（环境工程专业论文）金属离子强化基于嗜热菌的污泥碱量化技术的研究.pdf

e n h a n c e ds l u d g er e d u c t i o nt e c h n o l o g yb a s e do n t h e r m o p h i li cb a c t e r i ab ym e t a li o n s b y z h o uj u n b e ( d e z h o uu n i v e r s i t y ) 2 0 0 8 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g l n e n v i r o n m e n t a le n g e e r i n g i nt h e g r a d u a t es c h o o l o f h u n a nu n i v e r s i t y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rl ix i a o m i n g s e n i o re n g i n e e rl i uy a n g m a y ，2 0 1 1 伽4m 62m 8 0 引肌 舢丫 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名： 聊经 j 日期：训1 年歹月矽日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打”) 作者签名： 导师签名： 日期：洳，年罗月沙日 日期：叩年罗月少日 金属离了强化基丁嗜热菌的污泥减量化技术的研究 摘要 城市污水和工业废水处理率不断提高，相应产生大量的污泥，污泥的处理处 置是废水处理中必不可少的环节。用于污泥处理的费用可占污水处理厂总费用的 5 0 之高。因此，降低污泥处理费用，以及污泥的资源化处理的研究成为当前备 受关注的问题。污泥厌氧消化是指污泥中的有机物在无氧条件下被厌氧菌群分解 成甲烷和二氧化碳的过程，它是目前国际上最为常用的污泥生物处理技术，同时 也是大型污水处理厂最为经济的污泥处理方法。由于污泥水解缓慢，导致污泥消 化通常需要很长时间，使得消化池占地面积大，保温消耗能量高，因此不经济。 良好的预处理可以在较短时间内将污泥水解，从而极大缩短污泥消化时间。 基于嗜热菌的嗜热酶溶解( s t e ) 污泥预处理技术是在高温水解下依靠嗜热菌 分泌的胞外酶来加快污泥絮体结构的溶解和微生物细胞膜及细胞壁的破解，减少 污泥体积和有机质，其过程中包含热水解和嗜热酶溶解的共同作用。相比热水解、 外加酶、超声波、臭氧氧化、机械破碎等预处理方法，s - t e 技术更加安全、经济 高效、能耗低且易于管理运行。 本研究利用从土壤中采集分离出来的嗜热菌进行嗜热酶溶解( s t e ) 污泥稳定 化处理，同时添加五种金属离子，考察各离子对剩余污泥的高温热水解效果的影 响。实验结果表明，在一定浓度范围内，五种金属离子均能强化污泥酶促反应， 反应5 h 左右时蛋白酶和淀粉酶活力达到最大值。反应过程中，2 0 0 9 m o l lk + 对蛋 白酶活性的促进作用最为明显，5 h 时蛋白酶活力最高可达2 2 0 u m l ，相比空白 组提高了4 8 6 。k + 对淀粉酶活的促进作用也最显著，实验范围内k + 浓度越高促 进作用越明显，4 0 0 9 m o l lk + 情况下淀粉酶活力最大可达3 6 4 u m l 。t s s 、v s s 降解相比空白组有所加强，添加4 0 0 9 m o l l 的c a 2 + ，v s s 去除率可达6 8 1 3 。污 泥中s c o d 在酶促反应前期增加明显，后期增长趋于平缓，添加2 0 0 9 m o l lm 9 2 + 后s c o d 最高可达到4 5 9 0 7 3 m g l ，相比空白组提高了1 2 6 。氨氮和溶解性磷 酸盐的溶出受金属离子的促进作用不明显。 研究表明金属离子作为嗜热菌酶催化反应中酶活性的影响因子，在一定范围 内能够强化嗜热菌分泌的胞外酶活性，进而促进污泥的絮体结构和有机物质的溶 解，达到强化污泥水解效果的作用。 