（环境工程专业论文）利用活性污泥合成聚β羟基烷酸酯phas的研究.pdf

硕士学位论文质量要求 主席： 答辩委员会签名：( 工作单位，职称) l 一， 勺剜卜 ：l i i i ii ii il lll llll l l liii y 18 8 6 8 4 3 肥工业大学 中国科学技术大学教授 合肥工业大学教授 合肥工业大学教授 劢蟛确仰嗽学 导师： 合肥工业大学副教授 合肥工业大学教授 2拿、衫)一 q 愀 缸锄 学位论文作者签字 字魄沙( 1 年驴泸 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金胆工些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金壁工业太 三l 可以将学位论文的全部或部分论文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、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名： 锗硒 导师签名： 锄肛 签字日期【1 年l f 月河签字吼沙1 年v 肜易日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 工塑料在生产生活中得到广泛应用。但目前由于其生产成本较高，还不具有明 显的竞争力。为了降低p h a s 的生产成本，近年来不少学者对活性污泥中的多 种微生物在不平衡的营养条件下合成p h a s 做了广泛研究。本论文利用活性污 泥对p h a s 生物合成进行了研究。 在s b r 反应器驯化培养好氧活性污泥的基础上，筛选能够储存p h a s 的微 生物，分析了c n 比、碳源、溶解氧和温度四个参数条件对p h a s 生物合成的 影响。结果表明：( 1 ) c n 比的提高有利于p h a s 的合成，但过高的c n 比反而 会降低p h a s 的产率。实验得到在c n 比为1 6 0 时，p h a s 产率达到最高为2 4 。 ( 2 ) 在c n 比不变的情况下，较高的初始碳源浓度能促进p h a s 的合成，过高的 初始碳源浓度使系统中的微生物受到抑制，影响p h a s 的合成，实验中c o d 浓 度为2 0 5 0m g l 时，p h a s 的累积量为最大，产率达到3 0 。( 3 ) 溶解氧的提高 对p h a s 的产率影响不明显，但能加快p h a s 的合成速率。( 4 ) 在2 5 时，有利 于p h a s 的生物合成。 用n a c l 0 c h c l 3 法对活性污泥中的p h a s 进行提取，分析了次氯酸钠浓度、 反应时间和温度三个参数条件对p h a s 提取的影响。结果表明：较高的次氯酸 钠浓度可以提高p h a s 的收率，但过高的浓度反而造成p h a s 纯度的下降，实 验中p h a s 的纯度在次氯酸钠体积浓度为1 0 时最高；延长活性污泥和次氯酸 钠氯仿混合液的反应时间对p h a s 的收率影响不大，p h a s 的纯度有下降趋势， 但不明显；反应温度对p h a s 的收率影响不大，较高的温度会降低p h a s 的纯 度。 关键词：聚1 3 羟基烷酸酯；活性污泥；序批式活性污泥法；可生物降解塑料 s t u d yo fp o l y h y d r o x y a l k a n o a t e ( p h a s ) s y n t h e s i sb y a c t i v a t e ds l u d g e a b s t r a c t a i m e da tt h eg r o w i n gp r o b l e mo fw h i t ep o l l u t i o n ，s t u d yo fb i o d e g r a d a b l e p l a s t i c si si n c r e a s i n g p o l y h y d r o x y a l k a n o a t e ( p h a s ) a r ean e wp o l y m e rm a t e r i a l s y n t h e s i z e db ym i c r o o r g a n i s m s t h e yp o s s e s se x c e l l e n tp h y s i c a l p r o p e r t i e s ， b i o d e g r a d a b i l i t ya n do t h e rf e a t u r e s ，e x p e c t e dt or e p l a