近年来，随着工农业生产的快速发展和城市化进程的日益加速，我国的污水处理厂数目和污水处理量急剧增长。城市污泥是污水生物处理过程中的伴生产物，也是污水中污染物的浓缩体。若不加以处理和控制，将会对环境造成严重的二次污染。面对如此巨大的污泥产量和增长率，城市污泥处理理应是污水处理流程中的重要环节之一，然而实际上长期“重水轻泥”的观念导致我国污水处理厂既无设施，也无预留地，高达80%的污泥只是脱水到一定含水率，交由第三方采用填埋或其他低端末端处理。污染物只是换了种存在状态（从液相中迁移到固相），不仅没有彻底消除，反而增加了处理难度。“脱水-填埋或不知去向”成为我国事实上的污泥处理处置路线。成为“负担”的污泥处理既对污水处理厂形成运营压力，也产生了更加严重的社会压力，因此，如何合理地处理和处置污水处理过程中产生的污泥是我国亟待解决的问题。
近年来，相比较传统的填埋和焚烧处理，从城市污泥中最大限度地回收有用资源成为研究热点。厌氧消化工艺是污泥稳定化、减量化和资源化首选的和最可行的途径。污泥经厌氧消化后，不仅体积大大减少，其中的有机碳化合物又可转化为高附加值小分子碳源或沼气，为污水处理厂提供脱氮除磷碳源或能源。然而，城市污泥的组成特点造成其中有机质比例失衡，蛋白质含量偏高，碳氮比（C/N）仅为6左右，严重低于厌氧消化工艺所需C/N比（10～20）。如何改善污泥厌氧消化性能、提高污泥有机质降解率、缩短消化停留时间已经引起了国内外学者的普遍关注。我国是世界第一农业大国，农作物秸秆资源的拥有量也居世界首位。以农作物为原材料的食品工业也带来很多的副产物，如菌糠、酿造废弃物等。如果以工农业有机废弃物为外碳源对城市污泥进行调质，可能对提高二者的资源化利用效率大有禆益。
本书基于以上的研究思路和理念，将作者从事城市污泥多年的研究成果汇总起来。全书共分为五章：第1章主要介绍城市污泥的研究现状；第2章介绍提高污泥溶胞和酸化性能的预处理方法；第3章以农业秸秆为外加碳源，介绍农业秸秆调质对污泥发酵产酸及蛋白质降解转化的影响；第4章以菌糠为外加碳源，介绍其投加对污泥共发酵产酸性能的影响；第5章以酿造废弃物为外加碳源，介绍了其与污泥共发酵的各项性能指标及变化情况。本书的部分内容来自笔者攻读博士学位期间，协助导师王爱杰教授指导的硕士研究生郭泽冲、杜静雯和康灵玲的部分试验研究成果。王爱杰教授对笔者学术思想的形成给予了许多的帮助，在此表示衷心感谢。温凯丽、刘芝宏、樊雅欣和魏瑶丽参与了全文的统稿和文字编辑，在此，对为此书的形成做出贡献的每个人表示感谢。
由于作者水平有限，书中难免存在缺点和不足，恳请广大读者批评指正。
周爱娟
2017年7月
第1章 绪论 1
1.1 城市污泥资源化途径及研究现状 1
1.1.1 城市污泥的基本组成分析 3
1.1.2 城市污泥厌氧消化产甲烷 4
1.1.3 城市污泥生产生物燃料 5
1.1.4 利用微生物燃料电池产电 5
1.1.5 以污泥作为能源和原料生产水泥和建筑材料 7
1.2 城市污泥预处理研究现状 7
1.2.1 物理预处理 8
1.2.2 化学预处理 11
1.2.3 生物预处理 14
1.3 剩余污泥产酸发酵的研究现状 14
1.3.1 污泥厌氧处理的原理 14
1.3.2 污泥厌氧发酵的影响因素 15
第2章 提高污泥溶胞和酸化性能的预处理方法及策略 19
2.1 概述 19
2.2 超声预处理 19
2.2.1 超声频率对污泥溶胞率及颗粒性有机物溶出的影响 19
2.2.2 超声频率对短链挥发酸产量及分布的影响 22
