（环境科学与工程专业论文）以剩余污泥为原料合成聚羟基脂肪酸酯的研究.pdf

山东大学硕士学位论文 目录 摘要1 a b s t r a c t 3 符号说明5 第1 章引言6 1 1 概j ；苤6 1 1 1p h a s 结构与特性概述。6 1 1 2 剩余污泥概述7 1 1 3 剩余污泥合成p h a s 概述9 1 2 国内外研究现状1 0 1 2 1 纯菌合成p h a s 研究现状1 0 1 2 2 剩余污泥合成p h a s 研究现状1 4 1 2 3p h a s 提取研究现状1 9 1 2 4 剩余污泥合成p h a s 中试研究现状。2 4 1 3 课题研究目的与内容2 4 1 3 1 课题研究背景。2 4 1 3 2 研究目的与内容2 5 第2 章h 1 6 纯菌的p h a s 积累特性与提取方法研究2 7 2 1 菌株来源及其p h a s 合成能力2 7 2 1 1 实验材料与方法2 7 2 1 2p h a s 合成能力检测3 0 2 2h 1 6 在有机酸配水中的p h a s 合成特性3 0 2 。2 1 实验材料与方法3 0 2 2 2 底物利用与p h a s 合成特性3 3 2 3h 1 6 在水解酸化液中的p h a s 合成特性3 6 2 3 1 实验材料与方法3 6 2 3 2 菌体生长、有机质利用与p h a s 合成3 9 2 3 3h 1 6 对h a c 水解酸化液中a s 的利用与p h a s 的积累4 0 2 3 4h 1 6 对h v a 水解酸化液中t o c 的利用与p h a s 的积累4 3 2 3 5 小结4 4 2 4p h a s 提取4 4 2 4 1 实验材料与方法4 4 2 4 2 五种方法提取效果4 6 2 4 3 五种方法综合比较4 8 2 5 本章小结4 9 第3 章p h a s 高产菌的富集驯化51 3 1 丰盛饥饿模式驯化活性污泥5l 3 1 1 实验材料与方法5 2 3 1 2 活性污泥驯化过程解析5 4 3 1 3s 菌群富集培养基中菌体生长与碳源利用情况5 7 3 1 4s 菌群p h a s 合成能力验证5 8 3 2 营养限制法( 限氮、限磷) 驯化活性污泥6 0 3 2 1 实验材料与方法6 0 山东大学硕士学位论文 3 2 2 驯化结果与分析。6 2 3 3 剩余污泥碱热解液驯化活性污泥。6 3 3 3 1 实验材料与方法6 3 3 3 2 碱热解液菌群p h a s 合成能力“ 3 4 本章小结6 5 第4 章p h a s 中试发酵的初步研究。6 7 4 1 用富集培养基扩大培养s 1 5 0 菌种6 7 4 1 1 实验方法与参数控制6 7 4 1 2 菌体生长与p h a s 积累6 8 4 2 以水解酸化液为基质间歇发酵p h a s 的中试研究6 9 4 2 1 实验方法与参数控制6 9 4 2 2 间歇发酵水解酸化液中各种营养物质的消耗规律6 9 4 2 3 间歇发酵p h a s 合成与菌体生长规律7 1 4 3 以水解酸化液为基质连续发酵p h a s 的中试研究7 3 4 3 1 实验方法和控制参数7 3 4 3 2 连续发酵过程中营养物质的利用7 5 4 3 3 连续发酵过程中p h a s 合成与菌体生长7 6 4 4 本章小结7 9 第5 章结论与建议8 0 5 1 结论8 0 5 2 建议8l 参考文献8 2 致谢9 3 攻读学位期间发表的学术论文。9 5 i i 山东大学硕士学位论文 c o n t e n t s a b s t r a c ti nc h i n e s e l a b s t r a c ti ne n g l i s h 3 a b b r e v i a t i o n 5 c h a p t e r1 i n t r o d u c t i o n 6 1 1b a c k g r o u n d 6 1 1 1p h as t r u c t u r ea n dp r o p e r t y 。6 1 1 2s u m m a r yo f w - a s t es l u d g e 7 1 1 3s u m m a r yo f p h a sp r o d u c t i o nb vw a s t es l u d g e 9 1 2p r e s e n tr e s e a r c hs i t u a t i o n 1 0 1 2 1s i t u a t i o no f p h a sp r o d u c t i o nb yp u r es t r a i n 1 0 1 2 2s i t u a t i o no f p h a sp r o d u c t i o nb yw a s t es 1 u d g e 1 4 1 2 3s i t u a t i o no f p h a se x t r a c t i o n 1 9 1 2 4s i t u a t i o no fp i l o ts c a l ee x p e r i m e n t s 2 4 l 1 3r e s e a r c hc o n t e n t s 2 5 1 3 1i n t r o d u c t i o no f r e s e a r c h 2 5 1 3 2o b j e c t i v ea n dc o n t e n t so f r e s e a r c h 2 5 c h a p t e r2 p h a sa c c u m u l a t i o na n de x t r a c t i o nb yr a l s t o n i ae u t r o p h ah 1 6 。