c ec o n v e n t i o n a ls y n t h e t i c p l a s t i c sa n dw i d e l yu s e di np r o d u c t i o na n dl i f e b u tb e c a u s eo fh i g hp r o d u c t i o nc o s t ， i td o e sn o ty e th a v eac l e a rc o m p e t i t i v e n e s s i no r d e rt or e d u c et h ep r o d u c t i o nc o s t o fp h a s ，i nr e c e n ty e a r sm a n ys c h o l a r ss t u d i e dt h es y n t h e s i so fp h a sb yv a r i o u s m i c r o o r g a n i s m s i na c t i v a t e d s l u d g eu n d e ru n b a l a n c e dn u t r i t i o n a l c o n d i t i o n s b i o s y n t h e s i so fp h a sb ya c t i v a t e ds l u d g ew a ss t u d i e di nt h i sw o r k o nt h eb a s i so fs b rr e a c t o r , a e r o b i ca c t i v a t e ds l u d g ew a sd o m e s t i c a t e da n d s e l e c t e d m i c r o o r g a n i s m so fp h a s r i c h i nt h ed i f f e r e n tc o n d i t i o n so fc nr a t i o ， c a r b o n ，d i s s o l v e do x y g e na n dt e m p e r a t u r e ，t h ee f f e c t so fp h a sb i o s y n t h e s i sw e r e i n v e s t i g a t e d t h er e s u l t ss h o wt h a t ：( 1 ) t h ei m p r o v e m e n to fc nr a t i oi sc o n d u c i v e t ot h es y n t h e s i so fp h a s ，b u tt o oh i g hc nr a t i or e d u c e dt h ey i e l do fp h a s i nt h e e x p e r i m e n t ，w h e nc nr a t i oo f16 0 ，t h eh i g h e s tp h a sy i e l do f2 4 w a so b t a i n e d ( 2 ) i nt h ec o n d i t i o no fc o n s t a n tc nr a t i o ，ah i g h e ri n i t i a lc a r b o ns o u r c ec a np r o m o t e t h es y n t h e s i so fp h a s ，t o oh i g hi n i t i a lc a r b o nm a d em i c r o o r g a n i s m si nt h es y s t e m w a si n h i b i t e d ，a n da f f e c t e dt h es y n t h e s i so fp h a s i nt h ee x p e r i m e n t ，w h e nc o d c o n c e n t r a t i o no f2 0 5 0m g l ，t h eh i g h e s tp h a sy i e l do f3 0 w a so b t a i n e d ( 3 ) i n t h ec o n d i t i o no fi n c r e a s eo fd i s s o l v e do x y g e n ，t h ee f f e c to fp h a sy i e l dw a sn o t o b v i o u s ，b u tt h er a t eo