宋歡，張光明，王洪臣，楊安琪，楊光（中國(guó)人民大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，北京　100872）

污泥與其它基質(zhì)共消化研究進(jìn)展

宋歡，張光明，王洪臣，楊安琪，楊光
（中國(guó)人民大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，北京100872）

厭氧消化是污泥處理的有效手段，但由于污泥碳氮比較低，易產(chǎn)生氨抑制，污泥單獨(dú)厭氧消化存在產(chǎn)氣量低，系統(tǒng)不穩(wěn)定等問(wèn)題。污泥與其它基質(zhì)厭氧共消化可以提高甲烷產(chǎn)率與單位處理效率，有效解決系統(tǒng)不穩(wěn)定的問(wèn)題。針對(duì)污泥厭氧共消化進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，總結(jié)了基質(zhì)的主要來(lái)源，就不同基質(zhì)共消化時(shí)體系運(yùn)行參數(shù)、系統(tǒng)抑制與強(qiáng)化因子進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)作為共消化基質(zhì)的餐廚垃圾可以得到廣泛應(yīng)用，油脂類(lèi)或藻類(lèi)物質(zhì)的應(yīng)用逐漸上升，污泥與基質(zhì)投配比、溫度、反應(yīng)器類(lèi)型、預(yù)處理等均能影響共消化的效果。對(duì)污泥與其它基質(zhì)共消化的發(fā)展方向提出了建議和展望。

污泥；基質(zhì)；共消化；碳氮比

近年來(lái)，隨著我國(guó)污水處理廠(chǎng)不斷建成、投入使用，污泥產(chǎn)量大幅提升，到2014年，全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)干污泥（80%含水率）產(chǎn)生量已達(dá)667.5萬(wàn)t［1］。污泥厭氧消化可有效實(shí)現(xiàn)污泥減量化、無(wú)害化、資源化，已被廣泛運(yùn)用到實(shí)際中。但污泥碳氮比較低，在中溫條件下產(chǎn)甲烷率最高只達(dá)150 mL/g［VSadded］［2］，且消化過(guò)程中的氨抑制等問(wèn)題限制了污泥厭氧消化技術(shù)的進(jìn)一步推廣［3］。

共消化指2種或多種基質(zhì)同時(shí)進(jìn)行厭氧消化，能有效提升產(chǎn)甲烷效率。在污泥厭氧共消化過(guò)程中，污泥與其它基質(zhì)形成良性互補(bǔ)，在不同基質(zhì)的協(xié)同作用和菌群多樣性、基質(zhì)中有害成分（如重金屬、致病菌等）的稀釋作用下，消化過(guò)程變得更加穩(wěn)定，產(chǎn)氣量上升。污泥與其它基質(zhì)共消化使生物質(zhì)能輸出能力加強(qiáng)，提升污泥資源化能力。對(duì)于污水處理廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，可充分利用現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行共消化，在提高厭氧消化池處理能力的同時(shí)，還可接收其它廢物并收取處理費(fèi)用，提高經(jīng)濟(jì)收益。污泥與其它基質(zhì)共消化已成為污泥處理的有效方式。

1　厭氧共消化基質(zhì)來(lái)源

基質(zhì)是指經(jīng)過(guò)厭氧菌消化可以產(chǎn)生甲烷的任何物質(zhì)，其來(lái)源廣泛。從國(guó)內(nèi)外近十多年的研究文獻(xiàn)分析，基質(zhì)來(lái)源主要分為農(nóng)業(yè)來(lái)源、工業(yè)來(lái)源與城市社區(qū)來(lái)源3類(lèi)，其中城市社區(qū)來(lái)源研究最多，占68.4%，工業(yè)來(lái)源占16.2%，農(nóng)業(yè)來(lái)源占12.8%。

共消化體系的碳氮比是決定消化過(guò)程穩(wěn)定性與產(chǎn)氣量的重要因素。共消化基質(zhì)相比污泥具有較高的碳氮比。因此，污泥與其它基質(zhì)共消化可有效緩解污泥厭氧消化中碳源不足的問(wèn)題。典型污泥厭氧共消化基質(zhì)的碳氮比如圖1所示。