2 7 2 1s o u r c eo f s t r a i n 2 7 2 1 1m a t e r i a l sa n dm e t h o d s ：1 7 2 1 2p h a sa c c u m u l a t i o n 3 0 2 2p h a sa c c u m u l a t i o nb vh 16i n a sm e d i u m 3 0 2 2 1m a t e r i a l sa n dm e t h o d s 。3 0 2 2 2c h a r a c t e r i s t i c so f v f a sc o n s u m p t i o na n dp h a sa c c u m u l a t i o n 3 3 2 3p h a sa c c u m u l a t i o nb vh 1 6i 1 1a f l 。3 6 2 3 1m a t e r i a l sa n dm e t h o d s 3 6 2 3 2t o cc o n s u m p t i o na n dp h a sa c c u m u l a t i o n 3 9 2 3 3 a sc o n s u m p t i o na n dp h a sa c c u m u l a t i o ni ns a c 。4 0 2 3 4 a sc o n s u m p t i o na n dp h a sa c c u m u l a t i o ni ns a c 。4 3 2 3 5c o n c l u s i o n s z 4 2 4p j i a se x t r a c t i o n 4 4 2 4 1m a t e r i a l sa n dm e t h o d s z 扣4 2 4 2e x t r a c t i o ne f f e c to f f i v em e t h o d s 4 6 2 4 3s e l e c t i o na n dc o m p a r i s o n 4 8 2 5c o n c l u s i o n s 4 9 c h a p t e r3 e n r i c h m e n to fp h a s - s y n t h e s i sm i x e db a c t e r i a lc o n s o r t i a 。51 3 1s l u d g ed o m e s t i c a t i o nb yf e a s t f a m i n ec o n d i t i o n 5l 3 1 1m a t e r i a l sa n dm e t h o d s 5 2 3 1 2a n a l y s i so f d o m e s t i c a t i o np r o c e s s 5 4 3 1 - 3t o c c o m s u m p t i o na n dc o n s o r t i ag r o w t hi ne n r i c h m e n tm e d i u m 5 7 3 1 4p h a ss y n t h e t i cc a p a b i l i t yb ys c o n s o r t i a 5 8 3 2s l u d g ed o m e s t i c a t i o nb yn u t r i e n tl i m i t a t i o n 6 0 3 2 1m a t e r i a l sa n dm e t h o d s 6 0 m 山东大学硕士学位论文 3 2 2a n a l y s i so f d o m e s t i c a t i o np r o c e s s 6 2 3 3s l u d g ed o m e s t i c a t i o nb ya l k a l i n et h e r m a ld i g e s t e dw a s t es l u d g e 6 3 3 3 1m a t e r i a l sa n dm e t h o d s 。