fs y n t h e s i so fp h a sw a ss p e e du p ( 4 ) a t2 5 ，t h e b i o s y n t h e s i so fp h a si sc o n d u c i v e t h ep h a si na c t i v a t e d s l u d g ew e r ee x t r a c t e db ys o d i u mh y p o c h l o r i t e c h l o r o f o r m i nt h ed i f f e r e n tc o n d i t i o n so fs o d i u mh y p o c h l o r i t ec o n c e n t r a t i o n ， r e a c t i o nt i m ea n dt e m p e r a t u r e ，t h ee f f e c t so fp h a se x t r a c t i o nw e r ei n v e s t i g a t e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ：ah i g h e rc o n c e n t r a t i o no fs o d i u mh y p o c h l o r i t ec o u l d i n c r e a s et h ey i e l do fp h a s ，b u tt h ep u r i t yo fp h a sw a sd e c l i n e ，i nt h ee x p e r i m e n t ， t h ep u r i t yo fp h a si sh i g h e s ti nt h ec o n d i t i o no fs o d i u mh y p o c h l o r i t ec o n c e n t r a t i o n o f10 ；i n c r e a s eo fr e a c t i o nt i m eo fa c t i v a t e ds l u d g ea n ds o d i u mh y p o c h l o r i t e 一 c h l o r o f o r md i d n ti n f l u e n c et h ey i e l do fp h a s ，b u tt h ep u r i t yo fp h a sw a sl o w e r e d s l o w l y ；r e a c t i o nt e m p e r a t u r e h a dl i t t l ee f f e c to nt h ey i e l do fp h a s ，h i g h e r t e m p e r a t u r e sw i l lr e d u c et h ep u r i t yo fp h a s 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 ；a c t i v a t e ds l u d g e ；s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ； b i o d e g r a d a b l ep l a s t i c n i 致谢 时光荏苒，转眼间美好而又难忘的研究生生活就要画上句号了。三年的学习和 生活，让我学会了很多，也懂得了很多。在这个过程中，我深刻体会到做学问不能有 半点浮躁，要脚踏实地的一步一步去做，对待任何问题都必须有一丝不苟的态度和一 个缜密严谨的心，只有这样才能把事情做得尽善尽美。 在毕业论文完成之际，我要特别感谢我的导师彭书传教授。彭老师治学严谨，要 求严格，精益求精，平易近人，对我实验阶段和论文撰写过程都给予了很好的指导和 启发。在课题开始阶段，我曾无从下手，感到迷茫，是彭老师的点拨让我渐渐找到前 进的方向。彭老师认真的工作态度，踏实的工作作风，诲人不倦的师表风范让我懂得 更多对待学习和生活的态度及做人的道理，对我以后的人生道路大有裨益。同时，也 要感谢王进老师对我实验阶段和论文撰写过程的悉心指导和帮助，感谢夏明山、叶红 曼、王国刚等同学对我学习和生活上的关心和帮助。 毕业之际，向所有给予我帮助和关心的老师、同学和朋友表示诚挚的谢意! 