高鐵酸鹽預(yù)處理剩余污泥強(qiáng)化厭氧消化研究進(jìn)展

王文海，李梅，王寧，王洪波，2，張偉，徐冠虎

（1.山東建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，山東濟(jì)南 250101；2.山東建筑大學(xué)資源與環(huán)境創(chuàng)新研究院，山東濟(jì)南 250101）

活性污泥法是一種有效的污水處理工藝，處理過程中會(huì)產(chǎn)生大量的剩余污泥。剩余污泥中含有大量的病原菌、重金屬和新興有機(jī)污染物等有害物質(zhì)，如果未經(jīng)適當(dāng)處置會(huì)對環(huán)境造成嚴(yán)重的二次污染〔1〕。此外，剩余污泥中還含有豐富的氮、磷和有機(jī)物等營養(yǎng)物質(zhì)，這些物質(zhì)是一種潛在的資源〔2〕。面對嚴(yán)峻的污泥處理形勢和資源短缺的現(xiàn)狀，如何實(shí)現(xiàn)污泥的有效處理和資源回收已成為研究的熱點(diǎn)問題。厭氧消化作為一種污泥處置技術(shù)，有著巨大的發(fā)展前景，已被廣泛研究和應(yīng)用。厭氧消化在實(shí)現(xiàn)污泥減量化與穩(wěn)定化的同時(shí)可將污泥中的有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為短鏈脂肪酸（SCFAs）、甲烷（CH4）等生物能資源，實(shí)現(xiàn)污泥的資源化利用〔3〕。但是剩余污泥水解困難、污泥固體保留時(shí)間長、有機(jī)物降解率低，導(dǎo)致SCFAs和CH4產(chǎn)率低，難以獲得令人滿意的效果〔4〕。因此，為加速污泥的水解和有機(jī)質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化，提高生物產(chǎn)物產(chǎn)量，開發(fā)了各種污泥預(yù)處理技術(shù)。

常用的污泥預(yù)處理技術(shù)主要包括物理法〔5〕、化學(xué)法〔6-7〕和生物法〔8〕。其中，化學(xué)法具有操作簡單、處理效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于污泥預(yù)處理中?；瘜W(xué)法預(yù)處理可以有效地促進(jìn)污泥解體，釋放胞外和胞內(nèi)有機(jī)物，為后續(xù)的厭氧消化提供更多的基質(zhì)〔9〕。高鐵酸鹽〔Fe（Ⅵ）、FeO42-〕作為一種多功能綠色強(qiáng)氧化劑，被用于剩余污泥的預(yù)處理研究。筆者介紹了高鐵酸鹽的基本性質(zhì)，闡述了高鐵酸鹽預(yù)處理強(qiáng)化污泥水解、產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷的效能與機(jī)理，總結(jié)了高鐵酸鹽與其他技術(shù)相結(jié)合的共處理研究。目前，關(guān)于高鐵酸鹽預(yù)處理污泥的研究，尤其是高鐵酸鹽強(qiáng)化污泥厭氧消化的研究報(bào)道得較少。因此，本研究對高鐵酸鹽在強(qiáng)化污泥厭氧消化處理中的研究進(jìn)行了總結(jié)。

1 高鐵酸鹽的性質(zhì)

1.1 氧化性

各種氧化劑的氧化還原電位（E0）對比見表1。

表1 各種氧化劑的氧化還原電位對比Table 1 Comparison of oxidation-reduction potential of various oxidants

由表1可知，高鐵酸鹽是一種強(qiáng)氧化劑，在酸性條件下（pH<2），其氧化還原電位（2.20 V）比其他氧化劑高〔10〕。即使在中性和堿性條件下，高鐵酸鹽仍具有較強(qiáng)的氧化性。