6 3 3 3 2a n a l y s i so f d o m e s t i c a t i o np r o c e s s 6 4 3 4c o n c l u s i o n s 6 5 c h a p t e r4p r e l i m i n a r ys t u d yo fp h a sf e r m e n t a t i o ni np i l o ts c a l e 6 7 4 1s m a l le x p e r i m e n tb y5l i t e rf e r m e n t o r 6 7 4 1 1m e t h o d sa n dp a r a m e t e rc o n t r o l 。6 7 4 1 2p h a sa c c u m u l a t i o na n dc o n s o r t i ag r o w t h 。6 8 4 2b a t c hf e r m e n t a t i o nb y1 0 0l i t e rf e r m e n t o r 6 9 4 2 1m e t h o d sa n dp a r a m e t e rc o n t r o l 6 9 4 2 2p h a sa c c u m u l a t i o na n dc o n s o r t i ag r o w t h 7 0 4 2 3a n a l y s i so f b a t e hf e r m e n t a t i o n 7 1 4 3c o n t i n u o u sf e r m e n t a t i o nb v10 0l i t e rf e r m e n t o r 。7 3 4 3 1m e t h o d sa n dp a r a m e t e rc o n t r o l 7 3 4 3 2c o n s u m p t i o no f l ：、n 、p 7 5 4 3 3p h a sa c c u m u l a t i o na n dc o n s o r t i ag r o w t h 。7 6 4 4c o n c l u s i o n s 7 9 c h a p t e r5 c o n c l u s i o n sa n ds u g g e s t i o n s 8 ( ) 5 1c o n c l u s i o n s 8 ( ) 5 2s u g g e s t i o n s 81 r e f e i e n c e s 8 2 a c k n o w l e d g e m e n t s 9 3 p a p e rp u b l i s h e d 9 5 i v 山东大学硕士学位论文 摘要 石油塑料产品是人们日常生活和工农业生产的常用材料，但是其造成的“白 色污染 越来越严重，且消耗大量的不可再生资源。聚羟基脂肪酸酯 ( p o l y h y d r o x y a l k a n o a t e s ，p h a s ) 是一种具有较好发展前景的可完全生物降解塑料， 具有与石油塑料产品相似的物化性质和加工性能，是理想的石油塑料的替代品之 一。但是目前p h a s 的生产方式主要是纯菌发酵，高额的生产成本极大的影响了 p h a s 的应用。另外，随着我国污水处理率的不断提高，市政污水处理厂的剩余 污泥产量不断增大，污泥的处置费用大，若处理不当极易造成二次污染。而剩余 污泥不但含有丰富的微生物资源，并且其厌氧消化过程中产生的挥发性脂肪酸 ( v o l a t i l ef a t t ya c i d s ，v f a s ) 是一种生产p h a s 的廉价优质碳源。因此，本研究以 剩余污泥水解酸化过程中产生的v f a s 为碳源、以驯化剩余活性污泥获得的微生 物菌群为菌种进行p h a s 的合成研究，目的是降低p h a s 的生产成本同时实现剩 余污泥的减量化与资源化。 本文以城市污水处理厂剩余污泥水解酸化产物为原料，研究了罗氏真养菌 h 1 6 在水解酸化液中的生长规律和p h a s 积累特性，同时解析了h 1 6 对水解酸化 液中各种有机酸组分的利用规律，并且采用五种提取方法进行了提取实验。结果 表明：h 1 6 利用乙酸、丁酸等偶数碳的有机酸合成p h b ，而丙酸、戊酸等奇数 碳的有机酸是合成p h b v 或者p h v 的原料。当以剩余污泥5 2 厌氧水解酸化 4 8 小时的水解酸化液为培养基( c 胁1 0 0 1 0 l ，t o c = 2 8 8 l m g l ，乙酸占总有 机酸含量4 8 9 ) 时，h 1 6 的最大p h a s 积累率为1 2 5 l ，p h b 为p h a s 的主 要形式；当水解酸化液的主要有机酸组份为戊酸( c n p 1 0 0 1 0 1 ，t o c = 2 3 5 8 m g l ，异戊酸占总有机酸含量2 9 8 ) 时，h 1 6 中p h a s 合成率达到3 2 1 4 ， p h v 为p h a s 的主要形式。采用的p h a s 提取方法包括次氯酸钠氯仿法、s d s 次氯酸钠法、s d s e d t a 法、酸法、碱法等，最终通过比较各种方法的提取效率、 提取p h a s 产品的纯度和提取成本等条件，确定了s d s 次氯酸钠法为较适合于 h 1 6 所产的p h a s 提取的方法。 