最后 感谢合肥工业大学资环学院对我多年来的培养和教育! i v 1 1 4 白色污染的治理2 1 2 剩余活性污泥2 1 2 1 活性污泥2 1 2 2 剩余活性污泥的产生2 1 2 3 剩余活性污泥的处理和处置3 1 3 生物降解塑料5 1 3 1 生物降解塑料的含义5 1 3 2 生物降解塑料的分类5 1 3 3 国内外生物降解塑料研究现状5 1 4 序批式活性污泥法6 1 4 1 序批式活性污泥法的含义6 1 4 2 序批式活性污泥法的过程6 1 5p h a s 生物合成的研究一7 1 5 1p h a s 的分类7 1 5 2p h a s 的物理性质7 1 5 3p h a s 生物合成的国内外现状一7 1 6 论文研究的内容、目的和意义1 2 1 6 1 论文研究的内容1 2 1 6 2 论文研究的目的和意义1 2 第二章实验材料和方法1 4 2 1s b r 反应器的建立1 4 2 2 材料和方法1 4 2 2 1 活性污泥来源1 4 2 2 2 废水来源1 5 2 2 3 实验设备1 5 2 2 4 实验方法1 5 第三章p h a s 生物合成影响因素的研究1 8 3 1s b r 系统的选择18 3 2c n 比对p h a s 合成的的影响2 0 v 3 2 1c n 比对微生物生长和p h a s 合成的影响2 0 3 2 2 结果讨论2 3 3 3 有机负荷对p h a s 生物合成的影响2 5 3 3 1 有机负荷对微生物生长和p h a s 生物合成的影响2 5 3 3 2 结果讨论2 7 3 4 溶解氧对p h a s 生物合成的影响2 9 3 4 1 溶解氧对微生物生长和p h a s 生物合成的影响2 9 3 4 2 结果讨论3 0 3 5 温度对p h a s 生物合成的影响一3 2 3 5 1 温度对微生物生长和p h a s 生物合成的影响3 2 3 5 2 结果讨论3 4 3 6 刀、结3 6 第四章n a c i o c h c l 3 法提取活性污泥中p h a s 的研究3 7 4 1p h a s 提取方法的概述一3 7 4 2n a c l 0 c h c l 3 法中n a c l 0 和反应时间对p h a s 提取的影响3 8 4 2 1 实验材料3 8 4 2 2 实验条件3 8 4 2 3 试验方法3 8 4 2 4 结果讨论3 9 4 3n a c l 0 c h c l 3 法中温度对p h a s 提取的影响4 0 4 3 1 实验材料4 0 4 3 2 实验条件4 0 4 3 3 试验方法4 0 4 3 4 结果讨论4 0 4 4 刀、结4 1 第五章结论和展望4 2 5 1 结j 沧4 2 5 2 展望4 2 参考文献4 4 v i 插图清单 图2 1s b r 反应器示意图1 4 图3 1 不同运行周期下p h a s 累积量的变化1 8 图3 2 驯化后的活性污泥。1 9 图3 3 一个反应周期( 1 2 h ) 中c o d 、n i - 1 4 - n 、d o 和p n 的变化2 0 图3 4c n 比为4 0 时底物浓度的变化2 1 图3 5c n 比为4 0 时微生物量和p h a s 含量的变化2 1 图3 - 6c n 比为8 0 时底物浓度的变化2 2 图3 7c n 比为8 0 时微生物量和p h a s 含量的变化2 2 图3 8c n 比为1 6 0 时底物浓度的变化2 2 图3 - 9c n 比为1 6 0 时微生物量和p h a s 含量的变化2 2 图3 1 0c n 比为3 2 0 时底物浓度的变化2 3 图3 11c n 比为3 2 0 时微生物量和p h a s 含量的变化2 3 图3 - 1 2 不同c n 比的y , d c o d 、y r , a g s c o o 和y p h a s ，c o d 比较图2 4 图3 13 典型p h 触合成和降解途径2 5 图3 1 4c o d 为1 2 3 0 m g l 时底物浓度变化2 6 图3 1 5c o d 为1 2 3 0 m g l 时m l s s 和p h a s 含量变化2 6 图3 1 6c o d 为1 6 4 0 m g l 时底物浓度变化2 6 图3 1 7c o d 为1 6 4 0 m g l 时m l s s 和p h a s 含量变化2 6 图3 18c o d 为2 0 5 0 m g l 时底物浓度变化2 7 图3 19c o d 为2 0 5 0 m g l 时m l s s 和p h a s 含量变化2 7 图3 2 0c o d 为2 2 9 6 m g l 时底物浓度变化2 7 图3 21c o d 为2 2 9 6 m g l 时m l s s 和p h a s 含量变化2 7 图3 2 2c o d 为2 4 6 0 m g l 时底物浓度变化2 7 图3 2 3c o d 为2 4 6 0 m g l 时m l s s 和p h a s 含量变化2 7 图3 2 4 不同初始碳源浓度下c o d 随时间的变化。