关键词：剩余污泥；嗜热酶溶解( s t e ) ；厌氧消化；高温水解；嗜热菌；酶活 性；金属离子 a bs t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fu r b a ns e w a g ea n di n d u s t r i a lw a s t e w a t e rt r e a r m e n t ，t h e o u t p u to fs l u d g ei n c r e a s e sg r e a t l y s l u d g ed i s p o s a l i san e c e s s a r yp a r tmw a s t e w a t e r t r e a t m e n tp r o c e s s t h ee x p e n s e sf o rs l u d g e t r e a t m e n tc a na c c o u n tf o r5 0 o f t o t a l p l a n to p e r a t i o nc o s t s s o ，t h ed e c r e a s eo fs l u d g et r e a t m e n t c o s ta n dr e s e a r c h so nt h e s l u d g er e u t i l i z a t i o nt e c h n o l o g i e s h a v ea t t r a c t e dm u c h c o n c e r n a n a e r o b i cs i u d g e d i g e s t i o ni sap r o t e s st h a to r g a n i cm a t t e ri nt h es l u d g e i sd e c o m p o s e di n t om e t h a n e a n dc a r b o nd i o x i d eb ya n a e r o b ei na n a e r o b i cc o n d i t i o n s i ti st h em o s t c o m m o n l y u s e d s l u d g eb i o l o g i c a l t r e a t m e n tt e c h n o l o g y a n dm o s te c o n o m i c a ls l u d g e t r e a t m e n t m e t h o d su s e d b yl a r g ew a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n ta tp r e s e n t t h e s l u d g ed l g e s t l o n t a k e sa1 0 n gt i m e f o rs l u d g eh y d r o l y s i si ss l o w l y s oi tn e e d sal a r g ep l a c ef o r d i g e s t i o nt a n ka n dh i g he n e r g yc o n s u m p t i o nf o rh e a tp r e s e r v a t i o n g 0 0 dp r e t r e a t m e n t e n a b l e ss l u d g eh y d r o l y z ei nas h o r tt i m e ，h e n c ei tc o u l dg r e a t l ys h o r t e n t h ed l g e s t l o n t i m e 。 s o l u b i l i z a t i o nb yt h e r m o p h i l i ce n z y m e ( s t e ) p r e t r e a t m e n t 1 s r e l y e d o n t h e r m o p h i l i ce n z y m e s e c r e t e db yt h e r m o p h i l i cb a c t e r i a i tc o u l da c c e i e r a t et h e d i s s 0 1 v eo fs l u d g ef l o ea n dt h er u p t u r eo fm i c r o b e s c e l lm e m b r a n e sa n d w a l l sb y p y r o h y d r o l y s i sw h i c hc o u l dd e c r e a s et h es l u d g ev o l u m ea n do r g a n l c m a t t e r i ns 。