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1、微生物与污泥处理 污泥的定义与产生污泥的定义与产生 污泥的厌氧消化污泥的厌氧消化 污泥的好氧消化污泥的好氧消化污泥的堆肥化污泥的堆肥化 什么是污泥？什么是污泥？ 污泥是指用物理法、化学法、物理化学法和生物法等处理废水时产生的沉淀物、颗粒物和漂浮物。 作为污水处理过程中的必然产物，污泥的成分十分复杂，是由许多微生物形成的菌胶团与其吸附的有机物和无机物组成的集合体，除含有大量的水分 （95%99%） 外，还含有难降解的有机物、挥发性物质、重金属和盐类，以及病原体和寄生虫卵等，必须及时处理与处置，才能保证污水处理厂的正常运行和处理效果，避免造成二次污染。污泥的厌氧消化污泥的厌氧消化 它一般是在密闭的
2、消化槽内,主要是通过兼性厌氧细菌和厌氧细菌的作用使有机物分解矿化,最终生成以甲烷为主的沼气。 过程：（1979 年，伯力特等人根据微生物的生理种群提出的厌氧消化三阶段理论，也是当前较为公认的理论模式） 第一阶段是在水解与发酵细菌作用下，使碳水化合物，蛋白质与脂肪酸水解发酵转化成单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油及二氧化碳、氢等； 第二阶段，是在产氢产乙酸菌的作用下，把第一阶段的产物转化成氢、二氧化碳 和乙酸； 第三阶段，是通过两组生理上不同的产甲烷菌的作用，一组把氢和二氧化碳转化成甲烷，即：4H2+CO2CH4+2H2O 另一组是对乙酸脱羧产生甲烷，即：CH3COOHCH4+CO2包括细菌、原生动物和
3、真菌。大多数为专性厌氧菌，也有不少兼性厌氧菌。一群极为重要的菌种产氢产乙酸菌以及同型乙酸甲烷菌或称为产甲烷菌，是甲烷发酵阶段的主要细菌，属于绝对的厌氧菌，主要代谢产物是甲烷。 污泥的厌氧消化污泥的厌氧消化厌氧消化池的结构污泥的厌氧消化污泥的厌氧消化污泥的厌氧消化污泥的厌氧消化 污泥的厌氧消化污泥的厌氧消化影响微生物厌氧消化的主要因素：影响因素原因投配率投配率是消化工艺设计的重要参数，投配率过高，可能影响产甲烷菌的正常生理代谢；投配率过低，会增高基建费用。温度甲烷菌分为中温甲烷菌与高温甲烷菌，反应温度不同处理效果及能耗有差别。营养与 C/N如 C/N 太高，细胞的氮量不足，消化液的缓冲能低，pH
4、 值容易降低；太低，氮量过多，pH 值可能上升，铵盐容易积累，会抑制消化进程。pH甲烷细菌对环境条件非常敏感，除对温度的适应性很弱外，对pH值的适应范围也很窄，适宜的pH范围是6.67.8之间。其它：搅拌与混合、氮的守恒与转化、有毒物质等都对其有影响。 应用现状： 污泥通过厌氧消化使其中的有机物得到降解、稳定，同时又回收利用了沼气。由于污泥的消化处理是在厌氧条件下进行，故运行中的动力消耗特别低，而且沼气可回收利用，更节约了运行费用。现在，城市污水处理厂中大多采用厌氧消化法对污泥进行无害化处理。 一般，生污泥约含65%的有机物和 35%的无机物。通过厌氧消化处理后，污泥中的有机物约有1/22/3
5、被分解，消化污泥的体积得到减少（约6070%），所含有机物约50%，无机物约50%。其次，污泥通过厌氧消化后，消化污泥中所含的肥分亦更易被植物所吸收。 污泥的厌氧消化污泥的厌氧消化 但是产甲烷阶段产生的能量绝大部分都用于维持细菌生活，只有很少能量用于合成新细胞，故细胞的增殖很少，在底物相同的条件下，厌氧消化产生的能量仅是好氧消化的1/20-1/30 倍。若要使产甲烷菌具有旺盛的生命活动，就需要消耗大量底物，这在厌氧消化系统内，无法满足。污泥的厌氧消化污泥的厌氧消化 原理： 污泥好氧消化的基本原理是使微生物处于内源呼吸阶段,以其自身生物体作为代谢底物获得能量和进行再合成。 C5H7NO2+5O2