2 8 图3 2 5 不同初始碳源浓度下p h a s 累积随时间的变化2 8 图3 2 6d o 为3m g l 时底物浓度和d o 变化3 0 图3 2 7d o 为3m g l 时m l s s 和p h a s 含量变化3 0 图3 2 8d o 为4 m g l 时底物浓度和d o 变化3 0 图3 2 9d o 为4m e , l 时m l s s 和p h a s 含量变化3 0 图3 3 0d o 为5m e , l 时底物浓度和d o 变化3 0 图3 3 1d o 为5m g l 时m l s s 和p h a s 含量变化3 0 图3 3 2c o d 的消耗速率随时间的变化3 1 图3 3 3p h a s 的合成速率和胞内含量随时间的变化3 1 图3 3 4 活性污泥增长速率和净增量随时间的变化。3 2 v 图3 3 51 5 时底物浓度的变化3 3 图3 3 61 5 时m l s s 和p h a s 含量的变化3 3 图3 3 72 0 时底物浓度的变化3 3 图3 3 82 0 时m l s s 和p h a s 含量的变化3 3 图3 3 93 0 时底物浓度的变化3 3 图3 4 03 0 时m l s s 和p h a s 含量的变化3 3 图3 4 13 5 时底物浓度的变化3 4 图3 4 23 5 时m l s s 和p h 缸含量的变化3 4 图3 4 3 活性污泥增长速率和净增量随温度的变化3 4 图3 4 4p h a s 的合成速率和胞内含量随温度的变化3 5 图3 4 5 活性污泥和p h a s 的比产率随温度的变化3 5 图4 1p h a s 的提取率随n a c i o 浓度和反应时间的变化3 9 图4 2p h a s 的纯度随n a c i o 浓度和反应时间的变化4 0 图4 3p h a s 的提取率和纯度随温度的变化4 1 i i 表3 2c n 比为8 0 时各参数随时间的变化2 1 表3 3c n 比为1 6 0 时各参数随时间的变化2 2 表3 _ 4c n 比为3 2 0 时各参数随时间的变化2 3 表3 5 五组实验添加的初始氮源和碳源浓度2 6 i x 第一章绪论 1 1 白色污染 1 1 1 白色污染的含义 众所周知，白色污染近些年来受到了人们的广泛关注，其对环境的危害引 起了社会大众的重视。白色污染最早是指残留在农田土地中的地膜对田地和土 壤生态环境造成危害的形象比喻，而如今白色污染是人们对难降解的塑料垃圾 ( 多指塑料袋) 污染环境现象的一种形象比喻。它是指用聚丙烯等石化合成的高 分子材料制造生产的各种塑料用品在使用后被随意抛弃对生活环境造成污染的 现象【1 1 。 1 1 2 白色污染的来源 白色污染的主要来源有食品包装、泡沫塑料填充包装、快餐盒、农用地膜 等。白色污染是城市特有的环境污染，在各种公共场所到处都能看见大量废弃 的塑料制品，他们从自然界而来，由人类制造，最终归结于大自然时却不易被 自然所消纳，从而影响了大自然的生态环境【2 】。从节约资源的角度出发，由于 塑料制品主要来源是面临枯竭的石油资源，应尽可能回收，但由于现阶段再回 收的生产成本远高于直接生产成本，在现行市场经济条件下难以做到【3 】。塑料 制品的大量使用、废弃塑料垃圾的处理率和回收率极低是造成白色污染日渐严 重的主要原因。随着人民生活水平的提高，人们对塑料制品的需求量急剧增大， 1 9 9 5 年全国塑料消费总量约1 1 0 0 万吨，其中包装用塑料达2 1 1 万吨，之后的 年增长率也超过了2 0 。另外据相关部门统计，我国目前年消耗的快餐盒数量 在1 0 0 亿只以上l 4 。 1 1 3 白色污染的危害 农用薄膜、包装用塑料膜、塑料袋和一次性塑料餐具这些塑料制品的丢弃 都会对环境造成污染，由于这些塑料制品大多为白色，因此称之为“白色污染”。 废弃塑料制品对人们的危害主要有视觉污染和潜在危害这两种【5 j 。 视觉污染是指在城市、风景区、水体和街道旁散落的废旧塑料制品给人们 的视觉带来不良刺激，影响城市环境、风景点的美感，破坏市容和景观。 潜在危害是指废旧塑料包装物进入到环境后，由于其难降解性对生态环境 造成长久的、深层次的影响。首先，在土壤中的塑料制品会严重影响植物对养 料和水分的吸收，将会进一步导致农作物的减产；第二，丢弃在地面或水体中 的废旧塑料垃圾，被动物吞入后容易造成动物死亡；第三，废旧塑料垃圾和生 活垃圾混在一起很难处理，填埋后将会长期占用土地资源，混杂有塑料制品的 生活垃圾也不适合采用堆肥处理，分拣出来的废旧塑料因无法保证其性能也难 以再次利用。