在96℃温度下，当污泥停留时间为5d时，污泥中总固体TS和挥发性固体VS的去除率比常温下处理的去除率提高了32%和26%;而当污泥停留时间为20d时，同样操作条件下TS和VS去除率提高了16%和12%，说明温度和污泥停留时间对微波提高污泥厌氧性都具有影响。Park等［39］发现经微波处理后的剩余污泥中，产气量和COD去除率分别提高了79%和65%，同时，污泥停留时间可由原来的15d缩短至8d。Eskicioglu等［40］通过实验发现温度、处理强度以及污泥浓度对污泥溶解性的影响较大。
北极星水处理网讯:污水处理厂在处理污水过程中会产生大量的剩余污泥，污泥体积通常占污水处理总体积的0.3%～1.0%［1］。目前我国每年排放的干污泥大约为130万t，并以大约10%的速率增加［2］。剩余污泥中含有大量的污染物，如重金属、内分泌干扰剂、多氯联苯、多环芳烃以及二噁英等［4］，这些污染物如果得不到妥善处理，会对环境造成严重的二次污染。剩余污泥的处理费用巨大，一般占城市污水处理厂总费用的40%～60%［3］。目前对污泥处理多采用污泥厌氧消化的方法［5］。厌氧消化过程主要有水解、酸化、产乙酸和产甲烷4个阶段，其中，水解过程由于厌氧微生物所需要的营养物质大部分存在于污泥絮体以及微生物的细胞膜(壁)内部原生质中，胞外分泌酶无法与营养基质充分有效地接触，严重限制了厌氧消化的速率［6］。因此，要对污泥进行预处理，即破碎污泥絮体和污泥细胞膜(壁)，使营养基质得以释放，加快整个厌氧消化过程［7-8］。
SHIN等［52］实验发现，电子束辐射处理污泥后的24h期间，总化学需氧量TCOD释放了30%～52%，挥发性脂肪酸VFAs大约增加了90%，并且厌氧消化时间缩短了一半。此外实验还发现，污泥的pH值不影响电子束污泥处理效果，在SCOD增加较快的期间，氧化还原电位(oxidation-reductionpotential，ORP)曲线下降，而当SCOD曲线趋于平衡时，ORP曲线开始上升，由此可将ORP作为一个快速表征污泥水解的参数。CAO等［53］的实验发现，随着辐射剂量的增大，SCOD、溶解性总氮STN等迅速增加，而混合液污泥浓度MLSS大幅度减小，说明此时污泥细胞破解溶出大量细胞内物质;并且当污泥层为5cm时处理效果较好，处理后的污泥zeta电位趋近于零，说明污泥的沉降性能变好。
1．2微波预处理技术
微波预处理技术处理速度快、效果好，可有效溶解污泥细胞壁，提高厌氧消化效率，但运行费用较高，限制了其广泛应用。今后应以降低能耗为着手点，研究影响微波处理效率的因素，找出最佳工况，并联合其他处理工艺，进一步提高厌氧消化效果，降低能耗。微波应用前景较好，值得进一步研究，并推动其在工程上的广泛应用。
2．2电子束预处理技术
1．1聚焦脉冲预处理技术
式中:TI为聚焦脉冲对污泥的处理强度，(kW˙h)/m3;V为脉冲电压，(kg˙m2)/(C˙s2);D为脉冲宽度，s;f为脉冲频率，1/s;e为样品的电导率，S/m;L为电极间的距离，m;HRT为污泥样品在脉冲电场中停留的时间，s;K为单位转换常数，用来评估污泥处理强度对COD生成CH4的影响，取2.8×10-7(kW˙h)/J。
目前，微波污泥预处理技术的研究较为热门。Cigdem等［37］认为，虽然污泥处理的前7d微波对产气影响不大，但明显提高了污泥厌氧消化的性能。Eskicioglu等［38］的研究表明，微波对污泥絮体的结构和细胞膜具有破坏能力，使污泥释放胞内外溶解性颗粒COD有机物质(如蛋白质，多糖，核酸等)。