6、+H+5CO2+NH4+2H2O+能量 由于污泥好氧消化时间可长达15一20d,利于世代时间较长的硝化菌生长,故还存在硝化作用: NH4+2O2NO3-+H2O+2H+ 上述反应都是在微生物酶催化作用下进行的，其反应速率以及有机体降解规律可以通过参与反应的微生物活性予以反映。污泥的好氧消化污泥的好氧消化1.传统工艺流程（CAD）污泥的好氧消化污泥的好氧消化传统的污泥好氧消化工艺传统的污泥好氧消化工艺(conventional aerobic (conventional aerobic di-gestion,CAD)di-gestion,CAD)的基本的基本原理主要是使污泥中的微原理主要是使污泥
7、中的微生物进入生物进入内源呼吸阶段进内源呼吸阶段进行自身氧化行自身氧化, ,从而使污泥从而使污泥减量。其常用的工艺流程减量。其常用的工艺流程主要有主要有连续进泥连续进泥和和间歇进间歇进泥泥2 2种种, ,其工艺流程如右图其工艺流程如右图所示。所示。污泥的好氧消化污泥的好氧消化2.缺氧/好氧消化工艺(A/AD)缺氧缺氧/ /好氧消化工艺好氧消化工艺(anoxic/aerobicdigestion,A/(anoxic/aerobicdigestion,A/AD)AD)即在即在CADCAD工艺的前端加一段工艺的前端加一段缺氧区缺氧区, ,使污泥在该段发生使污泥在该段发生反硝反硝化反应化反应, ,其产
8、生的碱度可补偿硝其产生的碱度可补偿硝化反应中所消耗的碱度化反应中所消耗的碱度, ,所以不所以不必另行投碱就可使必另行投碱就可使pHpH值保持在值保持在7 7左右。通常左右。通常A/ADA/AD可通过可通过2 2种方法种方法实现实现, ,如右图所示。如右图所示。 污泥自热高温好氧消化是利用有机物好氧氧化所释放的代谢热，达到并 维持高温，而不需要外加热源。污泥的好氧消化污泥的好氧消化 该法与普通好氧消化相比反应速度快、停留时间短、基建费用低、改善污泥沉淀脱水性能等优点，而且可全部杀灭病原体，不需进一步消毒处理。3.自热高温好氧消化污泥的好氧消化 嗜热菌种类受不同污泥来源等因素影响而在高温好氧消化过
9、程存在较大差异，但芽孢杆菌在反应器中占有极为重要的地位。 尽管消化过程温度、曝气量等发生较大变化，但嗜热种群的稳定性却相对较高，且分离的菌株在简单培养基甚至氧不足的情况下也能快速生长；嗜热菌株的种属及理化性质鉴定表明，95%以上为嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermo-philus)，大多数菌株能分泌蛋白酶、淀粉酶等胞外酶。 Ugwuanyi等处理土豆污泥时发现，只有当污泥消化温度高于50时，反应器内嗜热脂肪芽孢杆菌才成为优势种群；当消化温度为50时，地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)、凝结芽胞杆菌(Bacillus coagulans)则成为优