为了提高菌体在水解酸化液中的p h a s 积累率，本文基于好氧瞬时供料的原 理驯化活性污泥共获得9 个可以生产p h a s 的菌群。通过丰盛饥饿模式驯化活 性污泥获得了六个可以合成p h a s 的菌群，具有较高p h a s 合成能力的为s - 1 5 0 ( 1 ) 山东大学硕士学位论文 菌群，该菌群在实验室富集培养基中的p h a s 合成率达到5 9 2 ，在实验室小试 规模的水解酸化液中p h a s 合成率为2 5 4 ，具有较高的应用价值。采用限氮、 限磷等营养限制法驯化活性污泥获得了两个菌群，分别为限氮菌群和限磷菌群， 其p h a s 合成率均只有7 左右，应用价值不是很高。采用剩余污泥碱热解液驯 化活性污泥获得菌群称为碱解液菌群，其p h a s 合成率为1 8 左右。通过以上驯 化过程可知：活性污泥经过一定的驯化均可获得p h a s 生产菌，将剩余污泥转化 成p h a s 生产菌是一种新型、经济、绿色无污染的剩余污泥处置方法。 s 1 5 0 菌群生产过程中不需要灭菌，茵群在水解酸化液中的p h a s 生产能力 较强，因此采用该菌群进行p h a s 发酵的中试研究。p h a s 发酵中试研究包括5 l 发酵罐小试和1 0 0 l 规模的p h a s 发酵中试，1 0 0 l 发酵罐中试分别进行了间歇发 酵和连续发酵。通过7 个批次的5 l 发酵罐小试运行、5 个批次的1 0 0 l 发酵罐间 歇运行和1 次1 0 0 l 发酵罐连续运行，获得了一套中试运行参数，积累了一定的 中试运行经验，并且s 1 5 0 菌群在间歇运行过程中获得了最高的p h a s 积累率为 5 9 4 ，在连续运行过程中获得了最高的菌体干重1 2 2 9 l 。 本研究为剩余污泥的减量化、资源化和降低p h a s 的生产成本、解析生物合 成p h a s 的机理提供了技术支持。 关键词：聚羟基脂肪酸酯( p h a s ) ；罗氏真养菌；混合菌群；剩余污泥水解 酸化液；挥发性有机酸( v f ：心) 2 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t p e t r o c h e m i c a lp l a s t i ci sn e c e s s a r yi nt h ed a i l yl i f ea n di n d u s t r i a lm a n u f a c t u r e ，b u t i tc a b s e ss e r i o u s w h i t ep o l u t i o n ”a n di n c r e a s e st h ee n e r g yc r i s i s a sak i n do ff u l l y b i o d e g r a d a b l ep l a s t i c ，p o l y h y d r o x y a l k a n o a t e s ( p h a s ) i sag o o ds u b s t i t u t et ot h e p e t r o c h e m i c a lp l a s t i cd u et ot h e i rs i m i l a rc h a r a c t e r i s t i c s i n d u s t r i a lp h a sp r o d u c t i o n i sb a s e do np u r ec u l t u r ef e r m e n t a t i o na n dh a sh i l g ho p e r a t i n gc o s t sw h i c hh a v e i m p e d e dl a r g e - s c a lp h a sc o m m e r c i a ld e v e l o p m e n t t h et r e a t m e n ta n dd i s p o s a lo f w a s t ea c t i v a t e ds l u d g e ( w a s ) r e p r e s e n t sam a j o rc o s tt om u n i c i p a ls e w a g ep l a n t s v o l a t i l ef a t t ya c i d s ( v f a s ) p r o d u c t i o nb yf e r m e n t i t o no fw a si sw i d e l ya p p l i e da sa m e a n st oc o n v e r to r g a n i cw a s t ei n t os u b s t r a t e sf o rp h a sp r o d u t i o n w a si sr i c hi n m i c r o o r g a n i s m sa n do r g a n i cc a r b o n ，s oi tc