le p r o c e s s ， t h e r ew e r et w or e a c t i o n m e c h a n i s m s ：t h e r m a l - h y d r o l y z e d r e a c t l o na n d e n z v m e c a t a l y z e dr e a c t i o n c o m p a r e dw i t h o t h e rs l u d g es o l u b i l i z a t i o nt e c h n o l o g y s u c ha st h e 珊a 1h y d r o l y s i s ， e n z y m a t i cd i r e c t l y ， u l t r a s o n i c ， m e c h a n l c a la n do z o n e o x i d a t i o np r e t r e a t m e n t ， s _ t ep r e t r e a t m e n t i ss a f e r ,e a s i e r t o o p e r a t e ， m o r e c o s t - e f f i c i e n ta n dh a sl o w e re n e r g yc o n s u m p t i o n t h et h e r m o p h i l i cb a c t e r i as e p e r a t e df r o mg a r d e ns o i l w a su s e di ns _ t et e s t s f i v ek i n d so fm e t a li o n sw e r ea d d e d t oi d e n t i f yt h e i ri n f l u e n c eo ns l u d g eh y d r o l y s l s d u r i n gt h ep r o c e s s e s t h er e s u l t s s h o w e dt h a tt h ef i v em e t a li o n sc o u l d f a c i l i t a t e h y d r o l y s i sp r o c e s st o s o m ee x t e n tw i t h i nc e r t a i nc o n c e n t a t i o nr a n g e ，t h e h l g h e s t a c t i v i t yo fp r o t e a s ea n da m y l a s ew e r eo b s e r v e d a t5 ha f t e rh y d r o l y s i s t h es t r o n g e s t a c t i v a t i o n ( 2 2 0 u m l ) o fp r o t e a s ec o u l db e o b t a i n e da t5 hw i t ht h ek 。c o n c e n t r a t i o n o f2 0 0 t m o l l ，w h i c hw a s4 8 6 h i g h e rt h a nt h ec o n t r o l t e s t k w a sa l s op r o v e dt o h a v es t r o n g e s ta f l e e to na m y l a s eh y d r o l y s i s t h eh i g h e s t a m y l a s ea c t i v l t yc o u i d r e a c h 3 6 4u m lw h e nt h ec o n c e n t r a t i o no fk + w a sa t 4 0 0p m o l l t h er e m o v a lo ft s s , i i i 会属离子强化基于嗜热菌的污泥减蕾化技术的研究 v s sw a se n h a n c e dc o m p a r e dw i t ht h ec o n t r o lt e s t w h