0時，發(fā)酵12d得到最大產酸濃度為2770.40mgCOD/L，由于發(fā)酵第8d總SCFAss值為2708.02 mgCOD/L，從節(jié)省時間等方面綜合考慮，認為pH為10.0時，發(fā)酵時間取8d為較佳值，而pH為10.0是較佳的產酸pH值。六種短鏈脂肪酸中，乙酸是最具優(yōu)勢的有機酸，其次是丙酸，乙酸和丙酸占總SCFAs的百分比之和為60～70％左右，再次是異戊酸、異丁酸，最少的是正丁酸和正戊酸。
??? 改變pH值的控制策略對污泥產酸也有影響。張華星等發(fā)現(xiàn)，比較對污泥進行酸、堿預處理以及對污泥發(fā)酵時pH值進行全程控制，即pH＝5預處理24h，pH＝10預處理24h，pH＝5全程調控、pH＝10全程調控，以及空白對照，發(fā)現(xiàn)總有機酸濃度在pH＝10全程調控最高。苑宏英等在2h內調節(jié)剩余污泥的pH值為堿性10.0或酸性5.0，同時輔以快速攪拌（410～430rpm）作為預處理手段，然后恢復攪拌速度為60～80rpm，同時pH值再調為6.0、7.0和8.0，結果表明前者比后者獲得了更多的SCOD、總SCFAs、單個酸，以及溶解性蛋白質和碳水化合物。對剩余污泥進行短期的強堿性（pH＝10.0）預處理，輔以快速攪拌，然后pH值再調為6.0～8.0左右，雖然沒有直接調pH值為10時的SCOD、總SCFAs濃度高，但是卻高于pH值直接調為8.0的情況，而且可以改善裝置的強酸堿腐蝕情況。
??? 苑宏英等對堿性促進污泥發(fā)酵產酸的機理也進行了較為深入的研究。通過比較滅菌與沒有滅菌的剩余污泥產酸濃度，發(fā)現(xiàn)滅菌時胞外酶失去了活性，而且產酸濃度極少，可以忽略不計，而不滅菌時產生的總SCFAs量遠大于滅菌的情況，調節(jié)發(fā)酵系統(tǒng)為堿性pH為10.0更加具有優(yōu)勢，同時四種胞外酶仍具有一定的活性，說明堿性條件增強剩余污泥發(fā)酵產酸過程是生物作用占主導。
??? 2.3.2 表面活性劑促進污泥產酸
??? 表面活性劑是日常洗滌用品的一個重要組份，廣泛存在于污水中。表面活性劑分子一般由非極性親油基團和極性親水基團組成，兩部分分別位于分子的兩端，形成不對稱結構，屬于雙親媒性物質。各種表面活性劑分子的親油基團性能差別較小，親水部分則差別較大，因而表面活性劑的分類一般以親水基團的結構為依據(jù)。按親水基團的類型不同一般將表面活性劑分為四種：陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、兩性離子表面活性劑、和非離子表面活性劑。
??? 前人在研究污泥厭氧消化時,常常使用熱處理、熱化學處理、機械處理、超聲波處理及酶處理等方法來提高污泥水解速率；但是由于以上幾種方法需要特殊的操作條件及較高的投資和運行費用而受到應用限制。以往的研究表明,表面活性劑對污泥中的有機物(例如蛋白質、多糖等)具有“增溶”作用；在一定的環(huán)境條件下(例如合適的pH),表面活性劑對微生物的細胞還有破碎作用。因此，利用用量小，增溶能力好的表面活性劑來提高污泥水解速率，從而大幅度提高水解產物在微生物作用下生產有機酸的量，成為研究的熱點。如Yue等研究了利用非離子表面活性劑Tween-80在瘤胃底物作用下對美人蕉厭氧發(fā)酵產酸的影響。
??? 姜蘇等人以城市污水處理廠產生的剩余污泥作為研究對象，對比了各種表面活性劑作用下投加量為0.02、0.1、0.2和0.3 g/g時各自總SCFAs濃度。當使用陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉（SDS）時，剩余污泥分別在厭氧發(fā)酵的第4、6、14和21d達到最大的SCFAs濃度，它們依次為40.7、890.5、1203.5和1731.6 mg COD/L。而空白試驗中剩余污泥的SCFAs最大濃度出現(xiàn)在第6d，其僅為24.4 mg COD/L。當使用陽離子表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨時，在試驗的21d內，剩余污泥產生的最大SCFAs濃度分別為259.1、851.4、909.9和1005.4 mg COD/L。當使用兩性離子表面活性劑羧甲基兩性咪唑啉時，剩余污泥發(fā)酵產生的總SCFAs濃度均在厭氧發(fā)酵的第4d達到最大值，且隨著咪唑啉加入量的增加而增大，它們依次為42.3、226.4、439.9和990.1 mg COD/L。當使用非離子型表面活性劑吐溫80時，剩余污泥產生的最大SCFAs濃度分別為234.8、350.9、841.0和1206.9 mg COD/L。不難發(fā)現(xiàn)，不同類型的表面活性劑都可以促進剩余污泥的發(fā)酵產酸，而且污泥的有機酸濃度均隨著表面活性劑投加量的增加而增大。在相同的環(huán)境條件和操作條件（表面活性劑的投加量大于0.1 g/g）下，陰離子表面活性劑作用下的剩余污泥的總SCFAs濃度最高。
