推薦理由：自1914年Ardern和Lockett在英國曼徹斯特建成活性污泥處理廠以來，歷經(jīng)100多年的發(fā)展，活性污泥法仍然是城市污水處理應(yīng)用最廣泛的方法。但隨著經(jīng)濟和城市化的快速發(fā)展，污水處理量大幅攀升，剩余污泥量快速增加。如何高效經(jīng)濟地實現(xiàn)污泥減量化、無害化、資源化處理處置，是近年來我國環(huán)境領(lǐng)域討論的熱點問題之一。目前，厭氧消化是一種污泥穩(wěn)定化處理的重要手段，能夠?qū)崿F(xiàn)污泥減量化、無害化和資源化的處理目標。然而，我國市政污泥有機質(zhì)厭氧生物轉(zhuǎn)化率明顯低于歐美發(fā)達國家的水平。此外，隨著人類社會發(fā)展，大量的人工合成的有機化學(xué)品被使用后通過各種途徑排放到水體環(huán)境中，使得這些化學(xué)品成為污水和污泥中不可忽視的新型污染物。在厭氧消化處理過程中如何有效解決上述矛盾是污水廠運用厭氧工藝所面臨的重要難題。可見，厭氧消化預(yù)處理技術(shù)是該工藝高效運行的關(guān)鍵步驟，也是當(dāng)前研究的熱點。同濟大學(xué)李詠梅教授團隊在剩余污泥厭氧消化過程中首次采用CaO₂預(yù)處理技術(shù)應(yīng)用，歷經(jīng)5年的潛心研究，取得了系列重要研究成果。這些具有重要參考價值的研究成果發(fā)表在環(huán)境領(lǐng)域Water Research，Bioresource Technology，Journal of Hazardous Materials等國際知名期刊。

——同濟大學(xué)浙江學(xué)院、《中國給水排水》青年編委 劉俊 博士

01 研究背景

隨著污水處理量的攀升，剩余污泥的產(chǎn)生量逐年遞增。如何高效經(jīng)濟地實現(xiàn)污泥減量化、無害化、資源化處理處置，是近年來我國環(huán)境領(lǐng)域討論的熱點問題之一。厭氧消化是一種十分有效的污泥穩(wěn)定化處理工藝，可利用污泥中的厭氧菌群降解污泥中有機質(zhì)，能夠同時實現(xiàn)污泥減量化、無害化和資源化的處理目標。然而，我國市政污泥有機質(zhì)厭氧生物轉(zhuǎn)化率介于20%～50%之間，明顯低于歐美發(fā)達國家的水平（50%～70%），因此，厭氧消化預(yù)處理技術(shù)是目前的研究熱點。此外，隨著人類社會發(fā)展，人工合成的有機化學(xué)品被大量使用并經(jīng)各種途徑不斷排放到自然環(huán)境介質(zhì)中，使得這些化學(xué)品逐漸成為污水和污泥中不可忽視的污染物。過氧化鈣（CaO₂）是一種環(huán)境友好型的固態(tài)無機過氧化物，其溶于水可緩慢釋放出氧氣和過氧化氫，為最通用最安全的固態(tài)過氧化物之一。同濟大學(xué)李詠梅教授團隊首次將CaO₂預(yù)處理技術(shù)應(yīng)用于剩余污泥厭氧消化中，通過近5年的研究，確定了經(jīng)濟有效促進剩余污泥產(chǎn)酸并去除有害有機物的過氧化鈣預(yù)處理工藝條件，揭示了過氧化鈣強化污泥發(fā)酵過程產(chǎn)生高質(zhì)量酸性發(fā)酵液的化學(xué)-生物協(xié)同作用機理，并開發(fā)了過氧化鈣與微波或紫外聯(lián)用技術(shù)去除污水及污泥中的微量有機污染物，取得了系列研究成果。

02 主要研究內(nèi)容和成果

2.1 過氧化鈣預(yù)處理促進污泥水解增溶及產(chǎn)酸產(chǎn)甲烷

研究得出，過氧化鈣的投加量可顯著影響污泥的增溶性，顯著提高污泥厭氧消化過程中揮發(fā)性短鏈脂肪酸（SCFAs）的累積，同時促進其它種類的SCFAs向乙酸的轉(zhuǎn)化，實驗得出最佳投加劑量為0.2g/gVSS，產(chǎn)酸總量提高3.9倍，總SCFAs中乙酸比例提高到60%。CaO₂預(yù)處理可有效破解污泥胞外聚合物（EPS）中的糖類和蛋白質(zhì)，促進有機物從緊密附著型EPS及細胞內(nèi)物質(zhì)到溶解態(tài)可利用產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化，同時可以氧化去除污泥上清液中大部分難以生物降解的有機有害物質(zhì)，從而獲得高質(zhì)量的污泥發(fā)酵液。通過不同溫度條件下剩余污泥厭氧發(fā)酵實驗發(fā)現(xiàn)，常溫條件下CaO₂預(yù)處理技術(shù)對污泥的破解和增溶效果較中溫和高溫條件下更為顯著。微生物功能預(yù)測分析得出，添加CaO₂促進了磷酸轉(zhuǎn)移酶、乙酰轉(zhuǎn)移酶、ATP結(jié)合盒式蛋白、水解酶以及蛋白質(zhì)和糖類的生物合成和降解，從而促進了微生物的水解、代謝和產(chǎn)酸。此外，采用過氧化鈣/微波（CaO₂/MW）聯(lián)合技術(shù)預(yù)處理污泥可顯著提高污泥溶解性和可生物降解性以及后續(xù)的厭氧消化產(chǎn)甲烷量，添加CaO₂（0.1g/gVSS）后進行MW（480W，2min）處理為最優(yōu)工藝條件，甲烷累積量比空白組高出80.2%，甲烷在沼氣中的含量也提高了25.4%。