高鐵酸鹽作為一種綠色氧化劑，已被用于污泥預(yù)處理研究。高鐵酸鹽的強(qiáng)氧化性可以分解污泥胞外聚合物（EPS）和微生物細(xì)胞，釋放胞外和胞內(nèi)有機(jī)物，促進(jìn)污泥水解，增加污泥液中可溶性有機(jī)物濃度，為后續(xù)厭氧消化提供更多基質(zhì)〔11〕。此外，高鐵酸鹽的氧化性可降解污泥中的一些難生物降解的有機(jī)物，提高了污泥液的可生化性〔12〕。

1.2 絮凝性

高鐵酸鹽被還原生成的Fe（Ⅲ）是一種強(qiáng)混凝劑，可吸附水體中的懸浮顆粒，降低濁度。在污泥預(yù)處理過程中，還原產(chǎn)物Fe（Ⅲ）可將被氧化形成的污泥小絮體重新絮凝，增強(qiáng)污泥的沉降效果〔13〕，同時(shí)可捕獲液相中的氨氮和磷酸鹽等無機(jī)物，通過沉淀轉(zhuǎn)移至固相〔14〕。此外，高鐵酸鹽預(yù)處理產(chǎn)生的大量Fe（Ⅲ）可與水解酶競爭腐殖質(zhì)上的活性點(diǎn)位，促進(jìn)腐殖質(zhì)中可生物降解性有機(jī)物的釋放，提高整體厭氧消化效率。

1.3 穩(wěn)定性

高鐵酸鹽無論在酸性還是堿性環(huán)境下都容易發(fā)生分解。高鐵酸鹽在水溶液中被還原為Fe（Ⅲ）并釋放出O2，如式（1）所示〔15-16〕。

高鐵酸鹽的穩(wěn)定性主要取決于高鐵酸鹽的初始濃度、pH等因素。據(jù)報(bào)道〔17-18〕，低濃度和高pH更有利于增強(qiáng)高鐵酸鹽的穩(wěn)定性。較高劑量的高鐵酸鹽預(yù)處理污泥時(shí)，高鐵酸鹽因穩(wěn)定性差而自行分解，導(dǎo)致對污泥的水解效率降低〔19〕。在酸性條件下，高鐵酸鹽氧化電位較高，但自分解速率很快，導(dǎo)致利用率較低，而在中性和堿性條件下，高鐵酸鹽氧化能力有所下降，但穩(wěn)定性得到提高，且隨著堿濃度的增加而增強(qiáng)，能夠持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)揮氧化作用〔20〕。所以在用高鐵酸鹽預(yù)處理污泥時(shí)，往往與堿聯(lián)合處理，通過調(diào)節(jié)pH來延長高鐵酸鹽對污泥的持續(xù)破解時(shí)間〔21〕。

2 高鐵酸鹽強(qiáng)化剩余污泥厭氧消化

剩余污泥厭氧消化主要包括3個(gè)步驟，即污泥水解、產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷，其中，污泥水解被認(rèn)為是厭氧消化的限速步驟〔2〕。

2.1 污泥水解

EPS是污泥絮體的主要組成部分，主要由蛋白質(zhì)、多糖和脂質(zhì)等物質(zhì)構(gòu)成。EPS的存在可以很好地保護(hù)污泥絮體的完整性和微生物細(xì)胞免受外界環(huán)境的影響〔22〕。此外，微生物細(xì)胞的細(xì)胞膜也阻礙了胞內(nèi)物質(zhì)的有效釋放。

