生物酶處理是向污泥中投加酶制劑或可以分泌胞外酶的細(xì)菌.酶能夠催化有機(jī)物水解，降低長鏈蛋白質(zhì)、碳水化合物和脂質(zhì)黏性，使大分子有機(jī)物分解成小分子有機(jī)物，提高污泥有機(jī)物轉(zhuǎn)化效率.

　　腐殖質(zhì)會對水解酶產(chǎn)生束縛作用，從而阻礙水解酶與有機(jī)物接觸, 但污泥中腐殖質(zhì)含量一定，其束縛水解酶的數(shù)量也就一定.因此，向污泥厭氧消化系統(tǒng)添加水解酶，強(qiáng)化酶對污泥的水解作用，可有效提高厭氧消化系統(tǒng)污泥水解的速度和效率.研究表明，將*與蛋白酶分別以6%的劑量添加到剩余污泥中，污泥VSS溶解性可分別達(dá)54.24%和39.70%(而控制組溶解性為10%).當(dāng)用*與蛋白酶以1:3比例(質(zhì)量比)處理污泥時(shí)，污泥固體溶解性達(dá)到了68.43%;添加水解酶也促進(jìn)了溶解性腐殖質(zhì)成分的增加.

　　剩余污泥生物酶預(yù)處理可增強(qiáng)污泥水解和產(chǎn)甲烷能力，具有較好的處理效果，且不需要額外設(shè)施與能量消耗.隨著生物工程技術(shù)的發(fā)展，生物酶制劑提取成本會不斷降低，相信這種技術(shù)也會有較好的發(fā)展前景.

　　4.2.4 微波/H2O2處理

　　有研究人員實(shí)驗(yàn)比較了H2O2、微波和微波/H2O2聯(lián)合方法預(yù)處理污泥的效果，結(jié)果顯示，添加H2O2劑量為1.0 g·g-1(以TS計(jì))預(yù)處理后，污泥溶解性COD由原來的2.7 g·L-1提高到10.6 g·L-1，溶解性腐殖質(zhì)濃度由0.3 g·L-1提高至1.5 g·L-1，而總腐殖質(zhì)濃度由原來的8.3 g·L-1降低至6.9 g·L-1;采用微波、微波/H2O2聯(lián)合預(yù)處理同樣可達(dá)到與H2O2預(yù)處理類似的效果.因此，采用H2O2、微波和微波/H2O2聯(lián)合預(yù)處理方法，均可降低污泥總腐殖質(zhì)濃度，但溶解性腐殖質(zhì)濃度會有所升高，腐殖質(zhì)仍會抑制水解酶活性.

　　4.3 金屬離子屏蔽腐殖質(zhì)抑制水解作用

　　腐殖質(zhì)活性基團(tuán)能夠與金屬離子發(fā)生絡(luò)合、螯合、吸附等作用，尤其是羧基、酚羥基可與金屬離子相互結(jié)合.研究表明，腐殖質(zhì)對金屬離子捕獲容量很大，1.0 g腐殖質(zhì)可以和數(shù)克金屬離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng).腐殖質(zhì)與金屬離子的結(jié)合能力較水解酶強(qiáng)，因此，金屬離子會與酶競爭腐殖質(zhì)羧基、酚羥基點(diǎn)位并優(yōu)先與腐殖質(zhì)結(jié)合，導(dǎo)致水解酶被替換而“解脫”.

　　研究表明，當(dāng)腐殖質(zhì)與水解酶存在靜電吸引力時(shí)，金屬離子會屏蔽分子之間的靜電引力作用.當(dāng)腐殖質(zhì)與水解酶質(zhì)量比小于腐殖質(zhì)與水解酶電中性質(zhì)量比時(shí)，相反電荷分子間主要是靜電引力，金屬離子在一定程度上能夠減弱腐殖質(zhì)對蛋白質(zhì)分子的包裹作用，提高酶與底物接觸的機(jī)率.更多研究表明，雖然金屬陽離子可解除腐殖質(zhì)對酶的吸附作用，但只有當(dāng)金屬離子達(dá)到一定濃度時(shí)，這種作用才會出現(xiàn);達(dá)到同樣解除抑制效果時(shí)，多價(jià)金屬離子較單價(jià)金屬離子效果要好;1價(jià)和3價(jià)金屬離子濃度分別大于10-2、10-3 mol·L-1時(shí)，便可使酶從腐殖質(zhì)上“解脫”.