10、势种群。高温好氧消化反应器内除主要存在杆状嗜热细菌外，也有梭菌存在。污泥高温好氧消化过程微生物作用污泥高温好氧消化过程微生物作用:影响微生物好氧消化的主要因素：影响因素原因污泥浓度一般认为,较高的初始污泥浓度会影响氧的传递效率,从而影响微生物的活性。影响氧传输的因素主要是生物絮体对氧的扩散阻力和液体的混合能力。溶解氧溶解氧浓度在1一5mg/L之间时,随着DO升高,污泥酸化率和VSS降解率均提高;当污泥中氧为7mg/L时,vss降解率却下降,认为可能是反应器剩余氧浓度过高,反而会对污泥中细菌菌群产生毒害作用,使其活性降低；另一方面影响氮的转化。温度一定的温度范围内，好氧消化时间随温度的升高而缩短
11、，去除率则随着温度的升高而增加。pHpH过低，会改变微生物细胞的渗透性，反应物的氧化还原电位以及生物酶催化反应的能力，影响微生物的物质运输过程和新陈代谢作用。污泥的好氧消化 污泥的好氧消化技术在国外已有多年的应用经验，但由于需曝气供氧，限制了它的推广应用。而对于处理量小的污水处理厂，由于运行管理方便、操作方式灵活，可采用好氧消化进行污泥稳定。尤其是ATAD工艺，有较好的发展前景。好氧消化与厌氧消化相比，其优点是操作简易，投资费用低，上清液中的BOD、氨氮等浓度较低，污泥中有价值成分回收率高，对干扰性物质（如重金属等）的影响较小，并且没有甲烷爆炸的危险，消化污泥少，无臭、稳定，易脱水。但缺点是操
12、作费用高（主要是供氧），不能产生甲烷这类有用副产品。污泥好氧消化主要用于污泥处理量不大的场合。应用现状：污泥的好氧消化污泥的好氧消化原理： 污泥堆肥化是通过在污泥中加入一定比例的蓬松剂和调理剂,利用污泥中的微生物对有机物进行氧化分解,最终转化为稳定性较高的类腐殖质的过程。热稳定有机残余物新鲜有机废物微生物 OHCOO222污泥的堆肥化污泥的堆肥化 污泥的好氧堆肥化过程实际上就是污泥的微生物发酵过程。在这个过程中，污泥中可溶性小分子有机物通过微生物的细胞壁和细胞膜而被微生物吸收利用。不溶性大分子有机物则先附着在微生物体外，由微生物所分泌的胞外酶分解为可溶性小分子物质，再进入微生物细胞内被利用。通
13、过微生物的生命活动合成及分解过程，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，并提供生命活动所需要的能量，把另一部分有机物转化合成新的细胞物质，使微生物增殖。污泥的堆肥化污泥的堆肥化 污泥的堆肥化污泥的堆肥化影响微生物厌氧消化的主要因素：影响因素原因温度最好控制在5565，温度过高会降低微生物的活性，还会造成有机质的过度消耗，降低堆肥产品的质量， 而太低则延长堆肥化时间，降低了处理能力。含水率在堆肥期间，若含水率低于20%，细菌的代谢作用会停止；含水率太高，会使堆体内的自由空间减少，通气性差，形成微生物发酵的厌氧状态，产生臭味，减慢降解速率，延长堆肥腐熟时间。适宜的含水率为55%65%。pH微生
14、物的降解活动需要一个微酸性或中性的环境条件，pH过高或过低都不利于微生物的繁殖和有机物的降解。通风供氧量通风量的大小直接影响高温堆肥微生物的生长活动，影响堆体温度的升高、病原菌的杀灭并最终影响堆肥有机质的分解。此外，有机物含量、C/N、孔隙率等也对其有影响。污泥的堆肥化污泥的堆肥化 污泥经堆肥化处理后,虽然解决了其易腐烂发臭、含水量高、含有病原菌和寄生虫等有害特性,但其中的重金属、盐分、及难降解有机毒物等未从根本上去除。要使污泥成为安全、有用的资源，还应对上述几个问题进行深入研究。关于污泥堆肥中难降解有机毒物的最终归宿问题，国内外研究报道很少，其影响有待进一步研究与探讨。污泥的堆肥化污泥的堆肥化应用现状： 谢谢