2　農(nóng)業(yè)來(lái)源

厭氧共消化基質(zhì)的農(nóng)業(yè)來(lái)源包括：畜牧業(yè)副產(chǎn)品、農(nóng)作物剩余廢物與能源植物（包括藻類(lèi)）等，其中藻類(lèi)由于具有比陸生植物更強(qiáng)的產(chǎn)甲烷能力與效率而受到廣泛關(guān)注。

2.1畜牧業(yè)副產(chǎn)品

養(yǎng)殖場(chǎng)排放垃圾包括糞便、過(guò)期飼料等。牛糞與豬糞含有大量礦物質(zhì)元素和豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，碳氮比為9.7～18.7，與污泥共消化可以提升產(chǎn)氣量與緩沖能力［4］。牛糞與豬糞還含有瘤胃微生物，可協(xié)助厭氧消化更快進(jìn)行，縮短HRT，提高產(chǎn)氣效率［5］。

多數(shù)研究發(fā)現(xiàn)動(dòng)物糞便與污泥共消化最佳HRT多在20 d左右，隨著HRT的縮短和有機(jī)負(fù)荷（OLR）的提升，甲烷產(chǎn)量減少。這是因?yàn)樵诠蚕到y(tǒng)中，有機(jī)成分及有機(jī)物降解程度對(duì)消化過(guò)程有著重要的影響。合理的投配比是厭氧共消化成功的必要條件，劉一威［6］研究發(fā)現(xiàn)污泥和動(dòng)物糞便垃圾的TS投加比例應(yīng)控制在40%以下。類(lèi)似的結(jié)論也由Pitk等［7］得出，在體系中添加10%以上的畜牧副產(chǎn)品導(dǎo)致體系發(fā)泡現(xiàn)象嚴(yán)重，長(zhǎng)鏈脂肪酸積累過(guò)多，游離氨產(chǎn)生過(guò)多。

2.2農(nóng)業(yè)纖維素類(lèi)廢物

農(nóng)業(yè)纖維素類(lèi)廢物包括谷物收獲后的剩余廢物與能源植物等。應(yīng)用于污泥厭氧共消化的基質(zhì)主要有秸稈、橄欖果渣、能源植物等。秸稈主要成分為纖維素，其碳氮比多在35以上，是補(bǔ)充污泥低碳氮比的良好基質(zhì)。Kim等［8］發(fā)現(xiàn)污泥與秸稈厭氧共消化產(chǎn)氫的最佳碳氮比為25∶1。在袁海榮等［9］的研究中也有類(lèi)似的發(fā)現(xiàn)，當(dāng)碳氮比為25∶1時(shí)，秸稈與污泥混合基質(zhì)產(chǎn)氣量最大。

不同的反應(yīng)器對(duì)厭氧消化系統(tǒng)有較大影響。利用兩相反應(yīng)器，將污泥與秸稈共消化的產(chǎn)氫階段與產(chǎn)甲烷階段分離，可提高37.9%的VS去除率和59.6%的總沼氣產(chǎn)量［10］，相似的結(jié)論也可在污泥與木薯臺(tái)厭氧共消化的研究中得到［11］。這是因?yàn)閮上喾磻?yīng)器將不同階段分離，降低了菌群競(jìng)爭(zhēng)。

2.3藻類(lèi)

藻類(lèi)具有較低的木質(zhì)素、更易水解的糖分和蛋白質(zhì)，在厭氧消化中有利于水解的進(jìn)行，它同時(shí)具有較高的生長(zhǎng)速度與適應(yīng)性，可直接在污水處理廠(chǎng)投加并培養(yǎng)。與污泥進(jìn)行厭氧共消化的藻類(lèi)通常包括微藻、柵藻、小球藻、鈍頂螺旋藻等。

