综述：乳业溶气浮选污泥的厌氧消化：强化策略评估

《ChemBioEng Reviews》：Anaerobic Digestion of Dairy Dissolved Air Flotation Sludge: Assessment of Enhancement Strategies

本综述系统评估了强化乳业DAF污泥厌氧消化（AD）的多种策略，包括预处理、共消化（ACoD）、添加剂及工艺改进。通过改良加权评分法（WSA）筛选出微曝气预处理、废弃活性污泥共消化及膨润土添加剂为最优方案，并确定两阶段厌氧消化（TSAD）为最具潜力的综合解决方案，旨在提升沼气产量并推动乳业循环经济发展。

　　

Abstract

溶解空气浮选（DAF）作为处理高强度废物（HSW）乳业废水的一种初级处理方法，会产生富含有机物的污泥，这给处置带来了挑战。厌氧消化（AD）通过将这种污泥转化为沼气，为促进可再生能源利用和加强乳制品行业的循环经济提供了一种解决方案。然而，DAF污泥存在消化率低、潜在抑制风险、营养失衡以及其他挑战。本研究通过评估已成功应用于其他有机底物的技术，包括预处理、厌氧共消化（ACoD）、添加剂和工艺改进，确定了优化DAF污泥利用、提升AD性能的潜在技术方案。采用改良加权评分分析（WSA）发现，微曝气预处理是一种优越的方法，废弃活性污泥被确定为最合适的共底物，而膨润土被选为最有前途的添加剂。两阶段厌氧消化（TSAD）成为工艺改进中最有前景的综合解决方案，解决了DAF污泥AD的主要问题及其他辅助性挑战。

引言：乳业废水处理的挑战与机遇

乳制品行业在生产过程中产生大量高强度有机废水，其处理一直是环境工程领域的重点和难点。溶解空气浮选（DAF）作为此类废水常用的初级处理技术，虽能有效分离悬浮物，但随之产生的DAF污泥因其高有机质含量而面临严峻的处置压力。厌氧消化（AD）技术能够将有机废物转化为清洁能源沼气（主要成分为CH₄），为实现乳业废弃物的资源化、能源化以及推动循环经济提供了极具潜力的途径。然而，DAF污泥固有的特性，如低生物降解性、可能存在抑制物以及营养成分失衡，限制了其单独进行AD的效率。因此，探索有效的强化策略以提升DAF污泥的AD性能至关重要。

强化厌氧消化的关键技术路径

为克服DAF污泥AD的瓶颈，本研究系统性地评估了四类主要的强化策略：预处理、厌氧共消化（ACoD）、添加剂应用以及工艺改进。这些策略均已在其他有机废弃物（如市政污泥、农业废弃物）的AD中取得显著成效。

预处理技术： 预处理的目的是破坏污泥的复杂结构，提高其可生物降解性。在众多预处理方法中，微曝气预处理通过改良加权评分分析（WSA）被证明是针对DAF污泥的优越选择。该方法通过引入严格控制量的氧气，促进水解酸化阶段，从而为后续的产甲烷阶段提供更多易降解的底物，同时有望减轻某些还原性抑制物的负面影响。

厌氧共消化（ACoD）： 共消化是通过引入其他有机废弃物（共底物）来弥补DAF污泥的营养缺陷，稀释潜在抑制物，并改善微生物群落结构。研究表明，废弃活性污泥（WAS）是DAF污泥最合适的共消化底物。WAS通常含有丰富的微生物菌群和营养物质，与DAF污泥混合后能产生协同效应，显著提高系统的稳定性和产气量。

添加剂的应用： 添加特定物质可以增强AD系统的缓冲能力、提供微量元素或吸附抑制物。在评估的添加剂中，膨润土展现出巨大潜力。膨润土具有良好的吸附性能和阳离子交换能力，有助于稳定AD系统的pH值，并为产甲烷古菌提供生长所需的痕量元素，从而提升甲烷产率。

最具前景的综合解决方案：两阶段厌氧消化（TSAD）

在工艺改进方案中，两阶段厌氧消化（TSAD）脱颖而出，被认为是最具前景的综合解决方案。TSAD工艺将传统单相AD的水解酸化和产甲烷两个关键阶段分别在两个独立的反应器中进行。这种物理分离为各阶段的功能微生物创造了最佳的生长环境。对于DAF污泥而言，TSAD能够更有效地控制易导致系统酸化的水解酸化过程，并在产甲烷反应器中维持高度稳定的条件，从而最大限度地提高甲烷产量，并有效应对DAF污泥AD过程中存在的主要和次要挑战。

结论与展望

综上所述，通过改良WSA方法的评估，微曝气预处理、与废弃活性污泥（WAS）共消化以及添加膨润土是针对乳业DAF污泥厌氧消化（AD）的有效强化措施。而两阶段厌氧消化（TSAD）工艺则代表了从根本上优化整个处理流程的综合性方向。这些策略的成功应用，不仅能够显著提升DAF污泥的能源回收效率，减少环境足迹，还将有力推动乳制品行业向更可持续、资源循环利用的模式转型。未来的研究可侧重于这些优化策略在实际规模化工程中的参数优化、经济性评估以及长期运行稳定性验证。