環(huán)境工程微生物-污泥的微生物處理

微生物與污泥處理

污泥的定義與產(chǎn)生污泥的厭氧消化污泥的好氧消化污泥的堆肥化

什么是污泥？污泥是指用物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法和生物法等處理廢水時產(chǎn)生的沉淀物、顆粒物和漂浮物。

作為污水處理過程中的必然產(chǎn)物，污泥的成分十分復(fù)雜，是由許多微生物形成的菌膠團(tuán)與其吸附的有機物和無機物組成的集合體，除含有大量的水分（95%～99%）外，還含有難降解的有機物、揮發(fā)性物質(zhì)、重金屬和鹽類，以及病原體和寄生蟲卵等，必須及時處理與處置，才能保證污水處理廠的正常運行和處理效果，避免造成二次污染。污泥的厭氧消化

它一般是在密閉的消化槽內(nèi),主要是通過兼性厭氧細(xì)菌和厭氧細(xì)菌的作用使有機物分解礦化,最終生成以甲烷為主的沼氣。

過程：（1979年，伯力特等人根據(jù)微生物的生理種群提出的厭氧消化三階段理論，也是當(dāng)前較為公認(rèn)的理論模式）

第一階段是在水解與發(fā)酵細(xì)菌作用下，使碳水化合物，蛋白質(zhì)與脂肪酸水解發(fā)酵轉(zhuǎn)化成單糖、氨基酸、脂肪酸、甘油及二氧化碳、氫等；

第二階段，是在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的作用下，把第一階段的產(chǎn)物轉(zhuǎn)化成氫、二氧化碳和乙酸；

第三階段，是通過兩組生理上不同的產(chǎn)甲烷菌的作用，一組把氫和二氧化碳轉(zhuǎn)化成甲烷，即：4H2+CO2→CH4+2H2O另一組是對乙酸脫羧產(chǎn)生甲烷，即：CH3COOH→CH4+CO2包括細(xì)菌、原生動物和真菌。大多數(shù)為專性厭氧菌，也有不少兼性厭氧菌。一群極為重要的菌種—產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌以及同型乙酸甲烷菌或稱為產(chǎn)甲烷菌，是甲烷發(fā)酵階段的主要細(xì)菌，屬于絕對的厭氧菌，主要代謝產(chǎn)物是甲烷。

污泥的厭氧消化厭氧消化池的結(jié)構(gòu)污泥的厭氧消化污泥的厭氧消化

污泥的厭氧消化影響微生物厭氧消化的主要因素：影響因素原因投配率投配率是消化工藝設(shè)計的重要參數(shù)，投配率過高，可能影響產(chǎn)甲烷菌的正常生理代謝；投配率過低，會增高基建費用。溫度甲烷菌分為中溫甲烷菌與高溫甲烷菌，反應(yīng)溫度不同處理效果及能耗有差別。營養(yǎng)與C/N如C/N太高，細(xì)胞的氮量不足，消化液的緩沖能低，pH值容易降低；太低，氮量過多，pH值可能上升，銨鹽容易積累，會抑制消化進(jìn)程。pH甲烷細(xì)菌對環(huán)境條件非常敏感，除對溫度的適應(yīng)性很弱外，對pH值的適應(yīng)范圍也很窄，適宜的pH范圍是6.6～7.8之間。其它：攪拌與混合、氮的守恒與轉(zhuǎn)化、有毒物質(zhì)等都對其有影響。

應(yīng)用現(xiàn)狀：

污泥通過厭氧消化使其中的有機物得到降解、穩(wěn)定，同時又回收利用了沼氣。由于污泥的消化處理是在厭氧條件下進(jìn)行，故運行中的動力消耗特別低，而且沼氣可回收利用，更節(jié)約了運行費用?，F(xiàn)在，城市污水處理廠中大多采用厭氧消化法對污泥進(jìn)行無害化處理。 一般，生污泥約含65%的有機物和35%的無機物。通過厭氧消化處理后，污泥中的有機物約有1/2～2/3被分解，消化污泥的體積得到減少（約60～70%），所含有機物約50%，無機物約50%。其次，污泥通過厭氧消化后，消化污泥中所含的肥分亦更易被植物所吸收。