藻類(lèi)與污泥厭氧共消化可有效提高VS去除率和水解速率。Olsson等［12］研究發(fā)現(xiàn)，在中溫條件下，微藻與污泥共消化產(chǎn)甲烷率可達(dá)到（408±16）cm3/g［VS］，高溫情況下未發(fā)現(xiàn)產(chǎn)氣量提升，可能是因?yàn)橄嚓P(guān)菌群在中溫條件下具有較高活性。Wang等［13］研究發(fā)現(xiàn)，柵藻和小球藻與污泥厭氧消化時(shí)，相比于污泥單獨(dú)消化甲烷產(chǎn)率并未提升。有些藻類(lèi)與污泥共消化有利于提升污泥脫水性能，例如柵藻、鈍頂螺旋藻等，而小球藻對(duì)污泥脫水性能有輕微不良影響［14］。以上研究表明不同藻類(lèi)與污泥厭氧共消化的效果存在一定差異，應(yīng)在理論與試驗(yàn)的基礎(chǔ)上選擇合適的藻種與污泥進(jìn)行共消化。

2.4污泥與農(nóng)業(yè)來(lái)源基質(zhì)厭氧共消化主要運(yùn)行參數(shù)及效果

圖1　典型污泥厭氧共消化基質(zhì)的碳氮比

表1　污泥與農(nóng)業(yè)來(lái)源基質(zhì)厭氧共消化主要運(yùn)行參數(shù)及效果Tab.1　Main operating parameters and effect of sludge and agricultural substrates anaerobic co-digestion

污泥與農(nóng)業(yè)來(lái)源基質(zhì)厭氧共消化主要運(yùn)行參數(shù)及效果如表1所示。從表1可見(jiàn)，根據(jù)不同基質(zhì)特性和污泥性質(zhì)，基質(zhì)和污泥有不同的投配比，多采用中溫與批次試驗(yàn)方法，甲烷產(chǎn)率最高可提升5.7倍，VS降解率多在40%～60%之間。農(nóng)業(yè)來(lái)源基質(zhì)消化體系較為穩(wěn)定，較少產(chǎn)生系統(tǒng)抑制。

3　工業(yè)來(lái)源

工業(yè)基質(zhì)包括生物柴油產(chǎn)業(yè)、食品加工業(yè)及其它工業(yè)有機(jī)廢物。生物柴油產(chǎn)業(yè)主要副產(chǎn)品為粗甘油；食品加工業(yè)包括肉類(lèi)加工業(yè)、奶制品加工業(yè)、制酒工業(yè)、淀粉加工業(yè)、制糖工業(yè)等。

3.1粗甘油

粗甘油含碳量較高［17］，可作為碳源被消化菌吸收利用，因此可調(diào)節(jié)共消化體系的碳氮比，并稀釋有毒物質(zhì)。中溫是粗甘油與污泥厭氧共消化的適宜溫度，Silvestre等［17］發(fā)現(xiàn)在高溫條件下系統(tǒng)pH值下降嚴(yán)重。

粗甘油與污泥共消化應(yīng)嚴(yán)格控制粗甘油投加量。Fountoulakis等［18］發(fā)現(xiàn)投加甘油體積分?jǐn)?shù)大于3%時(shí)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。Razaviarani等［19］也發(fā)現(xiàn)隨著甘油投加量的增加，VFA含量上升，而pH值、堿度和產(chǎn)氣量下降。Nartker等［20］發(fā)現(xiàn)通過(guò)控制投加速度與方式，細(xì)菌種群可及時(shí)調(diào)整適應(yīng)，當(dāng)OLR為70%時(shí)仍可保持系統(tǒng)穩(wěn)定。這表明在實(shí)際運(yùn)行中采用合適的投加方式與速度可提高甘油的投配比，提高處理率。污泥與粗甘油厭氧共消化會(huì)降低污泥的脫水性能［17］。

3.2食品加工業(yè)廢物

食品加工業(yè)廢物的碳氮比在17.2～39.1之間。脂肪酸的積累對(duì)產(chǎn)甲烷菌的毒害作用、系統(tǒng)pH值下降、過(guò)高的OLR與過(guò)低的HRT是共消化系統(tǒng)的主要抑制因素。