e n4 0 0 1 上m o l lc a 2 + w a sa d d e d ， t h er e m o v a lr a t eo fv s sw a s6 8 13 t h ec o n c e n t r a t i o no fs c o di n c r e a s e d s i g n i f i c a n t l yi nt h ei n i t i a ls t a g eo fe n z y m a t i ch y d r o l y s i s ，a n dt h e nt e n d e dt oi n c r e a s e s l i g h t l yi nt h el a t e rs t a g e t h em a x i m u mc o n c e n t r a t i o no fs c o dr e a c h e d4 5 9 0 7 3 m g l 。la tt h em 9 2 + c o n c e n t r a t i o no f2 0 0p m o l l 一，w h i c hw a s1 2 6 h i g h e rt h a nt h e c o n t r o lt e s t t h ei n v e s t i g a t i o na l s or e v e a l e dt h a tt h em e t a li o n sh a dn o to b v i o u s e f f e c t so nt h ec h a n g e so fn h 4 + - na n ds o l u b l ep h o s p h a t e t h er e s e a r c hs h o w e dt h a ta st h e i m p a c tf a c t o ro fe n z y m ea c t i v i t yi nt h e e n z y m e - c a t a l y z e dr e a c t i o n ，m e t a li o n sc o u l de n h a n c e dt h ea c t i v i t yo fe n z y m ee x c r e t e d f r o mt h e r m o p h i l i cb a c t e r i at os o m ee x t e n t t h e r e f o r e ，i tc o u l da c c e l e r a t et h ed i s s o l v e o fs l u d g ef l o ca n do r g a n i cm a t t e r , a n dt h e ne n h a n c et h ee f f e c to fs l u d g er e d u c t i o n k e y w o r d s ：e x c e s s s l u d g e ；s o l u b i l i z a t i o nb yt h e r m o p h i l i ce n z y m e ( s - t e ) ； a n a e r o b i c d i g e s t i o n ；p y r o h y d r o l y s i s ；t h e r m o p h i l i cb a c t e r i a ； e n z y m ea c t i v i t y ；m e t a li o n s i v 丁程硕f j 学位论文 目录 学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书i 摘要i i a b s t r a e t i i i 插图索引v i i i 附表索引一i x 第1 章绪论1 1 1 国内外污泥产量及处理概况1 1 1 1 国外剩余污泥产量及处理概况1 1 1 2 国内剩余污泥产量及处理概况2 1 2 污泥的产生与性质3 1 2 1 污泥的产生3 1 2 2 污泥的理化性质3 1 3 污泥的特性5 1 4 污泥的处理与处置5 1 4 1 污泥处理与处置的必要性5 1 4 2 污泥处理原则及流程6 1 4 3 污泥浓缩7 1 4 4 污泥稳定化处理7 1 4 5 污泥脱水1 2 1 4 6 污泥的最终处置1 3 1 5s t e 污泥溶解技术的研究1 6 1 5 1 污泥溶解预处理方法1 6 1 5 2s t e 溶解技术的研究2 0 