　　由于羧基、酚羥基等酸性官能團(tuán)在不同pH條件下電離度不同，因此，金屬離子參與鍵合腐殖質(zhì)基團(tuán)的情況也不一樣.在中性條件下，以羧基絡(luò)合金屬離子為主;而在堿性條件下，羧基和酚羥基共同絡(luò)合金屬離子.腐殖質(zhì)含有羧基、酚羥基等多種官能團(tuán)，它們與金屬離子相互作用的形式多樣.研究表明，腐殖質(zhì)與金屬離子作用主要有4種可能模式：①1個(gè)羧基與金屬離子Mn+形成有機(jī)鹽或絡(luò)合物;②1個(gè)羧基和1個(gè)酚羥基(即水楊酸型官能團(tuán))與Mn+形成二齒絡(luò)合物;③2個(gè)羧基(即苯二酸型官能團(tuán))與Mn+形成二齒絡(luò)合物;④游離羧基與水合金屬離子M (H2O)x通過靜電相互作用形成結(jié)合物，如Fe3+、Al3+等.圖 3顯示了腐殖質(zhì)與金屬離子的4種作用模式.

　　圖 3腐殖質(zhì)與金屬離子的4種作用模式

　　腐殖質(zhì)與2價(jià)或3價(jià)金屬離子容易形成穩(wěn)定配合物.因此，4種作用模式中，模式(2)~(4)應(yīng)占主導(dǎo)地位.腐殖質(zhì)與金屬離子絡(luò)合穩(wěn)定常數(shù)受腐殖質(zhì)來源、金屬離子性質(zhì)和介質(zhì)條件(pH、離子強(qiáng)度、介質(zhì)陰陽離子等)的影響.不同學(xué)者對腐殖質(zhì)與金屬離子絡(luò)合物穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，得出了不太一致的結(jié)果.有學(xué)者實(shí)驗(yàn)得出，金屬離子絡(luò)合穩(wěn)定性滿足Irving-Williams序列：Ba < Ca < Mg < Mn < Fe < Zn < Co < Pb < Ni < Cu .也有學(xué)者采用離子交換平衡法測定了腐殖質(zhì)與金屬離子形成絡(luò)合穩(wěn)定序列為：Mg < Ca < Ag < Zn < Co < Mn < Cu < Pb < Ni (pH < 5.5).還有學(xué)者采用電位滴定法測定了腐殖質(zhì)形成絡(luò)合物穩(wěn)定序列為：Mn < Co < Ni < Zn < Cu < Al < Fe (pH < 7.5).因污泥腐殖質(zhì)存在較多脂肪族和較少芳香族聚合物，因此，污泥腐殖質(zhì)與金屬離子絡(luò)合穩(wěn)定常數(shù)較土壤腐殖質(zhì)要小.

　　研究表明，向含有木質(zhì)纖維素和腐殖質(zhì)的實(shí)驗(yàn)組中分別添加Ca2+、Mg2+和Fe3+，木質(zhì)纖維素水解效率較未添加金屬離子分別提高了47%、37%和44%，CH4產(chǎn)量分別提高146%、128%和145%，且添加的Fe3+被腐殖質(zhì)還原成Fe2+;然而，添加Na+、K+解除腐殖質(zhì)抑制效果并不明顯，腐殖質(zhì)與金屬離子絡(luò)合穩(wěn)定性滿足K+、Na+ < Mg2+ < Fe3+ (Fe2+) < Ca2+.也有研究表明，添加Ca2+可以有效緩解腐殖質(zhì)對土豆蛋白質(zhì)的水解.更多研究顯示，Ca2+與腐殖質(zhì)結(jié)合能力較強(qiáng)，隨添加Ca2+濃度增加，80%以上被抑制的蘋果醋酶活性可以恢復(fù)，且Ca2+添加對系統(tǒng)中未受抑制的酶活性并沒有影響.這些實(shí)驗(yàn)均得出，金屬離子可以解除腐殖質(zhì)抑制木質(zhì)纖維素水解并提高CH4產(chǎn)量，而金屬離子解除剩余污泥水解抑制和提高CH4產(chǎn)量的效果還有待進(jìn)一步探究.