Neves等［21］在研究污泥和咖啡加工廢物厭氧共消化過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)水解速率常數(shù)與甲烷產(chǎn)率呈逆相關(guān)，原因可能是水解中間產(chǎn)物對(duì)產(chǎn)甲烷菌具有毒害作用。Li等［22］發(fā)現(xiàn)可向咖啡加工廢物與污泥共消化系統(tǒng)中添加硫酸鹽以調(diào)節(jié)丙酸降解細(xì)菌的菌群活性，可增加甲烷產(chǎn)量。Fernández等［23］在研究污泥與乳清共消化時(shí)發(fā)現(xiàn)，高溫下產(chǎn)氣速率較高，但甲烷總產(chǎn)率較中溫降低。Koupaie等［24］對(duì)污泥與果汁生產(chǎn)廢物厭氧共消化進(jìn)行成本效益分析，發(fā)現(xiàn)相比于2個(gè)單獨(dú)的消化器，采用共消化可節(jié)省總成本27.6%。

3.3污泥與工業(yè)來(lái)源基質(zhì)厭氧共消化主要運(yùn)行參數(shù)及效果

污泥與工業(yè)來(lái)源基質(zhì)厭氧共消化主要運(yùn)行參數(shù)及效果如表2所示。與其它基質(zhì)相比，工業(yè)基質(zhì)與污泥厭氧共消化更容易產(chǎn)生系統(tǒng)抑制，具體表現(xiàn)為OLR過(guò)高、揮發(fā)性脂肪酸積累、系統(tǒng)pH值下降等。粗甘油與污泥厭氧共消化應(yīng)嚴(yán)格控制投加量，多采用中溫CSTR反應(yīng)器，HRT為18～24 d，甲烷產(chǎn)率可提升83%～148%，VS降解率在50%以上。同時(shí)，食品加工業(yè)廢物也多采用中溫消化，甲烷產(chǎn)率最高可提升 1.87倍［25］，VS降解率在23.4%～91.0%之間。工業(yè)基質(zhì)來(lái)源廣泛，投配比應(yīng)根據(jù)不同基質(zhì)進(jìn)行調(diào)整。

4　城市社區(qū)來(lái)源

與污泥進(jìn)行厭氧共消化的基質(zhì)中，城市社區(qū)來(lái)源最為廣泛。具體可分為有機(jī)城市垃圾、隔油池廢物與其它廢物。有機(jī)城市垃圾包括餐廚與果蔬垃圾、庭院垃圾與其它城市固體廢棄物等。隔油池廢物主要來(lái)自食品服務(wù)行業(yè)與水廠(chǎng)浮選設(shè)施，具有較高油脂含量，可生化性強(qiáng)。其它城市社區(qū)來(lái)源廢物包括垃圾瀝出液、水廠(chǎng)泡沫浮渣等。

表2　污泥與工業(yè)來(lái)源基質(zhì)厭氧共消化主要運(yùn)行參數(shù)及效果Tab.2　Main operating parameters and effect of sludge and industrial substrates anaerobic co-digestion

4.1有機(jī)城市垃圾

城市垃圾有機(jī)成分具有良好的生物可降解性，但污泥與城市垃圾有機(jī)成分厭氧共消化系統(tǒng)需要較復(fù)雜的調(diào)控機(jī)制，且往往需要對(duì)城市垃圾進(jìn)行預(yù)處理。有機(jī)城市垃圾與污泥共消化體系預(yù)處理方法主要包括熱處理［28］、超熱預(yù)處理［29］、微波處理［30］等。

餐廚垃圾是目前的研究熱點(diǎn)，其產(chǎn)量大，具有較好的生物可降解性。餐廚垃圾與污泥厭氧共消化可最高為污水處理廠(chǎng)提供50%以上的能量，是污泥單獨(dú)厭氧消化的2倍［31］，在實(shí)際運(yùn)行中具有重大意義。投配比是影響系統(tǒng)表現(xiàn)的重要因素，Jang等［32］發(fā)現(xiàn)有機(jī)物去除率隨餐廚垃圾瀝出液投加比例增加而線(xiàn)性升高，但在瀝出液?jiǎn)为?dú)厭氧消化時(shí)下降，這顯示出污泥與餐廚垃圾共消化具有明顯的協(xié)同作用。

