随着我国城镇化进程的不断推进,污水处理规模的大幅提升所带来的直接影响是污泥大量伴随产生。据有关部门统计,到2020年,我国污泥的总产生量预计将超过6000万吨。我国传统的厌氧消化技术往往以实现污泥的资源化、稳定化、减量化和无害化利用为目的,但实际运行中存在沼气产量不足、产沼气率低,产气未达到设计值等问题。为了解决这些问题,往往在传统厌氧消化前增加预处理设施。而微曝气预处理作为一种新型的厌氧消化预处理方法,具有可以加快厌氧消化微生物内酶的水解速率、提高其微生物种群的相对丰度、改善污泥中COD的溶解性能等特点,可明显提升厌氧消化产甲烷效率。目前,国内外专家学者对微曝气预处理系统运行效果的探索多集中于验证微好氧预处理对提升厌氧消化产甲烷效率的可行性,对于预处理的最佳工艺条件的筛选上,还需要进行进一步的研究总结。为此,本论文以市政污泥为研究对象,利用微曝气进行预处理以提高其厌氧消化产甲烷效率,通过研究不同预处理条件对污泥厌氧消化产气潜能、甲烷产量及胞外聚合物的影响,探究微曝气预处理的最佳工艺条件。主要研究结论如下:(1)微曝气预处理改善市政污泥厌氧消化潜能的条件优化研究表明,微曝气预处理能够促进市政污泥中有机物的释放,可明显改善污泥的厌氧消化潜能。各溶解性有机物释放浓度随曝气强度的增加及曝气时间的延长呈上升趋势,曝气强度为0.30 vvm、曝气时间为12 h是市政污泥中所含有机物释放的最佳预处理条件,此时系统内SCOD、溶解性蛋白质、溶解性碳水化合物的值分别可达原泥的4.20、2.60和7.04倍,COD溶出率由1.21%增加至3.84%。同时,微曝气预处理能够提高整个系统的p H值,0.30 vvm运行12 h后的p H为6.89,在提高有机物释放同时为后续厌氧消化产甲烷反应创造有利条件。高温(55℃)微曝气预处理同样可以提高大分子有机物的水解和溶出。(2)微曝气预处理对市政污泥中温厌氧消化效率的影响试验表明,中温条件下,微曝气预处理能够促进市政污泥厌氧消化产甲烷。单位VS累积产甲烷量随曝气强度的增加及曝气时间的延长呈现上升趋势,其中经上述最优条件(曝气强度0.30 vvm、曝气时间12 h)预处理过的污泥表现出良好的厌氧消化性能,其单位VS累积产甲烷量为257.17 m L·g-1VS,较未曝气的空白对照组约提高了26.8%。(3)微曝气预处理对市政污泥高温厌氧消化效率的影响试验表明,高温条件下,微曝气预处理能够促进市政污泥厌氧消化产甲烷。单位VS累积产甲烷量随曝气时间的延长呈现上升趋势,其中经预处理(曝气强度为0.30 vvm、曝气时间为12 h)的试验污泥表现出良好的厌氧消化性能,其市政污泥单位VS累积产甲烷量为268.53 m L·g-1 VS,较未曝气的空白对照组约提高了14.59%。(4)微曝气预处理对市政污泥胞外聚合物的影响研究表明,微曝气预处理在促进污泥EPS含量增长的同时还能够改变污泥EPS的分层结构。EPS总量及各溶解性有机物含量随曝气强度的增加及曝气时间的延长呈现上升趋势。在预处理过程中,由于曝气产生的水力剪切力可以促使EPS从附着于细胞上的TB-EPS逐渐移动至结构相对松散的LB-EPS和S-EPS,进而释放到液相中,S-EPS及LB-EPS占EPS总量的比例上升,而TB-EPS比例降低。微曝气预处理对剩余污泥活性细胞的影响主要作用于两方面:一是能够使胞外聚合物剥离,从附着于细胞上的TB-EPS移动至松散的S-EPS及LB-EPS中,提升溶解性有机物的溶出效率来对提高厌氧消化效率产生影响;二是能够破解活性微生物,使有机物质从细胞内溶出,为后续厌氧消化提供底物。