污水处理厂剩余污泥化学预处理技术研究综述

摘要：随着污水处理厂剩余污泥量的与日俱增，其处理处置难题愈发凸显。本论文聚焦于剩余污泥化学预处理技术，开篇点明该技术在污泥减量化、稳定化与无害化处理中的关键地位。详细阐述化学预处理技术的定义、分类，梳理其研究进展，深入探究酸/碱、臭氧、Fenton、过硫酸盐、高锰酸盐和高铁酸盐等主要预处理技术的作用机理，对比各技术优势与局限。

关键词：剩余污泥；化学预处理技术；污泥处理；资源化利用

引言

在当今环保形势日益严峻的大背景下，污水处理厂作为水污染控制的关键防线，在净化污水的同时，不可避免地产生大量剩余污泥。这些剩余污泥成分复杂，包含大量有机物、微生物、重金属及病原体等，若未经妥善处理，随意排放或处置不当，将会对土壤、水体及大气环境造成严重的二次污染，威胁生态平衡与人类健康。

一、化学预处理技术在剩余污泥处理中的重要性

随着污水处理厂的广泛运行，剩余污泥的妥善处理成为亟待解决的关键问题，而化学预处理技术在其中发挥着不可或缺的重要作用。从污泥减量化角度看，化学预处理能够有效破坏污泥的絮体结构和微生物细胞，促使胞内水和结合水释放，显著提高污泥的脱水性能，降低污泥的含水率，从而减少污泥的体积和后续处理处置的运输成本及填埋空间需求。在污泥稳定化方面，化学预处理技术可加速污泥中有机物的分解转化，改善污泥的厌氧消化性能，提高产甲烷效率，使污泥中的有机物质更快地达到稳定状态，减少污泥在后续储存和处理过程中产生的恶臭气体和有害渗滤液，降低对周边环境的污染风险，同时实现部分能源回收，符合可持续发展理念。

二、剩余污泥化学预处理技术概述

2.1 化学预处理技术的定义和分类

剩余污泥化学预处理技术，是指在污泥后续处理流程前，运用化学手段介入，借助化学药剂与污泥成分间的反应，优化污泥特性，为后续处置创造有利条件的技术统称。按所采用化学药剂和作用机制，大体可分几类。一是酸处理技术，运用硫酸、盐酸等无机酸或乙酸等有机酸，凭借质子化效应瓦解污泥絮体架构，促使细胞破裂，胞内物质渗出，进而削减污泥黏性，提升脱水效能，还能助力有机物水解，为后续生化处理破冰。二是碱处理技术，像氢氧化钠、氢氧化钙这类强碱，借由皂化、细胞壁溶解及蛋白质变性等反应，把大分子有机物拆解成小分子，既增强污泥可生化性，为厌氧消化中的微生物供能，提升沼气产出，又能优化脱水表现，让水分更易脱离；三为氧化法，臭氧氧化凭借强氧化性自由基，撕裂污泥细胞，破除难降解有机物与病原体防线，在提升脱水与可生化性上表现卓越；过氧化氢在亚铁离子催化下的Fenton氧化，或单独作用时，都能依浓度、条件调控改造污泥性质。

2.2 化学预处理技术的研究进展

当前，剩余污泥化学预处理技术研究高歌猛进。理论探究上，对各方法作用机理洞察更深，借助傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜等先进工具，精准剖析酸、碱处理后污泥官能团、微观结构与有机物变更，明晰内在化学逻辑。应用探索中，聚焦工艺优化，针对多样污泥，全方位考察化学药剂种类、剂量、反应时长、温度、pH值等影响，以脱水、厌氧消化、好氧堆肥性能为导向，用响应面分析法等建模寻优。