污泥的厭氧消化

但是產(chǎn)甲烷階段產(chǎn)生的能量絕大部分都用于維持細(xì)菌生活，只有很少能量用于合成新細(xì)胞，故細(xì)胞的增殖很少，在底物相同的條件下，厭氧消化產(chǎn)生的能量僅是好氧消化的1/20-1/30倍。若要使產(chǎn)甲烷菌具有旺盛的生命活動，就需要消耗大量底物，這在厭氧消化系統(tǒng)內(nèi)，無法滿足。污泥的厭氧消化

原理：

污泥好氧消化的基本原理是使微生物處于內(nèi)源呼吸階段,以其自身生物體作為代謝底物獲得能量和進(jìn)行再合成。C5H7NO2+5O2+H+→5CO2+NH4++2H2O+能量

由于污泥好氧消化時間可長達(dá)15一20d,利于世代時間較長的硝化菌生長,故還存在硝化作用:NH4++2O2→NO3-+H2O+2H+上述反應(yīng)都是在微生物酶催化作用下進(jìn)行的，其反應(yīng)速率以及有機體降解規(guī)律可以通過參與反應(yīng)的微生物活性予以反映。污泥的好氧消化1.傳統(tǒng)工藝流程（CAD）污泥的好氧消化傳統(tǒng)的污泥好氧消化工藝(conventionalaerobicdi-gestion,CAD)的基本原理主要是使污泥中的微生物進(jìn)入內(nèi)源呼吸階段進(jìn)行自身氧化,從而使污泥減量。其常用的工藝流程主要有連續(xù)進(jìn)泥和間歇進(jìn)泥2種,其工藝流程如右圖所示。污泥的好氧消化2.缺氧/好氧消化工藝(A/AD)缺氧/好氧消化工藝(anoxic/aerobicdigestion,A/AD)即在CAD工藝的前端加一段缺氧區(qū),使污泥在該段發(fā)生反硝化反應(yīng),其產(chǎn)生的堿度可補償硝化反應(yīng)中所消耗的堿度,所以不必另行投堿就可使pH值保持在7左右。通常A/AD可通過2種方法實現(xiàn),如右圖所示。

污泥自熱高溫好氧消化是利用有機物好氧氧化所釋放的代謝熱，達(dá)到并維持高溫，而不需要外加熱源。污泥的好氧消化

該法與普通好氧消化相比反應(yīng)速度快、停留時間短、基建費用低、改善污泥沉淀脫水性能等優(yōu)點，而且可全部殺滅病原體，不需進(jìn)一步消毒處理。3.自熱高溫好氧消化污泥的好氧消化

嗜熱菌種類受不同污泥來源等因素影響而在高溫好氧消化過程存在較大差異，但芽孢桿菌在反應(yīng)器中占有極為重要的地位。盡管消化過程溫度、曝氣量等發(fā)生較大變化，但嗜熱種群的穩(wěn)定性卻相對較高，且分離的菌株在簡單培養(yǎng)基甚至氧不足的情況下也能快速生長；嗜熱菌株的種屬及理化性質(zhì)鑒定表明，95%以上為嗜熱脂肪芽孢桿菌(Bacillusstearothermo-philus)，大多數(shù)菌株能分泌蛋白酶、淀粉酶等胞外酶。