2.3 微生物衍生型生物表面活性剂 27
2.3.1 挥发酸产量和组成影响 27
2.3.2 颗粒性有机物的水解 29
2.3.3 胞外水解酶活性及挥发酸累积机理解析 31
2.3.4 鼠李糖脂的可行性及原位合成分析 33
2.4 植物衍生型生物表面活性剂 35
2.4.1 剩余污泥厌氧水解过程的强化作用 35
2.4.2 污泥胞外聚合物的剥离分析 37
2.4.3 挥发酸产量及组成影响 39
2.4.4 皂苷促进污泥厌氧消化速率的机理解析 41
2.4.5 皂苷预处理的可行性分析 43
2.5 化学预处理 44
2.5.1 化学预处理对剩余污泥厌氧水解的影响 44
2.5.2 不同化学预处理剩余污泥厌氧发酵最佳产酸时间的确定 51
2.5.3 化学预处理对半连续流厌氧发酵产酸效能的影响 63
2.6 本章小结 67
第3章 农业秸秆调质对污泥发酵产酸及蛋白质降解转化的影响 69
3.1 我国秸秆资源利用现状和本章概述 69
3.1.1 我国秸秆资源利用现状 69
3.1.2 本章概述 69
3.2 玉米秸秆调质比例及调质形式的优化 70
3.2.1 污泥水解及有机质浓度变化规律 71
3.2.2 蛋白质和碳水化合物浓度变化规律 72
3.2.3 VFAs产量及组成结构变化规律 74
3.2.4 氨磷的释放规律 77
3.3 污泥与玉米秸秆共发酵基质的厌氧消化动力学模型 78
3.3.1 模型的建立 78
3.3.2 模型参数求解 85
3.3.3 模型模拟结果分析与评价 88
3.3.4 模型应用 93
3.4 本章小结 97
第4章 菌糠投加对污泥共发酵产酸性能影响 99
4.1 双孢菇菌糠处理与处置现状 99
4.2 基于UD-RSM法优化预处理污泥与菌糠共发酵产酸工艺参数 100
4.2.1 碱预处理污泥与菌糠共发酵产酸工艺参数优化 100
4.2.2 热碱预处理污泥与菌糠共发酵产酸工艺参数优化 102
4.2.3 超声预处理剩余污泥与菌糠共发酵产酸工艺参数优化 109
4.3 污泥预处理对污泥与菌糠共发酵产酸性能提升的影响 112
4.3.1 溶解性有机质的变化 112
4.3.2 挥发酸产量及其组成的变化 115
4.3.3 氨氮和磷的释放规律 122
4.3.4 水解发酵过程中水解酶活性的变化 123
4.3.5 污泥减量化程度分析 125
4.4 不同共发酵体系产挥发酸经济性分析 127
4.5 本章小结 128
第5章 酿造废弃物投加对污泥共发酵产酸性能影响 130
5.1 概述 130
5.2 醋糟调质对剩余污泥发酵产酸及蛋白质降解的影响 131
5.2.1 醋糟性质 131
5.2.2 不同预处理醋糟对污泥发酵水解过程的影响 134
5.2.3 不同预处理醋糟对污泥发酵产酸过程的影响 137
5.2.4 污泥发酵过程甲烷累积产量的变化 142
5.2.5 污泥发酵过程中无机盐的释放 144
5.3 酿造废弃物调质对剩余污泥发酵产酸及蛋白质降解的影响 146
5.3.1 酿造废弃物组分 146
5.3.2 不同酿造废弃物对污泥发酵水解过程的影响 147
5.3.3 不同酿造废弃物对污泥发酵产酸过程的影响 151
5.3.4 污泥发酵过程甲烷累积产量的变化 155
5.3.5 污泥发酵过程中无机盐的释放 156
5.4 本章小结 157
参考文献 160
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