为提高污泥厌氧消化效率，许多污泥破壁或溶胞预处理技术正在研发之中。笔者综述国内外已有报道且具有良好应用前景的几种污泥预处理技术，将这些技术归纳为电磁场、辐射以及生物处理等污泥预处理技术，并分析它们的原理、特点、处理效果以及发展方向。
生物酶水解技术已经有了30多年的研究历史，许多种类的酶在废物处理当中起着重要的作用。先前的研究结果表明，额外添加酶类可以提高污泥厌氧消化效率，并可改善酶类的沉降性能［54］，降低处理成本［55］，控制简单，产物对环境无害［56］。Guang等［57］将胞外聚合物(EPS)分成松散(LB-EPS)和紧密(TB-EPS)两部分，并根据酶系列实验研究结果，认为蛋白酶主要作用于污泥颗粒，α-淀粉酶和α-葡糖苷酶作用于松散的胞外聚合物(LB-EPS)，只有很少部分的蛋白酶、α-淀粉酶和α-葡糖苷酶作用在紧密的胞外聚合物(TB-EPS)。44%～65%的α-淀粉酶和59%～100%的α-葡糖苷酶作用在LB-EPS，表明污泥絮体水解部分主要是蛋白质和碳水化合物。Roman等［58］将纤维素酶和链霉蛋白酶E分单一和混合两种投加方式来处理污泥，结果表明，经混合投加方式处理后的污泥，污泥量减少了80%，颗粒型COD去除了93%，总化学需氧量TCOD去除了97%，总悬浮固体TSS从25g/L降低到5g/L，减少了80%。而单一投加方式对污泥的溶解、COD以及TSS却几乎没有影响，但所有方式的投加酶都可以降低挥发性脂肪酸VFAs。由于VFAs积累可能会导致发酵失败，所以得出结论是额外添加酶可从降低VFAs，污泥减量，以及由于pH值稳定而保证消化稳定等方面，说明可以提高厌氧消化效率。Andres等［59］的实验表明，污泥被生物酶处理后，其在脉冲电场中停留的时间缩短了30%，这意味着反应器容积可以大大减小，不仅降低加热和搅拌的能耗，而且还可以降低基建的费用。
聚焦脉冲(FP)技术尽管在医学破壁和食物杀菌方面为人所熟知［13-14］，但对其提高厌氧消化效率方面的研究仍较少。聚焦脉冲在水中电弧放电，可以产生冲击波、紫外线辐射以及各种自由基［15］，同时在高压条件下，细胞膜会产生电穿孔［16］，这些都可以促使污泥细胞破碎，溶出胞内有机物。研究［17-20］表明:①当采用较弱的电场时，可使细胞膜形成可逆电击穿，即电场所诱导的细胞膜电穿孔在一定条件下可以重新封闭;②随着电场强度的增大，细胞膜孔数增多，孔径增大，当达到一定程度后膜孔就不能再封闭，从而造成不可逆击穿，使细胞死亡、破裂。在污泥预处理中，主要是运用电场对细胞膜不可逆击穿原理。20世纪60年代后期，Sale等［21-22］首次采用多个高压电脉冲对微生物细胞进行处理，发现细胞在电场作用下溶解或死亡。聚焦脉冲电穿孔机理见图1［23］。图1中，正负电极分别与聚焦脉冲电源和地面连接，绝缘的细胞膜在快速变化的电场中发生极化。这是由于磷脂分子是极性分子，随着电荷的积累，膜间电压升高。如果膜间电压超过了某一阈值，细胞膜间由于引力引起的压力就会破坏磷脂双分子层而形成小孔。
虽然现有的污泥预处理技术种类繁多，但实际应用方面的研究不够深入和全面。今后，研究工作应该着眼于实际生产，解决相关技术投资高、能耗大以及不经济等问题。本文笔者所论述的污泥预处理技术，都有良好的发展应用发展空间，值得深入研究。