Ugwuanyi等處理土豆污泥時發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)污泥消化溫度高于50℃時，反應(yīng)器內(nèi)嗜熱脂肪芽孢桿菌才成為優(yōu)勢種群；當(dāng)消化溫度為50℃時，地衣芽孢桿菌(Bacilluslicheniformis)、凝結(jié)芽胞桿菌(Bacilluscoagulans)則成為優(yōu)勢種群。高溫好氧消化反應(yīng)器內(nèi)除主要存在桿狀嗜熱細(xì)菌外，也有梭菌存在。污泥高溫好氧消化過程微生物作用:影響微生物好氧消化的主要因素：影響因素原因污泥濃度一般認(rèn)為,較高的初始污泥濃度會影響氧的傳遞效率,從而影響微生物的活性。影響氧傳輸?shù)囊蛩刂饕巧镄躞w對氧的擴散阻力和液體的混合能力。溶解氧溶解氧濃度在1一5mg/L之間時,隨著DO升高,污泥酸化率和VSS降解率均提高;當(dāng)污泥中氧為7mg/L時,vss降解率卻下降,認(rèn)為可能是反應(yīng)器剩余氧濃度過高,反而會對污泥中細(xì)菌菌群產(chǎn)生毒害作用,使其活性降低；另一方面影響氮的轉(zhuǎn)化。溫度一定的溫度范圍內(nèi)，好氧消化時間隨溫度的升高而縮短，去除率則隨著溫度的升高而增加。pHpH過低，會改變微生物細(xì)胞的滲透性，反應(yīng)物的氧化還原電位以及生物酶催化反應(yīng)的能力，影響微生物的物質(zhì)運輸過程和新陳代謝作用。污泥的好氧消化

污泥的好氧消化技術(shù)在國外已有多年的應(yīng)用經(jīng)驗，但由于需曝氣供氧，限制了它的推廣應(yīng)用。而對于處理量小的污水處理廠，由于運行管理方便、操作方式靈活，可采用好氧消化進(jìn)行污泥穩(wěn)定。尤其是ATAD工藝，有較好的發(fā)展前景。好氧消化與厭氧消化相比，其優(yōu)點是操作簡易，投資費用低，上清液中的BOD、氨氮等濃度較低，污泥中有價值成分回收率高，對干擾性物質(zhì)（如重金屬等）的影響較小，并且沒有甲烷爆炸的危險，消化污泥少，無臭、穩(wěn)定，易脫水。但缺點是操作費用高（主要是供氧），不能產(chǎn)生甲烷這類有用副產(chǎn)品。污泥好氧消化主要用于污泥處理量不大的場合。應(yīng)用現(xiàn)狀：污泥的好氧消化原理：

污泥堆肥化是通過在污泥中加入一定比例的蓬松劑和調(diào)理劑,利用污泥中的微生物對有機物進(jìn)行氧化分解,最終轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定性較高的類腐殖質(zhì)的過程。污泥的堆肥化

污泥的好氧堆肥化過程實際上就是污泥的微生物發(fā)酵過程。在這個過程中，污泥中可溶性小分子有機物通過微生物的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜而被微生物吸收利用。不溶性大分子有機物則先附著在微生物體外，由微生物所分泌的胞外酶分解為可溶性小分子物質(zhì)，再進(jìn)入微生物細(xì)胞內(nèi)被利用。通過微生物的生命活動—合成及分解過程，把一部分被吸收的有機物氧化成簡單的無機物，并提供生命活動所需要的能量，把另一部分有機物轉(zhuǎn)化合成新的細(xì)胞物質(zhì)，使微生物增殖。污泥的堆肥化污泥的堆肥化影響微生物厭氧消化的主要因素：影響因素原因溫度最好控制在55℃~65℃，溫度過高會降低微生物的活性，還會造成有機質(zhì)的過度消耗，降低堆肥產(chǎn)品的質(zhì)量，而太低則延長堆肥化時間，降低了處理能力。含水率在堆肥期間，若含水率低于20%，細(xì)菌的代謝作用會停止；含水率太高，會使堆體內(nèi)的自由空間減少，通氣性差，形成微生物發(fā)酵的厭氧狀態(tài)，產(chǎn)生臭味，減慢降解速率，延長堆肥腐熟時間。適宜的含水率為55%~65%。pH微生物的降解活動需要一個微酸性或中性的環(huán)境條件，pH過高或過低都不利于微生物的繁殖和有機物的降解。通風(fēng)供氧量通風(fēng)量的大小直接影響高溫堆肥微生物的生長活動，影響堆體溫度的升高、病原菌的殺滅并最終影響堆肥有機質(zhì)的分解。此外，有機物含量、