4.2隔油池廢物

隔油池廢物可分為3層，包括上層的油脂類(lèi)物質(zhì)、中間層食品廢水、下層的食物殘?jiān)糠帧８粲统貜U物含高油脂，在與污泥共厭氧消化時(shí)油脂類(lèi)物質(zhì)投配比過(guò)高，易造成廢水系統(tǒng)管道堵塞與腐蝕。共消化系統(tǒng)中，過(guò)高的有機(jī)負(fù)荷不利于厭氧消化系統(tǒng)的穩(wěn)定進(jìn)行，會(huì)造成長(zhǎng)鏈脂肪酸或揮發(fā)性脂肪酸的積累，導(dǎo)致系統(tǒng)酸化。因此，嚴(yán)格控制有機(jī)負(fù)荷是十分必要的。

整理、統(tǒng)計(jì)相關(guān)文獻(xiàn)中停留時(shí)間在20 d左右的CSTR或半連續(xù)流反應(yīng)器，考察中溫條件下共消化隔油池廢物負(fù)荷與甲烷產(chǎn)率的關(guān)系，擬合后的結(jié)果如圖2所示。由圖2可以發(fā)現(xiàn)，隔油池廢物負(fù)荷在1.5 g［VS］/（L·d）左右時(shí)甲烷產(chǎn)率較高。

圖2　污泥與隔油池廢物厭氧共消化中隔油池廢物有機(jī)負(fù)荷與甲烷產(chǎn)率的關(guān)系

很多研究者發(fā)現(xiàn)利用未脫水隔油池廢物與污泥進(jìn)行厭氧共消化［33］，可減少系統(tǒng)抑制的發(fā)生，主要原因是隔油池廢物稀釋了污泥中的有害成分。緩慢加入隔油池廢物可有效提升脂質(zhì)的降解，有利于相應(yīng)菌群適應(yīng)長(zhǎng)鏈脂肪酸含量逐漸升高，從而減少長(zhǎng)鏈脂肪酸的積累，提高隔油池廢物閾值與相應(yīng)的產(chǎn)氣量。Martínez等［34］發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)的吸附作用可能阻礙了基質(zhì)的降解，可通過(guò)向系統(tǒng)中添加脂肪酶，促進(jìn)脂質(zhì)降解［35］。利用兩相反應(yīng)器可提升產(chǎn)氣量，且可節(jié)省建設(shè)與運(yùn)行費(fèi)用。此外，高溫條件下隔油池廢物與污泥厭氧共消化可減少H2S的產(chǎn)生，有利于系統(tǒng)穩(wěn)定［36］。

4.3污泥與城市社區(qū)來(lái)源基質(zhì)厭氧共消化主要運(yùn)行參數(shù)及效果

污泥與城市社區(qū)來(lái)源基質(zhì)厭氧共消化主要運(yùn)行參數(shù)及效果如表3所示。有機(jī)城市垃圾與污泥厭氧共消化可提升甲烷產(chǎn)率27%～169%，VS降解率在34%～95%之間。投配比與消化器根據(jù)不同基質(zhì)有較大區(qū)別，多采用中溫條件，HRT為20 d左右。隔油池廢物與污泥共消化多采用中溫連續(xù)或半連續(xù)消化，HRT為15～25 d時(shí)，VS降解率在60%左右。

表3　污泥與城市社區(qū)來(lái)源垃圾厭氧共消化主要運(yùn)行參數(shù)及效果Tab.3　Main operating parameters and effect of sludge and community garbage anaerobic co-digestion

5　結(jié)論

由于協(xié)同效應(yīng)與稀釋作用，污泥與其它基質(zhì)厭氧共消化能有效緩解厭氧消化中的不良影響，穩(wěn)定消化系統(tǒng)，提高甲烷產(chǎn)率。