o u l db eu t i l i s e da sac h e a pb u tv a l u a b l e r e s o u r c ef o rt h i sb i o p r o c e s s i nt h i ss t u d y ，p h a s s t o r i n go r g a n i s m sw e r es u c c e s s f u l l y e n r i c h e du n d e ra e r o b i cd y n a m i cf e e d i n gw i t has h o r tf e a s tl e n g t hl e s st h a n2 5 o ft h e c y c l ea n dp h a sw a sp r o d u c e df r o ma n a e r o b i cf e r m e n t a t i v el i q u i d ( a f l ) o f w a s t e a c t i v a t e ds l u d g e t h i ss t u d yi sa i m e dt or e d u c et h ep r o d u c t i o nc o s to fp h a sa n d d i s p o s a la m o u n to fw a ss i m u l t a n e o u s l y p h a sa c c u m u l a t i o na n dc a r b o nc o n s u m p t i o nb yr a l s t o n i ae u t r o p h ah 1 6w e r e i n v e s t i g a t e di na n a e r o b i cf e r m e n t a t i v el i q u i d ( a f l ) o fw a s t ea c t i v a t e ds l u d g e ( w a s ) t h ew a sw a sf e r m e n t e da t5 2 w i n las l u d g er e t e n t i o nt i m e ( s r t ) o f4 8h o u r si n h y d r o l y s i sr e a c t o rt of o r ma f l ，i nw h i c ht h ev o l a t i l ef a t t ya c i d s ( w a s ) w e r ef e a s i b l e c a r b o ns o u r c ef o rp h a ss y n t h e s i s w h e na c e t i ca c i dw a st h ep r e d o m i n a n tc o m p o n e n t o fv f a si nt h ea f l ( c n p 1 0 0 1 0 1 ，t o c = 2 8 8 1 m g l ，a c e t i ca c i d t o t a l v f a s = 4 8 9 ) ，t h em a x i m u mp h a sc o n t e n td e t e c t e di nt h ec e l l sw a s1 2 5 1 ( d r y w e i g h t ) a r e r 4 0 一h o u rr e a c t i o na n dt h em a j o rm o n o m e ro fp h a sw a sh y d r o x y b u t y r a t e ( h b ) w h e n s o v a l e r i ca c i dw a st h ep r e d o m i n a n tv f a si nt h ea ll ( c 小伊 10 0 10 1 ，t o c = 2 3 5 8 m g l ，i s o v a l e r i ca c i d t o t a lv f a s = 2 9 8 ) ，t h em a x i m u m p h a sc o n t e n td e t e c t e di nt h ec e l l sw a su pt 0 3 2 1 4 ( d r yw e i g h t ) a n d h y d r o x y v a l e r a t e ( h v ) w a st h em a j o rm o n o m e ro fp h a s f i v em e t h o d sf o rt h e r e c o v e r yo fp h a sf i o mr a l s t o n i ae u t r o p h ah i6w e r eu s e dt oo p t i m i z ee x t r a c t i o n 3 山东大学硕士学位论文 c o n d i t i o n sa n dt h ep h a sr