2.1.1 強(qiáng)化污泥水解性能

高鐵酸鹽氧化作為一種有效的污泥預(yù)處理方法能加速污泥的水解速率。筆者總結(jié)了高鐵酸鹽預(yù)處理對污泥水解的效果，結(jié)果見表2。污泥的水解很大程度上取決于高鐵酸鹽的投加量。Fenxia YE等〔19〕研究表明，隨著高鐵酸鉀（K2FeO4）投加量的增加，污泥的破解程度提高。當(dāng)每g SS的K2FeO4投加量增加到0.81 g時(shí)，污泥的溶解性化學(xué)需氧量與總化學(xué)需氧量的比值（SCOD/TCOD）達(dá)到了32%。然而，污泥破解率（DDSCOD）并不會(huì)隨著K2FeO4投加量的增加而不斷升高。當(dāng)K2FeO4投加量由1.5 g/L增加到3.0 g/L，污泥破解率從12%提高到78%，而進(jìn)一步增加K2FeO4投加量至3.5 g/L，污泥破解率則急劇下降至40%〔23〕，其原因可能是過量的K2FeO4氧化了液相中的SCOD〔19〕。另一方面，高濃度高鐵酸鹽的穩(wěn)定性差，自分解速率加快〔18〕，部分高鐵酸鹽可能還未發(fā)揮氧化作用便被分解，導(dǎo)致污泥破解率下降。因此，應(yīng)控制K2FeO4投加量在適宜范圍內(nèi)，以獲得最佳的污泥破解率。

表2 高鐵酸鹽預(yù)處理對污泥水解的效果Table 2 Effect of ferrate pretreatment on sludge hydrolysis

由表2可知，高鐵酸鹽在污泥預(yù)處理中的投加量相差較大，其原因可能與實(shí)驗(yàn)污泥的性質(zhì)及污泥中有機(jī)污染物的濃度有關(guān)，高鐵酸鹽在破解污泥的同時(shí)也被一部分有機(jī)物消耗。此外，處理方式和研究目的也是投加量相差大的原因之一。例如，何國鴻等〔26〕僅用少量高鐵酸鹽（每g TSS投加1.3 mg K2FeO4）對發(fā)酵污泥和接種污泥的混合液進(jìn)行預(yù)處理，然后直接厭氧消化，投加量過高可能會(huì)將接種污泥全部氧化。Fenxia YE等〔19〕為探索最佳的污泥增溶效果，將每g TSS的K2FeO4投加量不斷增加至0.81 g甚至更高，并未考慮后續(xù)厭氧消化性能。高鐵酸鹽預(yù)處理污泥在厭氧消化中的研究仍處于探索階段，較寬投加量范圍的研究有利于更全面了解作用機(jī)理和效果。

2.1.2 強(qiáng)化污泥水解作用機(jī)理

高鐵酸鹽預(yù)處理可有效破壞污泥EPS結(jié)構(gòu)和微生物細(xì)胞，釋放胞外和胞內(nèi)有機(jī)物。在高鐵酸鹽的強(qiáng)氧化作用下，污泥絮體EPS的交聯(lián)結(jié)構(gòu)首先被破壞，導(dǎo)致污泥從凝膠結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z結(jié)構(gòu)，更多的緊密結(jié)合EPS（TB-EPS）轉(zhuǎn)化為松散結(jié)合EPS（LBEPS），提高了污泥的溶解性。EPS解構(gòu)導(dǎo)致微生物細(xì)胞被暴露在液相中，過量的高鐵酸鹽繼續(xù)作用于細(xì)胞膜表面，促進(jìn)細(xì)胞破解，最終實(shí)現(xiàn)污泥的完全水解〔29-30〕。EPS和細(xì)胞的破解導(dǎo)致大量有機(jī)物的釋放，在高鐵酸鹽作用下被進(jìn)一步降解為小分子有機(jī)物〔31〕，為后續(xù)的生化過程提供更多的可溶性基質(zhì)。

2.2 發(fā)酵產(chǎn)酸

剩余污泥厭氧發(fā)酵可以產(chǎn)生SCFAs，通過對SCFAs的回收和利用，可以彌補(bǔ)污水處理廠進(jìn)水碳源短缺的問題，減少運(yùn)行成本。目前我國的厭氧發(fā)酵處理面臨著水解效率低、發(fā)酵時(shí)間長、SCFAs產(chǎn)量低等問題，限制了其應(yīng)用。

2.2.1 強(qiáng)化污泥發(fā)酵產(chǎn)酸性能

1）高鐵酸鹽預(yù)處理可以強(qiáng)化污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸效果，提高SCFAs產(chǎn)量和產(chǎn)酸速率。不同條件下K2FeO4預(yù)處理強(qiáng)化污泥發(fā)酵產(chǎn)酸效果見表3。