污泥與基質(zhì)投配比應(yīng)根據(jù)其性質(zhì)嚴(yán)格控制，避免過(guò)載而導(dǎo)致系統(tǒng)抑制。污泥厭氧共消化多采用中溫消化，系統(tǒng)較高溫穩(wěn)定，且實(shí)際運(yùn)行中能耗較少。采用兩相反應(yīng)器（溫度兩相分離反應(yīng)器或產(chǎn)酸-產(chǎn)甲烷相分離反應(yīng)器）較單相反應(yīng)器有更好表現(xiàn)。

共基質(zhì)的預(yù)處理往往能提高共消化系統(tǒng)甲烷產(chǎn)量，但應(yīng)進(jìn)一步分析多產(chǎn)生的甲烷生物質(zhì)能是否可以彌補(bǔ)預(yù)處理所耗能量。其它強(qiáng)化手段例如投加微量元素或相關(guān)酶是未來(lái)污泥厭氧共消化的研究方向之一。

采用污水廠(chǎng)自身產(chǎn)生的油脂、藻類(lèi)物質(zhì)共消化，或與其它基質(zhì)共消化，形成污泥減量化、無(wú)害化、資源化的產(chǎn)業(yè)鏈條，在提高環(huán)保效益的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)收益應(yīng)是今后努力的方向。

［1］YANG G，ZHANG G，WANG H.Current state of sludge production，management，treatment and disposal in China［J］.Water research，2015，78（7）：60-73.

［2］ATHANASOULIA E，MELIDIS P，AIVASIDIS A.Optimization of biogas production from waste activated sludge through serial digestion［J］.Renewable Energy，2012，47（11）：147-151.

［3］李文，孫力平，齊延斌.污水處理廠(chǎng)剩余污泥的中溫厭氧消化特性研究［J］.工業(yè)用水與廢水，2012，43（4）：85-88.

［4］LI J Z，JHA A K，HE J G，et al.Assessment of the effects of dry anaerobic co-digestion of cow dung with waste water sludge on biogas yield and biodegradability［J］.International Journal of Physical Sciences，2011，6（15）：3679-3688.

［5］ZHANG W，WEI Q，WU S，et al.Batch anaerobic co-digestion of pig manure with dewatered sewage sludge under mesophilic conditions［J］.Applied Energy，2014，128（9）：175-183.

［6］劉一威.畜禽糞便、污泥、農(nóng)村垃圾中溫聯(lián)合厭氧消化技術(shù)研究［J］.可再生能源，2012，6（6）：59-62.

［7］PITK P，KAPARAJU P，PALATSI J，et al.Co-digestion of sewage sludge and sterilized solid slaughterhouse waste：methane production efficiency and process limitations［J］.Bioresource Technology，2013，134（4）：227-232.

［8］KIM M，YANG Y，MORIKAWA-SAKURA M S，et al.Hydrogen production by anaerobic co-digestion of rice straw and sewage sludge［J］.International Journal of Hydrogen Energy，2012，37（4）：3142-3149.

［9］袁海榮，朱超，劉茹飛，等.污泥與麥秸協(xié)同厭氧消化性能研究［J］.中國(guó)沼氣，2015，3（6）：38-44.

［10］KIM M，LIU C，NOH J W，et al.Hydrogen and methane production from untreated rice straw and raw sewage sludge under thermophilic anaerobic conditions［J］.International Journal of Hydrogen Energy，2013，38（21）：8648-8656.

［11］WANG W，XIE L，CHEN J，et al.Biohydrogen and methane production by co-digestion of cassava stillage and excess sludge under thermophilic condition［J］.Bioresource Technology，2011，102（4）：3833-3839.

［12］OLSSON J，F(xiàn)ENG X M，ASCUE J，et al.Co-digestion of cultivated microalgae and sewage sludge from municipal waste water treatment［J］.Bioresource Technology，2014，171（11）：203-210.