1 5 3s t e 污泥溶解的发展趋势2 5 1 6 金属离子在生化反应中的作用2 6 1 6 1 细胞组织中的金属离子作用2 6 1 6 2 金属离子在物质运输和新陈代谢中的作用2 6 1 6 3 金属离子在电子传递过程中的作用2 7 1 6 4 金属离子在酶反应系统中的作用一2 7 1 6 5 金属离子应用于污泥减量技术的研究一2 7 1 7 本章小结2 9 v 余属离了强化基丁| 嗜热菌的污泥减量化技术的研究 第2 章金属离子强化s t e 溶解过程研究3 1 2 1 前言3l 2 2 实验装置和主要仪器：3l 2 2 1 主要实验仪器一3 1 2 2 2 主要实验设备和分析仪器一3 l 2 3 实验方法3 2 2 4 实验材料3 2 2 4 1 实验污泥一3 2 2 4 2 金属离子3 2 2 4 3 嗜热菌的培养与复壮一3 3 2 5 分析项目与方法3 3 2 5 1 分析项目3 3 2 5 2 分析方法一3 3 2 6 金属离子对污泥主要物质溶解变化影响一3 4 2 6 1 金属离子对t s s 、v s s 及其去除率的影响3 4 2 6 2 金属离子对s c o d 的影响3 8 2 6 3 金属离子对氨氮的影响4 0 2 6 4 金属离子对溶解性磷酸盐的影响4 1 2 7 本章小结4 3 第3 章金属离子对嗜热菌胞外酶活性的影响研究一4 4 3 1 前言4 4 3 2 实验装置和主要仪器4 4 3 2 1 主要实验仪器- 4 4 3 2 2 主要实验设备和分析仪器4 4 3 3 实验方法4 4 3 4 实验材料4 5 3 4 。1 实验污泥4 5 3 4 2 金属离子4 5 3 4 2 嗜热菌的培养与复壮4 5 3 5 分析项目与方法一4 5 3 5 1 分析项目：4 5 3 5 2 分析方法4 5 3 6 金属离子对蛋白酶活的影响4 6 3 7 金属离子对淀粉酶活的影响4 8 3 8 本章小结4 9 v i t 程硕i j 学 奇= 论文 结论与展望51 结论51 展望5 2 参考文献5 3 弱c j 射5 8 附录a攻读学位期间所发表的学术论文目录5 9 v i i 会属离了强化基于嗜热菌的污泥减嚣化技术的研究 插图索引 1 1 污泥的主要组成部分5 1 2 传统好氧消化工艺流程图1 1 1 3a a d 工艺流程示意图1 1 1 4a t a d 工艺流程图1 2 1 5 污泥溶解预处理方法1 6 1 6 污泥有机质分解过程2 1 1 7s - t e 技术流程示意图2 2 2 1 金属离子对t s s 的影响3 5 2 2 金属离子对v s s 的影响一3 6 2 3 添加金属离子后v s s 去除率的变化3 7 2 4 金属离子对s c o d 的影响3 9 2 5 金属离子对氨氮的影响4 1 2 6 金属离子对溶解性磷酸盐的影响一4 2 3 1 金属离子对蛋白酶活性变化的影响4 7 3 2 金属离子对淀粉酶活性变化的影响4 8 v i i i 图图图图图图图图图图图图图图图 丁程硕j j 学位论文 表1 1 表2 1 表2 2 表3 1 附表索引 污泥有机物不同组分含量( 占污泥干重) 4 主要试验仪器一3 1 污泥的基本特性3 2 主要试验仪器4 4 t 程硕上学位论文 第1 章绪论 城市生活污水和工业废水排放是城市水的主要污染源，目前约8 0 的污水处 理厂都在采用活性污泥法【lj ，活性污泥法是以活性污泥为主体的废水生物处理方 法。首先在人工充氧环境中，对污水中的各种微生物群体进行连续混合培养，形 成活性污泥，然后利用活性污泥的生物凝聚、吸附和氧化等作用，分解去除污水 中的有机污染物，再将污泥与水分离，大部分污泥可回流到曝气池重复利用，多 余部分则排出活性污泥系统。活性污泥法是世界上应用最广泛的污水生物处理技 术，但它会产生大量的剩余污泥。剩余污泥作为污水处理厂的必然产物，含有大 量的有机物、丰富的氮磷等营养物、重金属以及致病菌和病原菌等，常常伴有恶 臭气体，且数量巨大，增长迅速，是亟待解决的城市废弃物。因此，在剩余污泥 外排、利用之前必须进行适当的处理和处置，以达到减量化、稳定化、无害化和 资源化。 1 1 国内外污泥产量及处理概况 1 1 1 国外剩余污泥产量及处理概况 国外的污泥处置与利用已有很长时间的历史，其目的与其它废弃物的处理一 样，都是以减量化、稳定化、无害化和资源化为原则。 国外污泥最终处置方法主要有污泥填埋、焚烧、排海和农用等。西方发达国 家工业化进程早，污水处理技术先进，处理程度高，污泥排放量较大。