2.2 過氧化鈣預(yù)處理去除污泥中難降解有害有機物

研究表明，采用CaO₂可有效去除污泥在厭氧消化過程中難以降解的有機污染物。初始剩余污泥共檢測到29種難降解有機污染物，10個樣品中有機污染物的總檢出頻次為131次。經(jīng)過CaO2預(yù)處理后，厭氧消化5d時污泥上清液中的有機污染物的檢出頻率明顯降低：只檢測出19種有機污染物，10個樣品中有機物的檢出總次數(shù)為37，表明大部分的有機污染物由于CaO₂的作用而降解。此外，CaO₂作為污泥預(yù)處理手段能有效去除污泥中的內(nèi)分泌干擾物（雌酮、雌二醇、乙炔雌二醇、雌三醇、雙酚A、壬基酚），且pH值適用范圍廣（2～12）。污泥中內(nèi)分泌干擾物的降解效率會隨著過氧化鈣投加量的升高而增大，過氧化鈣氧化后產(chǎn)生的內(nèi)分泌干擾物的氧化產(chǎn)物比原目標物的致雌激素效應(yīng)減弱，同時還能提高污泥的溶解性�；钚匝踝杂苫�是導(dǎo)致污泥基質(zhì)中目標內(nèi)分泌干擾物降解的主要因素，剩余活性污泥中的金屬離子會對內(nèi)分泌干擾物的降解產(chǎn)生重要影響。

2.3 紫外/過氧化鈣聯(lián)用技術(shù)去除污水和污泥中微量有機污染物
紫外/過氧化鈣（UV/CaO₂）聯(lián)用技術(shù)作為新型高級氧化技術(shù)可以有效去除并且礦化污水中微量難降解藥物卡馬西平（CBZ）、撲米酮（PMD）、苯巴比妥（PBB）、甲砜霉素（TAP）和氟苯尼考（FF）。CaO₂投加量、紫外輻照劑量、污染物濃度以及溶液的pH值都會影響目標污染物的降解速率。UV/CaO₂對目標污染物的去除是UV/H₂O₂和UV/OH-的綜合作用結(jié)果。CBZ和PMD降解主要通過•OH間接光解；PBB降解主要通過直接UV光解和間接光解（OH、3DOM*和1O₂）；TAP降解主要通過UV光解和•OH間接光解；FF降解主要通過UV光解和間接光解（OH和3DOM*）。研究解析了以上藥物在水中經(jīng)過UV/CaO₂處理的降解途徑。進一步利用UV/CaO2對美國某城市污水處理廠二級處理尾水中的微量有機污染物（TOrCs）進行處理，發(fā)現(xiàn)UV/CaO₂能夠有效去除尾水中的大部分TOrCs，出水滿足加州關(guān)于水回用技術(shù)去除效果的規(guī)定。建立了與尾水光譜參數(shù)相關(guān)的TOrCs去除率預(yù)測模型，可用于預(yù)測UV/CaO₂對尾水中TOrCs的去除效果。
UV/CaO2技術(shù)也能夠有效去除污泥中的CBZ和PMD，其降解趨勢遵循偽一級動力學(xué)。推薦使用0.2gCaO₂/gVSS和MP-UV照射時間7h作為污泥預(yù)處理最佳操作條件，CBZ和PMD去除率＞90％。在MP-UV/CaO2處理中，對關(guān)鍵自由基•OH進行了定量，并建立了•OH濃度與CaO2投加量的關(guān)系式。對污泥中CBZ和PMD的轉(zhuǎn)化中間產(chǎn)物檢測，發(fā)現(xiàn)其大部分可進一步生物降解。進一步研究得出UV/CaO₂可以產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，同時提高污泥的溶解性以及后續(xù)的厭氧消化產(chǎn)甲烷量。最佳的預(yù)處理條件：MP-UV（180 mW/c㎡，2h）+ CaO₂（0.1 g/gVSS）。在這種預(yù)處理條件下，污泥厭氧消化30d后與未經(jīng)過預(yù)處理的對照組比較，溶解性有機物SCOD增加了239.8%，短鏈脂肪酸增加了421.3%，甲烷CH4累積量增加了119.2%，VSS減量62.50%。

CaO₂所產(chǎn)生的堿性氧化環(huán)境，有利于促進污泥增溶減量、厭氧消化產(chǎn)酸、并去除難降解有機污染物，從而推進污泥減量化、無害化、資源化處理處置。經(jīng)CaO₂預(yù)處理并厭氧發(fā)酵后可獲得高質(zhì)量污泥發(fā)酵液（高含量VFA低含量難降解有機物），可用于污水廠除磷脫氮的優(yōu)質(zhì)外加碳源。相較于單獨CaO₂處理，CaO₂與微波或紫外聯(lián)用能顯著提高污泥預(yù)處理效果、減少CaO₂投加量，鑒于CaO₂的穩(wěn)定性和易儲存性，其在污水深度處理和污泥處理中有較大的推廣應(yīng)用價值。

通訊作者：李詠梅，博士，教授，同濟大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院環(huán)境工程系主任，教育部新世紀優(yōu)秀人才。研究方向為污水/污泥處理與資源化，系統(tǒng)研究了污水與污泥生物處理及其模型化、碳氮磷資源回收、難降解有機物處理，發(fā)表論文180余篇。擔(dān)任英文期刊Chemosphere副主編，Environmental Technology Review編委，國際水協(xié)IWA Nutrient Removal and Recovery Specialst Group 成員，IWA/WEF污水廠數(shù)學(xué)模型WWTmod系列會議學(xué)術(shù)委員會高級委員。主持了國家重點研發(fā)計劃項目、“863”計劃項目、自然基金項目等多個重要項目。