殷方亮等〔27〕研究發(fā)現(xiàn)，在每g SS投加0～0.8 mg K2FeO4的范圍內(nèi)，揮發(fā)性脂肪酸（VFAs）與K2FeO4投加量呈正相關(guān)，在每g SS投加0.8 mg K2FeO4的劑量下，VFAs產(chǎn)量和每g VSS轉(zhuǎn)化率分別達(dá)到378 mg/L和138.7 mg（以SCOD計(jì)）。Zihao QIAO等〔11〕實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，K2FeO4預(yù)處理有效提高了SCFAs的產(chǎn)量，每g TS投加0.2 g的K2FeO4使得SCFAs最大產(chǎn)量達(dá)到4823 mg/L（以COD計(jì)）。然而，每g TS的K2FeO4投加量進(jìn)一步增加到0.5 g時(shí)，卻明顯抑制了SCFAs的生成，SCFAs產(chǎn)量降至810 mg/L（以COD計(jì)）。由此可知，較高劑量的高鐵酸鹽可顯著提高污泥的破解率，但對污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸可能會(huì)產(chǎn)生不利的影響。高鐵酸鹽預(yù)處理也加速了污泥發(fā)酵產(chǎn)酸速率，顯著縮短了發(fā)酵時(shí)間。Qinxue WEN等〔14〕表明，K2FeO4預(yù)處理后，僅需2 d便達(dá)到最大SCFAs產(chǎn)量，明顯小于對照組的5 d。

2）SCFAs主要包括乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸、戊酸和異戊酸，其中乙酸和丙酸是強(qiáng)化生物脫氮去除系統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)基質(zhì)〔34〕。高鐵酸鹽預(yù)處理可改變SCFAs的組分分布，提高乙酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)。研究表明〔33〕，每g VSS投加0.5 g K2FeO4處理后，乙酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從35.9%增加到57%，占主導(dǎo)地位。隨著K2FeO4投加量的增加，乙酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著提高，丙酸等其他脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)則降低〔35〕。Zihao QIAO等〔11〕實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)每g TS的K2FeO4投加量為0.2 g時(shí)，乙酸占SCFAs總量的90%以上，繼續(xù)增加K2FeO4可以進(jìn)一步提高乙酸比例，但會(huì)抑制SCFAs的整體生產(chǎn)性能。

3）K2FeO4預(yù)處理改變了微生物群落結(jié)構(gòu)，顯著降低了生物多樣性〔33〕，但這可能意味著更高水平的功能組織〔36〕，如產(chǎn)酸細(xì)菌占主導(dǎo)地位。擬桿菌、厚壁菌和變形菌是污泥厭氧發(fā)酵中的主要菌門，是水解和酸化階段的關(guān)鍵微生物〔37〕。尤其是擬桿菌，它可以分泌水解酶將復(fù)雜的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為SCFAs〔38〕。研究表明〔14，32〕，K2FeO4存在的條件下，厚壁菌和擬桿菌大量富集，相比之下，作為SCFAs主要消費(fèi)者的變形菌則因K2FeO4的加入而顯著減少，比例從對照組的19.4%降至2.9%。因此，厚壁菌和擬桿菌的富集可能是K2FeO4在厭氧系統(tǒng)中促進(jìn)SCFAs產(chǎn)量提高的主要原因。

2.2.2 強(qiáng)化發(fā)酵產(chǎn)酸作用機(jī)理

高鐵酸鹽預(yù)處理破壞了EPS和污泥細(xì)胞，顯著提高了污泥中溶解性有機(jī)物濃度，導(dǎo)致更多的有機(jī)質(zhì)可被轉(zhuǎn)化為SCFAs〔14，35〕。高鐵酸鹽促進(jìn)污泥中蛋白質(zhì)和多糖等有機(jī)物的釋放，刺激了與水解和產(chǎn)酸相關(guān)微生物的富集，提高了SCFAs的產(chǎn)量。此外，高鐵酸鹽對產(chǎn)甲烷菌活性的抑制，也是SCFAs累積產(chǎn)量增加的一個(gè)原因〔32〕。