??? 姜蘇等人進一步研究了陰離子表面活性劑SDBS對剩余污泥發(fā)酵產酸的影響[64]。發(fā)現(xiàn)不同SDBS投加量（0、0.01、0.02、0.05、0.1、0.15和0.2 g/g）下，剩余污泥產生的總SCFAs的最大濃度依次為339.06、1642.59、2599.13、2689.91、3285.23、2892.60、2674.53 mg COD/L，它們分別出現(xiàn)在第6、6、6、9、12、12和15d。顯然，SDBS的加入顯著地提高了剩余污泥的SCFAs濃度。然而，剩余污泥達到最大SCFAs濃度所需的酸化時間也隨著SDBS加入量的增加而延長。從污泥產酸濃度以及經濟成本的角度考慮，SDBS的最佳投加量為0.02 g/g，剩余污泥的總SCFAs最大濃度也出現(xiàn)在厭氧發(fā)酵的第6d，此時發(fā)酵液中的有機酸組成為乙酸（27.1%）、丙酸（22.8%）、異戊酸（20.1%）、異丁酸（11.9%）、正丁酸（10.4%）和正戊酸（7.7%）。并發(fā)現(xiàn)，當SDBS（0.02 g/g）存在時，酸性條件（pH＝4.0、5.0和6.0）會降低剩余污泥發(fā)酵產酸的效果，而堿性條件（pH＝8.0、9.0、10.0和11.0）則利于剩余污泥的發(fā)酵產酸。
??? 對表面活性劑作用機理的進一步研究發(fā)現(xiàn)，表面活性劑SDBS對污泥厭氧發(fā)酵的前三個步驟（首先，污泥中的顆粒態(tài)有機物脫離污泥表面并溶解到液相中；然后，溶解到液相中的大分子有機物在微生物產生的水解酶的作用下水解為可被微生物直接吸收利用的小分子有機物；這些小分子有機物經過酸化作用轉化為有機酸）均具有促進作用，而對于產甲烷過程則具有抑制作用，因此使得中間產物SCFAs得以大量積累。在促進剩余污泥發(fā)酵產酸的過程中，表面活性劑的作用僅限于提高污泥的水解速率和產酸速率，并抑制產甲烷菌的活性。有機酸的產生仍然是剩余污泥中的有機物被微生物降解的結果，它的積累也并非來自于表面活性劑自身的降解。此外，投加SDBS的剩余污泥與空白試驗中剩余污泥的pH值的變化趨勢幾乎相同，這表明，加入SDBS引起大量有機酸的積累并不是由于污泥發(fā)酵系統(tǒng)pH的變化引起的。
??? 2.3.2 剩余污泥連續(xù)流污泥產酸
??? 考慮到實際污水處理廠都是連續(xù)運行，王琴等人對在堿性條件和表面活性劑作用下，污泥停留時間（SRT）和溫度對污水廠剩余污泥連續(xù)發(fā)酵生產短鏈脂肪酸（SCFAs）的影響進行研究。
??? 研究發(fā)現(xiàn)在某個確定的SRT下，污泥發(fā)酵液中溶解性蛋白質和碳水化合物的量在所研究的發(fā)酵時間內均基本保持穩(wěn)定；溶出的蛋白質和碳水化合物的量隨污泥停留時間增加而增加；SRT小于12d內，SCFAs濃度隨SRT增大而增加。pH為10和SDBS作用時的最佳SRT都為12d，相對應的平均產酸濃度分別為934和1149.7mgCOD/L，其值分別為空白試驗中產酸濃度的3.6倍和4.4倍；在所研究的范圍內，不管SRT為多少，產生的SCFAs中乙酸含量最多，其次是異戊酸和丙酸，而正丁酸和正戊酸組份含量最少；pH為10和SDBS作用下，乙酸和丙酸占總酸比例分別為和40.1％和16％、56.3％和8.5％，表面活性劑可以提高生產的SCFAs中乙酸的比例，而堿性條件可以適當提高丙酸的比例；污泥中氨氮的釋放隨SRT增加線性增加。
??? 在室溫、SRT為12d時，連續(xù)流反應器中堿性條件和表面活性劑聯(lián)合作用對剩余污泥水解和產酸的影響研究發(fā)現(xiàn)，污泥水解過程中產生的可溶性蛋白質和碳水化合物基本不隨發(fā)酵時間而變化；持續(xù)的調節(jié)系統(tǒng)pH值為10比先用pH10處理8d后再投加SDBS更有利于剩余污泥水解；調節(jié)系統(tǒng)pH值為10同時投加SDBS，比只控制堿性條件或只投加表面活性劑時剩余污泥水解的效率要高，并且產生的SCFAs更多，達到2055.8mgCOD/L；調節(jié)系統(tǒng)pH值為10同時投加表面活性劑所產生的SCFAs中乙酸和丙酸的比例分別為49.6％和12.2％，它們介于只調節(jié)pH值和只投加表面活性劑之間；堿性條件和表面活性劑聯(lián)合作用時的氨氮釋放大于只采用堿性條件產或只投加表面活性劑釋放的氨氮量。
??? 3、技術展望
??? 國內外對于污泥產酸的研究已經取得了一系列的研究成果，但國內對污泥產酸研究才剛起步，污泥產酸研究機理和和推廣運用還有待深入研究。如果能將污泥產酸推廣到中試和實際工程，必然可以節(jié)約人類有限的有機資源并降低污水處理廠的運行費用，同時資源化利用污泥有機物并降低其對環(huán)境的污染。
???