近年来随 着城市人口的增加、市政服务设施的不断完善、污水处理技术的不断提高，欧美 等发达国家的污泥量每年以5 1 0 的速度增长。 19 7 2 年美国政府颁布水净化条例以后，美国只经过一级处理的污水流量减 少，经过二级或更高级处理的污水流量迅速增加，致使污泥产量增加。美国6 0 以上的污泥能够有效回用，通常为直接土地施用、经堆肥等稳定化处理后施用以 及作为填埋场覆盖用土、建筑材料中的骨料等其他有效利用。 2 0 世纪9 0 年代后，随着环境问题恶化的日益加剧，欧洲各国对城市污水污 泥的处理与处置开始重视，欧共体国家规定了1 9 9 8 年1 2 月3 1 日后禁止污泥排海 等措施。根据资料【2 】表示，法国、英国、西班牙、德国、芬兰、丹麦、爱尔兰等 成员国优先采用污泥土地利用作为污泥的最终处置方法。英国的污泥农用处理约 占污泥处理量的4 6 6 ，填埋处置仅为污泥处理量的8 。近2 0 年来，德国各州 城市污水厂污泥处置采用的途径很不相同，有些州农用比例较高，有些焚烧的比 会属离予强化基了：嗜热蔺的污泥减量化技术的研究 例较高，从总体来看，填埋是每个城市污泥处置的主要途径，约占4 5 ，而且由 于德国对污泥的农用要求极为严格，使污泥的农业利用量受到限制1 3 1 。欧洲环保 署将污泥焚烧作为污泥处置方式中最后考虑的方法，奥地利、丹麦等国家焚烧处 理的比例维持稳定，德国、法国、荷兰、英国等国家的污泥焚烧处理有增加的趋 势。据统计【4 】，2 0 0 3 年全日本污水处理率达6 6 7 ，污泥产生量为4 2 8 亿m 3 ， 日本的污泥产量从2 0 0 0 开始增幅变缓，可能与日本的污水处理工艺改进有关。而 且日本在2 0 世纪末，逐步用污泥高温处理取代了农用的处置方式。日本利用污泥 厌氧消化产生的沼气作为燃料发电，也早己达到使用阶段。韩国的污泥处置最初 7 0 多填海处置，2 0 0 8 年后开始禁止填海处置。热干化和焚烧可能会成为韩国污 泥主要处理方向。 1 1 2 国内剩余污泥产量及处理概况 我国的污水处理厂污泥处置起步较晚，污泥处置和利用发展缓慢，远低于发 达国家水平。l9 6 1 年北京高碑店污水处理厂的污泥首次被当地的农民施用于土 地，之后天津纪庄子污水处理厂的污泥也开始用于农田1 5 j 。随着城市污水处理厂 和污水污泥产量的逐渐增多，目前我国主要将污泥用于土地填埋和城市绿化，并 将污泥作为基质，制作复合肥用于农业。而我国在污泥处理方面对污泥所含病原 茵、重金属和有毒有机物等理化指标及臭气等感官指标控制的重视程度不够，限 制了对污泥的进一步处置利用。 经过几十年的努力，我国的水污染问题得到了一定的控制，水环境得到了一 定的改观，但是随着中国城市污水处理能力的大幅增长，我们又面临了一个新的 问题和挑战一城市污泥的安全处置。从19 7 8 年至u 2 0 l0 年全国污水处理厂产生的脱水 污泥已经从1 5 0 t d 增加至u 6 8 0 0 0 t d ，而目前国内污水处理厂污泥处理方式绝大多数 为卫生填埋和堆肥利用，缺少良好稳定的污泥处置配套设施，污泥处理率仍然较 低、工艺尚不完善、处理技术较单一、二次污染的隐患较大，因此污泥减量化、 稳定化、无害化和资源化的改进问题亟待解决。 近年来，国内大力加强污水处理厂污泥的管理与处置，颁布各项相关政策， 大量人力物力投入到剩余污泥的整治。环保部官员表示，“十二五”期间污泥( 含 水率8 0 ) 年产量将以2 4 6 万m 3 年递增，污水处理基础设施将会继续延续“十一 五”期间高速发展，中国环保投入将达到3 1 万亿元，规模将比“十一五 的1 4 万亿增长一倍以上，其中城镇污水处理设施资金总需求为15 0 0 亿元，重点将放在 污泥处置等方面。 河北省石家庄三大污水处理厂之一的桥西污水处理厂将进行无害化处理后的 污泥通过肥料生产设备制造成有机肥料或复混肥料，达到化害为利、变废为宝的 效果。浙江省嘉兴市投资2 9 亿元建设的日处理能力2 0 5 0 吨的污泥焚烧综合利用项 工程硕f j 学位论文 目，成为国内目前规模最大的污泥焚烧综合利用项目，2 0 1 0 年l o , 9 至2 0 1 0 年年底 已处理了来自污水处理厂、各工业企业在污水处理中产生的污泥2 万多吨，这些污 泥转变成了电能，真正实现了污泥的有效回用。湖北武汉业已兴建一个将城市污 泥作为水泥能源的环保项目，每天可无害化处置3 0 0 吨湿污泥。 我国与发达国家相比，技术水平和经济水平均有一定差距，污泥的性质也不 尽相同，因此寻求适合我国国情的污泥处理处置方法才是我国污泥处置研究的发 展方向。