2.3 產(chǎn)甲烷

產(chǎn)甲烷是污泥厭氧消化的最后一步，主要有兩種產(chǎn)甲烷途徑：一種是產(chǎn)甲烷古菌通過乙酸碎屑產(chǎn)甲烷作用將乙酸轉(zhuǎn)化為甲烷，另一種途徑是甲烷桿菌和甲烷古菌通過氫營養(yǎng)產(chǎn)甲烷作用將二氧化碳和氫氣轉(zhuǎn)化為甲烷〔39-40〕。

2.3.1 強(qiáng)化產(chǎn)甲烷性能

為加速污泥水解并促進(jìn)CH4生成，高鐵酸鹽氧化預(yù)處理方法被引入污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷中。筆者總結(jié)了高鐵酸鹽預(yù)處理對污泥厭氧消化產(chǎn)氣的效果，結(jié)果見表4。

表4 高鐵酸鹽預(yù)處理強(qiáng)化污泥厭氧消化產(chǎn)氣效果Table 4 Effect of ferrate pretreatment to enhance sludge anaerobic digestion gas production

Shuli LIU等〔41〕研究發(fā)現(xiàn)，添加K2FeO4可顯著改善污泥的厭氧消化性能，500 mg/L的K2FeO4投加量下，沼氣和CH4產(chǎn)量分別增加了26.6%和28.4%。投加K2FeO4可減少沼氣中硫化氫濃度，降低沼氣脫硫成本，顯著改善沼氣質(zhì)量〔42〕。張皖秋等〔24〕表明，一定投加量范圍內(nèi)，污泥破解率隨K2FeO4投加量的增加而升高。但作為厭氧消化預(yù)處理，應(yīng)綜合考慮污泥的破解率和可生化性。Jiawei HU等〔12〕的研究結(jié)果表明，每g TSS的K2FeO4投加量由0增加至0.05 g時(shí)，每g VSS的CH4產(chǎn)量從164.7 mL增加至204.1 mL。然而繼續(xù)加大K2FeO4投加量，抑制了CH4產(chǎn)率，當(dāng)每g TSS的K2FeO4投加量增加到0.1 g時(shí)，每g VSS的CH4產(chǎn)量降至135.4 mL，低于未經(jīng)K2FeO4預(yù)處理的對照組。較高的高鐵酸鹽投加量抑制了產(chǎn)甲烷效率，其原因一方面是高投加量的高鐵酸鹽導(dǎo)致pH升高〔43〕，對環(huán)境敏感的產(chǎn)甲烷菌在pH刺激下被抑制，導(dǎo)致CH4產(chǎn)量降低。另一方面，厭氧消化系統(tǒng)需要一個(gè)還原性的環(huán)境〔42〕，產(chǎn)甲烷菌適宜的氧化還原電位（<-150 mV）低于一些鐵氧化物〔44〕，過量的高鐵酸鹽顯著提高了污泥的氧化還原電位，抑制了產(chǎn)甲烷生物反應(yīng)。此外，過量的高鐵酸鹽也會(huì)導(dǎo)致Fe（Ⅲ）的積累，危害產(chǎn)甲烷菌并降低甲烷產(chǎn)量〔45〕。