e c o v e r yo f9 6 4 a tt h ep u r i t yo f9 7 3 w a so b t a i n e dw h e n t h ec e l l sw e r et r e a t e db ys d s - n a c i om e t h o d p h a s s y n t h e s i sm i x e db a c t e r i a lc o n s o r t i aw e t es u c c e s s f u l l ye n r i c h e df r o mw a s b ya e r o b i cd y n a m i cf e e d i n ga p p r o a c h m i x e db a c t e r i a lc o n s o r t i u ms - 15 0 0 ) e n r i c h e d b yf e a s t f a m i n ei f m ) c o n d i t i o na c c u m u l a t e dam a x i m u mp h a sc o n t e n to f5 9 2 ( d r yw e i g h t ) e f f e c to fn i t r o g e na n dp h o s p h r o u sl i m i t a t i o nw a sn o ta ss i g n i f i c a n ta s f mf o rp h a s s t o r i n go r g a n i s m se n r i c h m e n tf r o mw a sa n dt h em a x i m u mp h a s c o n t e n td e t e c t e di n c e l lw a so n l y7 ( d r yw e i g h t ) t h ep r o d u c t i o no fp h a sf r o m w a s p r e - t r e a t e db yh i g h - p r e s s u r et h e r m a lh y d r o l y s i sw a s18 ( d r yw e i g h t ) p r o d u c t i o no fp h a sf r o ma n a e r o b i cf e r m e n t a t i v el i q u i dw a ss t u d i e di nb a t c h a n dc o n f i n o u sm o d er e a c t e rs y s t e ma tap i l o ts c a l ef e r m e n t o r t h ef i n a lp h a sc o n t e n t w a s5 9 4 i nb a t c hc u l t u r ea n dt h eh i 。g h e s td r yc e l lw e i g h tw a s1 2 9 li nc o n t i n u o u s m o d eb ym i x e db a c t e r i a lc o n s o a i u ms - 1 5 0 ( 1 ) k e yw o r d s ：p o l y h y d r o x y a l k a n o a t e s ( p h a s ) ；r a l s t o n i ae u t r o p h ah 16 ：m i x e d b a c t e r i a lc o n s o r t u i m ；a n a e r o b i cf e r m e n t a t i v el i q u i d ( a f l ) ；v o l a t i l ef a t t ya c i d s ( v f a s ) 4 坐奎奎堂堡主兰篁丝茎一 一一 p h a s w a s a f l a d f v f a s d c w c o d t o c d o n h 3 - n n 0 3 - n 田n t p 符号说明 p o l y h y d r o x y a l k a n o a t e s w a s t ea c t i v a t e ds l u d g e a n a e r o b i cf e r m e n t a t i v el i q u i d a e r o b i cd y n a m i cf e e d i n g v o l a t i l ef a t t ya c i d s d r yc e l lw e i g h t c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d t o t a lo r g a n i cc a r b o n d i s s o l v e do x y g e n a m m o n i a n i t r o g e n n i t r a t en i t r o g e n t o t a ln i t r o g e n t o t a lp h o s p h o r u s 聚羟基脂肪酸酯 剩余活性污泥 厌氧水解酸化液 好氧瞬时供料法 挥发性脂肪酸 细胞干重 化学需氧量 总有机碳 溶解氧 氨氮 硝氮 总氮 总磷 5 山东大学硕士学位论文 第1 章引言 聚羟基脂肪酸酯( p o l y h y d r o x y a l k a n o a t e s ，简称p h a s ) 是一种线性饱和聚酯， 同时侧链的r 基团也可以有许多变化【2 】。 