从环境、安全、经济等方向考虑，未来一个时期内填埋处置仍将是我国 污泥处置的主要方法。 1 2 污泥的产生与性质 1 2 1 污泥的产生 一般阐述的污泥是在污水生物处理过程中产生的，主要是初沉池污泥与剩余 活性污泥的混合污泥。污泥由污水中悬浮状，胶体状或溶解状的有机物组成，是 微生物利用水体中的有机物等进行不断地新陈代谢而合成。在生物处理过程中， 一部分处理污泥作为接触体而循环，称为回流污泥；二沉池后排出系统需要去处 理的称为剩余污泥。 1 2 2 污泥的理化性质 1 2 2 1 含水率 含水率是污泥最重要的物理性质，它决定了污泥体积。污泥中所含水分一般， 分为自由水、毛细水、吸附水和结合水。自由水是污泥颗粒周围的游离水分，占 总含水量的6 5 7 5 ；毛细水是污泥颗粒之间或颗粒裂隙中由于毛细作用与污泥 颗粒结合在一起的水分，占总水分的l5 2 5 ，吸附水是由于表面张力的作用吸 附在污泥颗粒表面的水分；结合水是包含在污泥中微生物细胞体内的水分，吸附 水和结合水约占总含水量的1 0 。 污泥中所含水分的多少称为含水率，即单位重量的污泥所含水分的重量百分 数【6 】6 。污泥体积对含水率及其敏感，因而实现污泥减量化的关键之一就是浓缩脱 水，减少污泥的含水量。 1 2 2 2 密度 污泥密度是指单位体积污泥的质量，通常用相对密度表示，即污泥与水的密 度之比。 1 2 2 3 可压缩性 可压缩性反映了污泥机械脱水的难易程度，通常用比阻或毛细吸水时i 日- ( c s t ) 会属离了强化恭于嗜热菌的污泥减量化技术的研究 来表示。比阻与过滤压力及过滤面积的平方成正比，与滤液的动力黏滞度及滤饼 的干固体质量成反比，并决定于污泥的性质。通常污泥中无机含量越高，比阻越 低。测定污泥的比阻值，可以确定最佳的混凝剂及其投量和最合理的过滤压力。 c s t 是指污泥在吸水滤纸上渗透距离为l c m 所需要的时间。比阻值越大，c s t 越大。 1 2 2 4z e t a 电位 z e t a 电位表示了污泥的表面特性。胶质力的经典理论( d l v o ) 表明，当颗粒在 聚状物表面的表面特性足够高时就是稳定的。当污泥颗粒携带正电荷时才能达到 较好的脱水性能。z e t a 电位还可以代表胶体的稳定性，负电荷表明较高的稳定性。 但污泥性质不尽相同，稳定性仅仅是影响脱水性能的一个因素。 1 2 2 5 有机物含量 有机物含量是污泥最重要的化学性质之一，决定了污泥的热值与可消化性， 通常有机物含量越高，污泥热值高，可消化性越好。污泥中有机物含量通常用可 挥发性固体( v s s ) 表示，另有两项重要指标为挥发性脂肪酸( v f a ) 和矿物油。 污泥中的有机物主要包括蛋白质、碳水化合物、糖类和脂类等。污泥中水溶 性有机物主要包括了大量小分子的简单碳水化合物和氨基酸等，它们极易被微生 物分解利用，是促进微生物代谢的重要能量和营养来源，此类物质在污泥中的含 量高达9 8 。张雪英等【7 1 对无锡芦村污水处理厂污泥的成分分析见表1 1 。 表1 1 污泥有机物不同组分含量( 占污泥干重) t a b1 1c o n t e n t so fs l u d g eo r g a n i s m s 1 2 2 6 无机物 污泥中常见重金属有z n 、n i 、h g 、c u 、a s 、p b 、c r 、c d 等。此外，对水体 富营养化日益增加的关注使得污泥中n 、p 含量也成为重要监测指标，营养元素 含量过高的污泥在处理处置中必须考虑对可能的受纳水体或受其影响的水体的不 利影响。另一方面，营养元素含量也是污泥农用需要关注的指标，较高的n 、p 含量有利于污泥农用。 1 2 2 7p h 值 p h 反映污泥的酸碱性，通常污泥p h 值处于中性范围。 t 程硕l j 学位论文 1 2 2 8 生物学指标 r 毒害性有机物组成毒害性有机物含量 ” l 有机宵能化合物组成醇、酸、鲔、醛、 f 有机相1 化学组成t 蓁基蓁蚕囊墓謦二霉萎霉薯类、纤维素、 污泥组成l。无机相 ：蓑：兰：主薰? 蠢芋塞箩要喜的氧化物、氢氧化物 i if 自由水分 【f 水分 襄嚣专象着，水分 1 4 污泥的处理与处置 1 4 1 污泥处理与处置的必要性 剩余污泥是污水处理厂处理污水过程中的必然产物，随着城市的发展，污水 金属离予强化綦于嗜热菌的污泥减屡化技术的研究 处理率快速提高，剩余污泥的产量也急剧增多，大量的污泥如果处置不当，会影 响污水处理厂的j 下常运行，同时加大污水处理厂的后续处理费用。