　　重金屬離子(如Hg2+、Cu2+、Cd2+、Cr2+等)與腐殖質(zhì)結(jié)合能力較Ca2+、Mg2+、Al3+、Fe3+等高很多.然而，向污泥厭氧消化系統(tǒng)添加重金屬離子(Fe3+除外)會提高污泥重金屬離子濃度，增加生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn).因此，Ca2+、Mg2+、Al3+、Fe3+等較適宜被選作屏蔽腐殖質(zhì)抑制污泥厭氧消化水解作用的研究對象.除了考慮投加金屬離子種類外，還需要考慮金屬離子濃度對厭氧微生物的毒害作用，但金屬離子對厭氧微生物毒害作用存在一定的濃度閥值，

　　1) 腐殖質(zhì)作為一種結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜、穩(wěn)定性*的芳香族多環(huán)或雜環(huán)狀有機(jī)物難以在常規(guī)污水生物處理過程中被降解，大多數(shù)(67%~84%)被吸附于活性污泥而zui終進(jìn)入污泥厭氧消化系統(tǒng).即使是被微生物厭氧分解，也難以破壞腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)，它們大多會原封不動(dòng)地隨消化污泥排出系統(tǒng)，這也是污泥有機(jī)物能源轉(zhuǎn)化率不高的原因之一.

　　2) 腐殖質(zhì)在厭氧消化中zui大的問題還不是自身難以降解，而是它們還會抑制其它有機(jī)物水解過程，造成更低的有機(jī)物能源轉(zhuǎn)化率.腐殖質(zhì)含有大量羧基(-COOH)、酚羥基(酚-OH)，醇羥基(醇-OH)、甲氧基(-OCH3)和羰基(CO)等多種含氧官能團(tuán)，這些官能團(tuán)具有離子交換性、弱酸性、吸附性、絡(luò)合性、氧化還原性等性質(zhì).腐殖質(zhì)中的某些官能團(tuán)可通過共價(jià)鍵方式與水解酶發(fā)生作用，如腐殖質(zhì)所含的羧基、酚羥基可與水解酶氨基相互連結(jié)，從而減少、阻礙水解酶與其它有機(jī)物的接觸機(jī)會，使厭氧消化水解速度和效率均降低.雖然腐殖質(zhì)可作為電子受體、中間體、pH緩沖劑等具有促進(jìn)厭氧消化酸化、產(chǎn)氫/乙酸、甚至產(chǎn)甲烷的有限作用，但與其抑制水解作用相比則顯得微不足道.況且，水解是厭氧消化的*步，這步不能有效完成，后續(xù)步驟便無從談起.

　　3) 需要在厭氧消化階段以“防患于未然”和“除患于既成之后”兩個(gè)方面來zui大限度地去除或消除腐殖質(zhì)對水解的影響.提取腐殖質(zhì)與污泥預(yù)處理(如酸/堿、熱、微波，H2O2、生物酶等預(yù)處理)是去除腐殖質(zhì)的有效手段，但這些方法大都需要投入大量化學(xué)/生物試劑及消耗大量能量，且對腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)破穩(wěn)作用不強(qiáng)，預(yù)處理后大多腐殖質(zhì)仍以溶解狀態(tài)存在，進(jìn)入?yún)捬跸到y(tǒng)仍會抑制其它有機(jī)物水解.

　　4) 相對于上述方法，金屬離子可起到“解脫”水解酶的作用，很大程度上可破解腐殖質(zhì)對其它有機(jī)物的水解作用.腐殖質(zhì)與金屬離子的結(jié)合能力較水解酶要強(qiáng)，金屬離子會與酶競爭腐殖質(zhì)羧基、酚羥基活性點(diǎn)位并優(yōu)先與腐殖質(zhì)結(jié)合，從而“解脫”它們對水解酶的束縛.因此，研究金屬離子破解水解酶束縛作用顯得很有必要，二價(jià)或三價(jià)等高價(jià)離子效果似乎更好.到目前相關(guān)研究較少，該種技術(shù)尚未有工程化應(yīng)用報(bào)道，未來工程化應(yīng)選擇屏蔽腐殖質(zhì)抑制水解作用效果好、價(jià)格低廉的金屬離子，以達(dá)到入能敷出目的.

　　5) 污泥細(xì)胞破壁、木質(zhì)纖維素破穩(wěn)、腐殖質(zhì)屏蔽是提高污泥有機(jī)物能源轉(zhuǎn)化率的三大關(guān)鍵技術(shù).細(xì)胞破壁、木質(zhì)素破穩(wěn)可通過合二而一的預(yù)處理實(shí)現(xiàn)，但隨之而來的可能是腐殖質(zhì)仍然不變、甚至略有增量地進(jìn)入?yún)捬跸到y(tǒng)，使本來可以水解的破壁、破穩(wěn)有機(jī)物難以水解.因此，用金屬離子吸附腐殖質(zhì)活性點(diǎn)位的研究對提高有機(jī)物能源轉(zhuǎn)化率便顯得至關(guān)重要.