2.3.2 強(qiáng)化產(chǎn)甲烷機(jī)理

污泥的水解、酸化和產(chǎn)甲烷過程都會(huì)參與污泥的厭氧消化，這些過程會(huì)對CH4的生產(chǎn)產(chǎn)生一定影響。如前所述，高鐵酸鹽預(yù)處理促使發(fā)酵細(xì)菌富集，更有利于SCFAs和氫氣的產(chǎn)生。這兩種物質(zhì)都是產(chǎn)甲烷的重要基質(zhì)，可被產(chǎn)甲烷菌利用來生產(chǎn)CH4〔46〕。盡管高鐵酸鹽抑制了產(chǎn)甲烷菌的活性，但功能微生物（水解、產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷微生物）總量得到富集，也是導(dǎo)致CH4產(chǎn)量增加的原因之一。機(jī)理分析表明〔12，46〕，高鐵酸鹽不僅促進(jìn)了污泥分解，而且提高了腐殖質(zhì)和木質(zhì)纖維素的消化潛力，提高了污泥液的可生物降解性。更多的可利用有機(jī)質(zhì)會(huì)促使產(chǎn)酸和產(chǎn)氫菌產(chǎn)生SCFAs和氫氣，在產(chǎn)甲烷菌的作用下被進(jìn)一步生成CH4。

3 高鐵酸鹽與其他工藝的聯(lián)用

為獲得較好的污泥破解率，在預(yù)處理中高鐵酸鹽的投加量往往較高（如每g SS投加0.81 g高鐵酸鹽）〔19〕，過量的高鐵酸鹽往往因自分解而造成浪費(fèi)，增加了處理成本。高鐵酸鹽與其他工藝結(jié)合不僅可以協(xié)同促進(jìn)污泥分解，強(qiáng)化污泥厭氧消化性能，同時(shí)還能有效節(jié)省高鐵酸鹽投加量。筆者總結(jié)了高鐵酸鹽與其他工藝聯(lián)用的研究結(jié)果，結(jié)果見表5。

表5 高鐵酸鹽與其他工藝聯(lián)用的研究Table 5 Study of ferrate combined with other processes

3.1 與堿處理聯(lián)用

堿處理是一種常用的污泥預(yù)處理方法，通過溶解EPS和破壞污泥細(xì)胞加速了污泥的水解，有效改善了污泥的厭氧消化性能。Xiang LI等〔49〕利用新制備的堿性高鐵酸鹽（NPAF）預(yù)處理污泥，每g TSS投加70 mg NPAF的條件下，污泥破解率達(dá)到22.5%。其原因?yàn)镹PAF中含有大量Fe（Ⅵ）和KOH，KOH的存在提高了Fe（Ⅵ）的穩(wěn)定性〔50〕。Haiyang HE等〔25〕的研究也證實(shí)，低投加量的NPAF〔200 mg/L，以Fe（Ⅵ）計(jì)〕提高了污泥的溶解性和水解速率，CH4產(chǎn)量增加了42.53%。Zhangwei HE等〔21〕采用先堿后K2FeO4的處理方法，在初始pH=10和每g TSS投加28 mg Fe（Ⅵ）的最佳條件下，每g VSS最高產(chǎn)382 mg SCFAs，以COD計(jì)，是單獨(dú)K2FeO4處理的2.06倍。

3.2 與超聲處理聯(lián)用

超聲波（US）技術(shù)是一種很有前途的污泥處理方法，高鐵酸鹽與US聯(lián)合預(yù)處理對污泥的分解和厭氧消化表現(xiàn)出積極的協(xié)同作用。Wei LI等〔51〕研究表明，K2FeO4與US聯(lián)合預(yù)處理90 min后，污泥破解率迅速增加至40%。共處理?xiàng)l件下，污泥中的溶解性有機(jī)物得到有效釋放，污泥降解性顯著提升。Bing GUO等〔46〕實(shí)驗(yàn)表明，每g TSS投加0.05 g的K2FeO4與US（1 W/mL，25 kHz）聯(lián)合處理，每g VSS的CH4產(chǎn)率從180.62 mL提高到228.83 mL。