同时我国城市 普遍存在工业废水混入城市管网、农业废水、雨水径流等问题，使得污泥成分日 益复杂，污泥中存在的大量人工合成难生物降解的有机物、重金属、病原微生物 等，如不妥善处理，必然对环境造成二次污染。近年来，世界自然资源的快速消 耗使得人们不断寻找新的资源，而污泥由于含有大量有机物和营养元素，其越来 越大的产量与能源紧张、油价上涨等因素促使人类积极开展污泥处理能源化、资 源化的可行性研究。 1 4 2 污泥处理原则及流程 污泥处理与其他固体废物处理一样， ( 1 ) 减量化 污泥的含水率一般都高达9 5 左右， 和消纳，故进行减量化处理十分必要。 ( 2 ) 稳定化 遵循减量化、稳定化、无害化的原则。 体积大，呈流动性，不利于贮存、运输 污泥中有机物含量一般为6 0 7 0 ，会发生厌氧降解，腐化并发出恶臭，因 此需要采用生物好养或厌氧消化工艺，使污泥中的有机组分转化成稳定的最终产 物；也可以通过添加化学剂如石灰等，终止污泥中微生物的活性来达到稳定污泥 的效果。 ( 3 ) 无害化 污泥中含有大量的病原菌、寄生虫卵和病毒。有研究表明，活性污泥中的病 毒多达1 0 6 个g 。污泥中还含有具毒害性、难以降解的有机物和多种重金属离子， 直接处置势必对土壤、植被、水体、人体等生态环境造成二次污染，因此污泥处 理处置过程中必须充分考虑无害化原则。 ( 4 ) 资源化 污泥是一种资源，其中含有很多热量，其热值在1 0 0 0 0 1 5 0 0 0 k j k g ( 干污泥) 之间，高于煤和焦炭。由于污泥成分越来越复杂且含有大量的有机物，通过消化 作用，可以将有机物转化成沼气，使其中的热量得以利用，同时还可进一步提高 其肥效。随着污泥减量技术研究的深入，以及受国家相关环保政策的影响，污泥 的处理处置逐渐向资源化靠拢，以响应国家两型社会建设，达到节能减排、变废 为宝、资源回用的要求。 典型的污泥处理工艺流程，包括四个处理或处置阶段。第一阶段为污泥浓缩， 主要目的是使污泥初步减容，缩小后续处理构筑物的容积或设备容量；第二阶段 为污泥稳定化处理，目的在于降解污泥中的有机物质，减少污泥含水量，杀灭污 泥中的病原菌、寄生虫卵等，消除臭味。污泥的稳定化程度决定了污泥能否有效 工程硕士学位论文 资源化利用；第三阶段为污泥脱水，使污泥进一步减容；第四阶段为污泥最终处 置，采用某种途径将最终的污泥消纳。 1 4 3 污泥浓缩 污泥浓缩的目的是去除污泥中的间隙水，降低污泥含水率，缩小污泥体积， 方便后期污泥的输送、消化、脱水和利用等处置。污泥经浓缩后近似糊状，仍具 有流动性。污泥浓缩包括重力浓缩法、气浮浓缩法和离心浓缩法三种。 1 4 3 1 重力浓缩法 重力浓缩是污泥中的固体颗粒在重力作用下沉淀和进一步浓缩的过程，本质 上即为沉淀工艺。重力浓缩原理简单，操作方便且经济适用，目前国内大部分污 水厂均采用此法，设置污泥浓缩池，分连续式和间歇式两种。 1 4 3 2 气浮浓缩法 与重力浓缩相反，气浮浓缩是使微小空气泡吸附在悬浊污泥粒子上，降低粒 子的视密度，使之随小气泡一起上浮，与水分离的方法。气浮浓缩适用于粒子易 于上浮的疏水性污泥，或悬浊液难沉降而易于凝聚的场合。应用于污水处理厂中 的气浮浓缩主要有压力溶气气浮、生物溶气气浮两种。 根据亨利定律：在一定温度下，空气在液体中的溶解度与空气受到的压力成，廿： 正比1 8 j 。当压力恢复到常压时，所溶空气变成微小气泡从液体中分离，大量的微 小气泡附在污泥颗粒周围，使得污泥颗粒密度变小而上浮，以达到浓缩目的，此 即为压力溶气气浮。此方法具有浓缩度高、固体物质回收率高、浓缩速度快、停 留时间短、设备简单、占地面积小、运行稳定等特点，但费用较高，管理复杂， 且气浮污泥中含有气泡，影响脱水效率【9 1 。 生物溶气气浮浓缩是指生物处理污水工艺中，停止对活性污泥曝气后，经过 一段时间，污泥发生反硝化释放n 2 和c 0 2 ，将污泥上浮浓缩的过程。生物气浮浓 缩工艺是1 9 8 3 年瑞典s i m o n ac i z i n s k a 开发的，已应用在捷克的p i s e k 、m i l e v s k o 及瑞典的b j o r n l u n d a 污水处理厂，我国还没有污水处理厂应用此种浓缩工艺的报 道。 1 4 4 污泥稳定化处理 1 4 4 1 污泥调节 固体颗粒在污泥中以复杂的絮体结构形式存在，结构中存在大量间隙水，难 以通过机械方法脱除。为了改善污泥的过滤性能，减少压缩系数，在处置之前务 必采用各种调节措施，调整颗粒结构性质，使其凝聚力增强，颗粒间隙水分减少， 体积变大，这样的预