io + h 毽掣吨 c ，、 、卜龟步苎吨 6 山东大学硕士学位论文 r = - c h 2 c h 2 c h 2 c h 3 ，为聚3 一羟基庚酸p ( 3 h h ) ： 当m = 2 时，若r = h ， 当m = 3 时，若r = h ， 为聚4 羟基丁酸p ( 4 h b ) ： 为聚5 - 羟基戊酸p ( s m 9 。 p h a s 不但拥有与聚乙烯、聚丙烯等石油化工产品相似的热塑性与力学性能， 而且能够被许多微生物利用自身分泌的p h a s 解聚酶降解，具有极大的环境友好 性，能够完全降解进入自然界的生态循环。此外，p h a s 是在细菌体内合成的， 这保证了它的立体特异性，在主链上所有的手性碳原子都是r - 构型，因此p h a s 还有着良好的生物相容性。目前，p h a s 已经成为公认的“绿色塑料、“环境友 好塑料 ，可以替代传统的不可降解塑料，有着非常广泛的应用前景，引起了各 界的重视。 p h b 是一种典型的s c l p h a s ，也是研究的最广泛、最透彻的一类p h a s 。 p h a s 的研究就是以1 9 2 6 年法国人l e m o i g n e 在巨大芽孢杆菌( b a c i l l u s m e g a t e r i u m ) 中发现p h b 为开端的，同时确定了p h b 是3 羟基丁酸( 3 h b ) 的 均聚物。纯化后的p h b 在某些性能上相似与热塑性塑料，力学性质与聚丙烯相 似，结晶度为5 5 8 0 ，性脆，断裂伸长率很低，且在加热温度高于熔点( 1 8 0 ) 1 0 时就会降解，从而增加了p h b 的后处理加工难度，这些缺点大大限制 了它的应用范围。因此若在单体中掺入3 h v 或者其他单体，形成p h b v 共聚物， 则会大大改进p h a s 的相关材料学性能，同样其他一些m c l - p h a s 的柔性和韧 性均高于p h b ，有着更广阔的应用前景【3 】。因此，合成不同单体的p h a s 也成为 该领域的一个研究热点。 1 1 2 剩余污泥概述 随着我国城市化步伐的加快，城市污水的处理率也逐步提高。根据2 0 0 9 年 和2 0 1 0 年全国环境统计公报【4 5 】显示，2 0 1 0 年全国废水排放6 1 7 3 亿吨，城镇生 活污水排放量为3 7 9 8 亿吨，占废水总排放量的6 1 5 ，城市生活污水处理率达 到7 2 9 ，比2 0 0 9 年提高了9 6 。 我国污水厂7 0 以上都是采用生物法处理污水，活性污泥法是最常用的生物 法之一。该方法是利用活性污泥中的微生物在利用废水中的有机物进行自身生长 的同时也达到净化污水的效果。但是当活性污泥中的微生物不断增殖使得生物浓 度过高时，也会严重影响活性污泥处理污水的效果，因此需要定期排泥以维持反 7 山东大学硕士学位论文 应器中活性污泥的浓度处于合适的水平，排出的这部分泥称为剩余活性污泥。 剩余污泥成分复杂，有机物含量高达6 0 7 0 ，同时含有较为丰富的氮、磷 等营养元素【6 】。未经处理的污泥不但含有大量的微生物，还有被许多活性污泥吸 附但是未分解利用的有机物，同时还有许多病原菌、重金属等有毒有害物质，若 处置不当，极易造成二次污染。目前世界上处理活性污泥的方法一般是经过浓缩、 消化、脱水等预处理后再进行焚烧、填埋、投海、土地利用等。处理所需的投资 较大，一般污泥处置费用占污水处理厂总费用的2 5 - 4 0 ，部分甚至可达6 5 。 污泥经过消化处理后可以实现污泥的稳定化，污泥厌氧消化是最传统也是最 常见的污泥处理方法。污泥的厌氧消化就是污泥在厌氧微生物的作用下，污泥中 的有机物被最终分解成二氧化碳和甲烷，这是目前世界上应用最广泛的处理方 法，也是最经济的处理方法。美国和欧洲等发达国家的大型污水处理厂都是采用 这种方法处理剩余污泥的，并且对产生的甲烷、氢气等加以回收利用，是一种较 为经济又可以回收相应附加值产品的有效的剩余污泥处理方法【_ 7 1 。 厌氧消化是自然界普遍存在的微生物降解有机物的过程，目前厌氧消化三阶 段的理论得到人们的普遍认同，该理论是由b t y a n t 等人于1 9 7 9 年提出的，是目 前公认的厌氧消化理论模式。如下图1 2 所示： ；， 烷 l 相 l 、 1 糖类蛋白质 脂肪( 类脂物) l 上上上 l 单糖 氨基酸甘油脂肪酸 l j rj r上 丙酮酸、乙醇、挥发性脂肪酸、h 2 、n i - 1 3 、c o ：、h