［13］WANG M，SAHU A K，RUSTEN B，et al.Anaerobic co-digestion of microalgae Chlorella sp.and waste activated sludge［J］.Bioresource Technology，2013，142（8）：585-590.

［14］YUAN X，WANG M，PARK C，et al.Microalgae growth using high-strength wastewater followed by anaerobic co-digestion［J］. Water Environment Research，2012，84（5）：396-404.

［15］ZHEN G，LU X，KOBAYASHI T，et al.Mesophilic anaerobicco-digestion of waste activated sludge and Egeria densa：Performance assessment and kinetic analysis［J］.Applied Energy，2015，148（6）：78-86.

［16］KIM J，KANG C M.Increased anaerobic production of methane by co-digestion of sludge with microalgal biomass and food waste leachate［J］.Bioresource Technology，2015，189（8）：409-412.

［17］SILVESTRE G，F(xiàn)ERNáNDEZ B，BONMATI A.Addition of crude glycerine as strategy to balance the C/N ratio on sewage sludge thermophilic and mesophilic anaerobic co-digestion［J］.Bioresource Technology，2015，193（10）：377-385.

［18］FOUNTOULAKIS M S，PETOUSI I，MANIOS T.Co-digestion of sewage sludge with glycerol to boost biogas production［J］.Waste Management，2010，30（10）：1849-1853.

［19］RAZAVIARANI V，BUCHANAN I D.Anaerobic co-digestion of biodiesel waste glycerin with municipal wastewater sludge:microbial community structure dynamics and reactor performance［J］.Bioresource Technology，2015，182（4）：8-17.

［20］NARTKER S，AMMERMAN M，AURANDT J，et al.Increasing biogas production from sewage sludge anaerobic co-digestion process by adding crude glycerol from biodiesel industry［J］.Waste Management，2014，34（12）：2567-2571.

［21］NEVES L，OLIVEIRA R，ALVES M M.Anaerobic co-digestion of coffee waste and sewage sludge［J］.Waste Management，2006，26（2）：176-181.

［22］LI Q，LI Y Y，QIAO W.Sulfate addition as an effective method to improve methane fermentation performance and propionate degradation in thermophilic anaerobic co-digestion of coffee grounds，milk and waste activated sludge with AnMBR［J］.Bioresource Technology，2015，185（6）：308-315.

［23］FERNáNDEZ C，BLANCO D，F(xiàn)IERRO J，et al.Anaerobic codigestion of sewage sludge with cheese whey under thermophilic and mesophilic conditions［J］.International Journal of Energy Engineering，2014，4（2）：26-31.

［24］KOUPAIE E H，LEIVA M B，ESKICIOGLU C，et al.Mesophilic batch anaerobic co-digestion of fruit-juice industrial waste and municipal waste sludge：process and cost-benefit analysis［J］. Bioresource Technology，2014，152（1）：66-73.

［25］NANSUBUGA I，BANADDA N，BABU M，et al.Enhancement of biogas potential of primary sludge by co-digestion with cow manure and brewery sludge［J］.International Journal of Agricultural and Biological Engineering，2015，8（4）：86-94.

［26］LUOSTARINEN S，LUSTE S，SILLANP?? M.Increased biogas production at wastewater treatment plants through co-digestion of sewage sludge with grease trap sludge from a meat processing plant［J］.Bioresource Technology，2009，100（1）：79-85.

［27］FONOLL X，ASTALS S，DOSTA J，et al.Anaerobic co-digestion of sewage sludge and fruit wastes：evaluation of the transitory states when the co-substrate is changed［J］.Chemical Engineering Journal，2015，262（2）：1268-1274.

［28］SERRANO A，SILES J A，GUTIéRREZ M C，et al.Improvement of the biomethanization of sewage sludge by thermal pre-treatment and co-digestion with strawberry extrudate［J］.Journal of Cleaner Production，2015，90（3）：25-33.

［29］WANG F，HIDAKA T，TSUMORI J.Enhancement of anaerobic digestion of shredded grass by co-digestion with sewage sludge and hyperthermophilic pretreatment［J］.Bioresource Technology，2014，169（10）：299-306.

