活性污泥是由微生物、 胞外聚合物、 无机颗粒和胶体等组成的有机聚集体， 具有含水率高、 比表面积大和有机物含量高等特点［1］。 污泥具有很高的养分含量和再利用潜力， 经过稳定处理后可作为农业肥料等实现资源再利用， 或者利用污泥里的微生物经厌氧消化产沼气实现资源化利用［2］。 厌氧消化是利用兼性菌和厌氧菌进行厌氧生化反应的一种技术， 利用微生物分解污泥中的有机质， 在减少污泥体积的同时， 还可以回收甲烷作为能源物质加以利用。 但是污泥中有机物大多储存于微生物的细胞物质中， 且被细胞壁包裹， 常规条件下不易于被生物降解［3］， 导致污泥厌氧消化停留时间长以及消化效率较低。 限制污泥厌氧消化效率的主要是反应的水解阶段［2］。 因此， 在脱水污泥进行厌氧消化处理之前， 有必要采取适当的预处理措施， 使污泥中的微生物细胞尽快破碎溶解释放出有机物， 提高污泥的理化特性， 从而提高后续消化处理效率和效果。

污泥预处理加快消解的进程， 也可以针对性地改变工艺处理细节更好地达到去除有机物的目的，还可以对消解设施起到减容效果。 常用的预处理手段有热处理、 微好氧技术、 臭氧技术、 超声波技术、 生物技术等［2，3-7］。 其中， 热处理是最常用的一种预处理手段。 污泥热处理是通过加热污泥使污泥中的微生物细胞受热膨胀破裂， 细胞胶体结构遭到破坏， 里面的蛋白质、 细胞膜碎片、 矿物质等物质随内部结合水被释放到水解液中［8］， 从而使水中的低分子有机物、 有机酸小分子浓度增大， 污泥的脱水性能也大大提高［9］。 污泥的絮体结构也会解体，使得絮体内部和外表的胞外聚合物溶解并且转移到液相中［5］。 Chen 等［2］研究发现， 在（134±1） ℃下热处理30 min 后， 污泥厌氧消化产气量达到原来的1.88 倍。 此外， 热处理还提高了污泥的脱水性能与沉降性能［9］， 可节省厌氧反应器设计体积， 从而提高厌氧消化效率。 热处理过程中污泥和液态中化学指标的变化是衡量热处理效果的重要参数。 比如有研究发现在刚开始加热阶段污泥pH 值会上升， 这是由于细胞中蛋白质水解产生了氨氮， 而随着加热时间的延长其中某些有机物会转化为有机酸， pH 值又开始下降［10］。 王涛［11］研究发现污泥热处理过程中有机磷基本转化为无机磷， 而温度和酸性条件均会影响污泥中磷的释放。 因此， 热处理会导致污泥中化学组分的释放， 改变污泥特性， 对于提高后续污泥厌氧消化性能具有显著作用。

为了进一步优化污泥热处理工程中最佳温度工艺条件， 本研究探讨了不同温度热处理过程中， 某污水处理厂脱水污泥中溶解性氮磷、 溶解性COD、溶解性蛋白质和多糖等的释放情况， 以期为评估热处理对提高后续脱水污泥厌氧性能和消化效率提供基础数据和支撑。

1 材料与方法

1.1 污泥来源

试验所用污泥为深圳市某污水处理厂的脱水离心后的污泥， 3 个平行样平均含固率为22.4%， 含水率为77.7%， 挥发性固体质量分数为48.9%，COD 的质量浓度为89 540 mg／L， 总氮质量分数为18.5 g／kg， 总磷质量分数为10.2 g／kg。

1.2 热处理试验方法

所有热处理试验均为分批次试验， 每个温度都设定3 个平行样。 具体步骤如下： ①分别取3 份100 g 污泥样品于3 个500 mL 烧杯中， 加入360 mL水溶解污泥， 搅拌后静置30 min， pH 值为7.3 ～7.5； ②将3 个平行样放入水浴锅中， 进行水浴加热设定温度值为40、 50、 60、 70 和80 ℃， 分别在0、 30、 60、 90、 120、 150 min 时取样， 使用滤膜过滤5 mL 于样品管中， 分别加入少量稀硫酸， 使得其pH 值小于2， 然后置于冷藏柜保存待测量；③测定水样中氮、 磷、 溶解性COD（SCOD）、 可溶性多糖和蛋白质。

1.3 分析方法

水样中氨氮、 硝酸盐氮经孔径0.45 μm 滤膜过滤后， 采用纳氏试剂测定水样氨氮， 采用分光光度法测定硝酸盐氮。 总氮、 总磷和SCOD 分别采用分光光度法、 钼蓝比色法和重铬酸钾法测定。 可溶性多糖和蛋白质分别采用硫酸-苯酚法和考马斯亮蓝法测定。 采用SPSS 18.0 处理样品数据， 并将3 次平行样品的平均值和偏差值作为最终分析数据。

2 结果与讨论

2.1 溶液中氮浓度变化

不同温度热处理后脱水污泥溶液中氨氮、 硝酸盐氮和总氮浓度随时间变化情况如图1 所示。

由图1（a）可以看出， 热处理对脱水污泥中氨氮的溶出具有明显的促进作用。 在各个温度下， 前30 min 氨氮的释放量都比较大， 而30 ～150 min 范围内氨氮浓度变化很小， 表明污泥中氨氮的溶出速率趋于稳定。 同时在前60 min 内60 ℃加热条件下溶液中氨氮浓度最大。