三、主要化学预处理技术及机理

3.1 酸/碱预处理技术

酸预处理通常采用硫酸、盐酸等无机酸或乙酸、柠檬酸等有机酸。其核心机理在于酸的质子化作用，当酸加入污泥后，氢离子会与污泥中的有机物、细胞表面官能团相互作用。对于污泥絮体，质子化破坏了维持其结构稳定的化学键，使得絮体松散瓦解；从细胞层面看，细胞膜在酸性环境下通透性改变，细胞内物质渗出，释放出胞内水，有效改善污泥的脱水性能，渗出的有机物如蛋白质、多糖等大分子开始水解，为后续生物处理提供更易降解的底物。例如，在实验室研究中，用一定浓度的盐酸处理污泥，污泥的比阻显著降低，毛细吸水时间大幅缩短，脱水效率明显提升。碱预处理常用氢氧化钠、氢氧化钙。强碱环境引发一系列反应，如皂化反应能分解污泥中的油脂类物质，使其从固态变为液态，利于后续分离。

3.2 臭氧预处理技术

臭氧作为强氧化剂，与污泥接触时，首先通过物理扩散作用进入污泥内部。一旦接触到有机物和微生物，臭氧分子便会夺取电子，自身分解产生具有极高氧化活性的羟基自由基和单线态氧等活性物种。这些自由基无选择性地攻击污泥中的有机物，包括难降解的芳香族化合物、长链脂肪酸等，将其化学键打断，分解为小分子的醛、酸、醇甚至直接矿化为二氧化碳和水。从微生物角度，臭氧可破坏细胞壁和细胞膜，使细胞内物质外流，细胞死亡，这不仅减少了污泥中的生物量，降低了后续处理的负荷，还释放出胞内的水分和有机物，提升了污泥的脱水性能与可生化性。

3.3 Fenton 预处理技术

Fenton 预处理基于亚铁离子与过氧化氢在酸性条件下的反应。Fe²催化H₂O₂分解产生羟基自由基，该自由基具有超强的氧化能力，氧化电位仅次于氟原子，能迅速氧化污泥中的各类有机物。与其他氧化剂不同，Fenton 反应产生的自由基可以在短时间内对复杂的有机污染物进行深度氧化，将大分子有机物如木质素、纤维素等降解为小分子有机酸、醇类等，提高污泥的可生化性。同时，由于反应过程较为剧烈，污泥的絮体结构被破坏，细胞破碎，胞内物质释放，使得污泥的脱水性能得到改善。

3.4 过硫酸盐预处理技术

过硫酸盐在一定条件下可被激活产生硫酸根自由基，其氧化还原电位与羟基自由基相近，同样具有强大的氧化能力。激活方式包括热激活、过渡金属离子激活、紫外光激活等。以热激活为例，升高温度促使过硫酸盐分解，产生的硫酸根自由基攻击污泥中的有机物，将其氧化分解，能有效降解污泥中的难降解有机污染物，如多环芳烃、农药残留等。而且，在氧化过程中，污泥的絮体结构受到冲击，变得松散，细胞受损，胞内物质溶出，既提升了污泥的脱水性能，又为后续生物处理提供了有利条件。

3.5 高锰酸盐和高铁酸盐预处理技术

高锰酸盐在污泥处理中，通过氧化还原反应发挥作用。高锰酸钾自身具有强氧化性，与污泥中的有机物接触时，锰元素从高价态被还原为低价态，在此过程中，有机物被氧化分解，一些大分子有机物转化为小分子，降低了污泥的粘性，改善了脱水性能。同时，反应生成的中间产物二氧化锰具有一定的絮凝作用，能够吸附污泥中的细小颗粒，进一步促进固液分离。高铁酸盐兼具氧化和絮凝特性。其强氧化性可氧化污泥中的有机物、杀灭病原体，与高锰酸盐类似，能打破有机物结构，提升污泥可生化性。高铁酸钾在反应过程中生成的氢氧化铁胶体具有良好的絮凝效果，能够将污泥中的悬浮颗粒凝聚在一起，加快沉降速度，提高污泥的脱水效率。

结语

化学预处理技术对剩余污泥处理意义重大，是实现污泥减量化、稳定化、无害化的关键。通过定义分类明晰其范畴，研究进展展现发展活力。酸/碱、臭氧、Fenton 等技术各有千秋，从改变污泥结构到提升可生化性，为后续处置 “披荆斩棘”。未来，应深化机理研究、优化工艺、开发绿色药剂，推动技术升级，让污泥处理更高效，助力环保事业迈向新高度。

参考文献

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