［30］ZHANG J，LV C，TONG J，et al.Optimization and microbial community analysis of anaerobic co-digestion of food waste and sewage sludge based on microwave pretreatment［J］.Bioresource Technology，2016，200（1）：253-261.

［31］KOCH K，PLABST M，SCHMIDT A，et al.Co-digestion of food waste in a municipal wastewater treatment plant：comparison of batch tests and full-scale experiences［J］.Waste Management，2016，47（1）：28-33.

［32］JANG H M，KIM M S，HA J H，et al.Reactor performance and methanogenicarchaea speciesin thermophilic anaerobic co-digestion of waste activated sludge mixed with food wastewater［J］.Chemical Engineering Journal，2015，276（9）：20-28.

［33］YALCINKAYA S，MALINA J F.Anaerobic co-digestion of municipal wastewater sludge and un-dewatered grease trap waste for assessing direct feed of grease trap waste in municipal digesters［J］. International Biodeterioration&Biodegradation，2015，104（10）：490-497.

［34］MARTíNEZ E J，F(xiàn)IERRO J，SáNCHEZ M E，et al.Anaerobic co-digestion of FOG and sewage sludge：study of the process by Fourier transform infrared spectroscopy［J］.International Biodeterioration&Biodegradation，2012，75（11）：1-6.

［35］DONOSO-BRAVO A，F(xiàn)DZ-POLANCO M.Anaerobic co-digestion of sewage sludge and grease trap：assessment of enzyme addition［J］.Process Biochemistry，2013，48（5）：936-940.

［36］LI C，CHAMPAGNE P，ANDERSON B C.Biogas production performance of mesophilic and thermophilic anaerobic co-digestion with fat，oil，and grease in semi-continuous flow digesters:effects of temperature，hydraulic retention time，and organic loading rate［J］.Environmental Technology，2013，34（13-14）：2125-2133.

［37］SILVESTRE G，BONMATí A，F(xiàn)ERNáNDEZ B.Optimisation of sewage sludge anaerobic digestion through co-digestion with OFMSW：effect of collection system and particle size［J］.Waste Management，2015，43（11）：137-143.

［38］RAZAVIARANI V，BUCHANAN I D，MALIK S，et al.Pilotscale anaerobic co-digestion of municipal wastewater sludge with restaurant grease trap waste［J］.Journal of Environmental Management，2013，123（7）：26-33.

Research progress of co-digestion of sludge and other substrates

SONG Huan，ZHANG Guang-ming，WANG Hong-chen，Yang An-qi，YANG Guang
（School of Environment and Natural Resources，Renmin University of China，Beijing 100872，China）

Anerobic digestion is an effective method for sludge treatment.However，ammonia inhibition is a common problem due to the low C/N ratio of sludge.Many problems such as low biogas production and unstable operation are existed during the single anaerobic digestion of the sludge.Co-digestion of sludge and other substrates is an effective solution to increase the methane yield and the treatment efficiency and eliminate the system instability.The co-digestion of anaerobic sludge was studied systematically and the source of substrates was summarized；besides，the operating parameters，system inhibition，and strengthening factors during the co-digestion with different substrates were analyzed.It was found that，kitchen waste was the most common co-digestion substrates，while the application of fats，oil，grease and algae were increasing in recent years.Sludge and substrates mixing ratio，temperature，reactor type，pretreatment and some other factors could affect the performance of co-digestion.Finally，the development tendency of co-digestion of sludge and other substrates was proposed and prospected.

sludge；substrate；co-digestion；C/N ratio

X703.1

A

1009-2455（2016）04-0001-06

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51278489）

宋歡（1995-），女，天津人，本科，研究方向?yàn)槲勰鄿p量化與資源化，（電子信箱）songhuan199510@163.com；通訊作者：張光明（1973-），女，湖南永州人，教授，研究生，研究方向?yàn)樗c廢水處理，（電子信箱）zgm@ruc.edu.com。

2016-04-25（修回稿）