3.3 與其他工藝聯(lián)用

近年來，學(xué)者也開發(fā)了許多高鐵酸鹽與其他工藝聯(lián)用的技術(shù)，如K2FeO4與游離氨（FA）、游離亞硝酸（FNA）等技術(shù)聯(lián)合。Jiawei HU等〔48〕研究發(fā)現(xiàn)，冷凍法聯(lián)合每g TSS投加0.05 g的K2FeO4可以提高污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷能力，CH4產(chǎn)量增加31.6%?？紤]到污泥發(fā)酵液氨化過程中可以原位生成FA，Jiamin ZHANG等〔35〕將K2FeO4與FA結(jié)合進(jìn)行污泥預(yù)處理，促進(jìn)了污泥分解和SCFAs積累，每g VSS投加0.1 g K2FeO4聯(lián)合180 mg/L FA，使SCFA濃度達(dá)到最大，是空白組的7.45倍。

3.4 聯(lián)用技術(shù)的可行性分析

高鐵酸鹽與化學(xué)藥劑的聯(lián)用具有很好的發(fā)展和應(yīng)用前景。高鐵酸鹽與FNA的結(jié)合可以減少亞硝酸鹽的投加量，避免造成額外的環(huán)境問題〔45〕。FA可以通過回收厭氧發(fā)酵液原位生成，大大節(jié)省了化學(xué)藥劑的添加成本〔35〕。堿與高鐵酸鹽聯(lián)合處理減少了高鐵酸鹽投加量，同時(shí)提高了其穩(wěn)定性，增強(qiáng)了厭氧消化效率〔21〕，不論在技術(shù)上還是經(jīng)濟(jì)上都具有較好的可行性。雖然高鐵酸鹽與US聯(lián)合技術(shù)僅處在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模，但該方法在強(qiáng)化污泥厭氧消化方面的可行性已得到證實(shí)〔51〕。K2FeO4與US聯(lián)用處理污泥產(chǎn)生的CH4氣體可通過能量轉(zhuǎn)換為US系統(tǒng)提供電力需求，實(shí)現(xiàn)能源自給〔46〕，提高了該技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性，在未來具有較好的應(yīng)用前景。冷凍法是一種環(huán)境友好的污泥處理方法。冷凍法輔助高鐵酸鹽預(yù)處理僅需少量的高鐵酸鹽就可獲得相當(dāng)甚至更好的消化性能，降低了投加藥劑成本。但該技術(shù)也有局限性，適合在寒冷地區(qū)大規(guī)模應(yīng)用〔48〕?？紤]到冷凍處理過程中需對污泥反復(fù)進(jìn)行冷凍和解凍，在大規(guī)模處理中較難實(shí)現(xiàn)，未來實(shí)際應(yīng)用中的可行性尚不明確。

4 結(jié)論與展望

高鐵酸鹽的氧化性可用于污泥預(yù)處理，通過破壞污泥EPS和微生物細(xì)胞，使胞外和胞內(nèi)有機(jī)質(zhì)釋放，提高了污泥的水解速率和有機(jī)物的生物降解性。高鐵酸鹽的存在促使與水解、酸化相關(guān)微生物的富集，可溶性蛋白和多糖被生物轉(zhuǎn)化為SCFAs，提高了SCFAs的累積產(chǎn)量。長期厭氧處理下，SCFAs進(jìn)一步被產(chǎn)甲烷菌轉(zhuǎn)化為CH4，提高了厭氧消化效率。高鐵酸鹽與其他工藝的聯(lián)合處理進(jìn)一步提高了污泥的厭氧消化效率，同時(shí)節(jié)省高鐵酸鹽投加量，減少了厭氧消化投入成本。

高鐵酸鹽作為一種強(qiáng)氧化劑，應(yīng)用范圍廣泛，但目前仍存在一定缺陷，對未來的研究建議從以下幾方面進(jìn)行：

1）探索提高高鐵酸鹽穩(wěn)定性的方法或制備復(fù)合高鐵酸鹽，延長持續(xù)處理時(shí)間。

2）高鐵酸鹽在污泥處理中的投加量往往較大，應(yīng)開發(fā)聯(lián)合處理技術(shù)，在提高污泥處理及強(qiáng)化厭氧消化效果的同時(shí)，節(jié)約高鐵酸鹽投加量。