而目前，人们所关注的主要是废旧塑料垃圾造成的“视觉污染”问 题，对于废旧塑料制品进入环境后带来的深层次的、长远的“潜在危害”认识还 不够f 6 】。 1 1 4 白色污染的治理 目前，我国主要从行政管理和技术两方面来对白色污染进行预防和治理。 行政方面主要加强管理，禁止大量使用一次性难降解的塑料包装，超市商店不 提供免费塑料包装，还有强制回收利用塑料制品，对清洁的废旧塑料包装物重 复使用，或重新用于造粒、炼油、制漆、作建筑材料等。技术方面主要采用以 纸代塑和可降解塑料。以纸代替塑料虽然可以解决普通塑料难降解的问题，但 是造纸需要大量木材，而我国的森林资源并不富裕，而且造纸过程也会带来严 重的水污染问题，所以以纸代替塑料不适合我国国情，不能广泛实施。因此， 可降解塑料的研究得到了广泛的关注。可降解塑料能解决普通塑料难降解问题 的同时，其生产也不会对环境造成较大危害，有希望成为解决白色污染的根本 途径【7 , 8 , 9 】。 1 2 剩余活性污泥 1 2 1 活性污泥 活性污泥主要用来处理污废水，是微生物群体及它们所依附的有机物质和 无机物质的总称。活性污泥基本概念是1 9 1 2 年由c l a r k 和c a g e 发现对污水进 行长时间的曝气会产生污泥并且污水水质会得到显著改善，接着a r d e n 和、 l a c k e t t 研究发现未洗干净的实验容器的瓶壁留下残渣反而使得污水的处理效 果提高，而发现微生物菌胶团，取名为活性污泥【l 们。活性污泥的种类根据来源 分有给水污泥、工业废水污泥和生活污水污泥三种；根据污泥从水中分离的过 程分为化学沉淀污泥、混凝沉淀污泥和初沉池污泥；根据污泥的成分和性质分 为疏水污泥、亲水污泥、有机污泥和无机污泥【l l 1 2 j 。 1 2 2 剩余活性污泥的产生 污水处理其实就是将污水中的污染物转化成为不可溶的固体物质( s 0 污泥) 或无害的c 0 2 气体等，而达到使水体净化的目的。城市污水和工业废水在污水 处理厂进行处理的过程中都将产生各种污泥。污泥中的固体有的是截留下来的 悬浮物质；有的是由生物处理系统排出的生物污泥；有的则是因投加药剂而形 成的化学污泥。固体污泥在污水处理过程中不断增加，为达到处理系统的稳定 和一定的处理效果则需要定期排出多余的活性污泥。据统计，2 0 0 0 年我国城市 生活污水和工业废水总排放量为4 1 5 x 1 0 1 0 吨，其中工业废水排放量为1 9 4 x 1 0 1 0 吨，城市生活污水排放量为2 2 1 1 0 1 0 吨，化学需氧量c o d 排放总量为1 4 5 1 0 3 吨。2 0 0 7 年我国年排放湿污泥达到1 5 0 0 万吨( 折合日排放4 万吨) ，在现有的污 水处理厂中，具有污泥稳定处理设施的还不到四分之一【l 引。剩余活性污泥中含 有大量的有机物和n ，p 等各种营养物质，如果直接排入水体就会造成水体的 恶化，影响水生生态系统，另外污泥中还有很多有毒物质、病毒，病原体和重 金属，处理不当会对人体健康造成严重危害【1 4 , 1 5 , 1 6 】。因此，剩余活性污泥合理 2 的处理和处置对于完善污水处理工艺，减少环境危害，节约资源方面有重要意 义。 1 2 3 剩余活性污泥的处理和处置 污泥处理和处置取决于污泥的基本性质，而污泥的性质又取决于污水水质 和处理工艺等各种因素【1 2 】。城市污水处理厂所产生的污泥体积大概为处理的水 的体积的o 5 1 o 左右，含水率约为9 9 2 左右。这些污泥含有大量的有机 物、病毒病原体等，若不加以处理随意堆放，将对环境造成新的污染。污泥的 处理和处置，就是通过适当的技术措施，使污泥得到再利用或者以某种不损害 环境的方式重新返回到大自然环境中去。城市污水处理厂传统的污泥处理费用 占总运行费用的4 0 6 5 t 1 3 】。在排水工程中，将改变污泥性质称为处理，而 选择怎么排放到环境中称为处理。污泥的处理和处置都要遵循减量化、稳定化、 无害化的三化原则【l 。 1 2 3 1 污泥的处理 从沉淀池来的污泥呈液态形式，含水率在9 5 以上。降低污泥的含水率最 简单的办法是浓缩。浓缩可以使剩余活性污泥的含水率从约9 9 2 下降到9 7 5 左右，污泥的体积则缩小原来的三分之二左右，但浓缩的污泥还是以液态形式 存在，进一步降低含水率就需要脱水，经过脱水处理使污泥从液态变为固态。 表1 1 污泥不同稳定化方法的效果【1 8 】 注：负效应0 不很有效+ 有效果+ + 很有效 为了避免污泥进入环境的时候其有机成分发生腐败变质，污染自然环境， 在脱水之前先进行降解，称为稳定。不同稳定化方法的效果见表1 1 t 1 8 1 。经过 稳定的剩余活性污泥若脱水性能还是较差，就再需调理。脱水后的污泥含水率 还是比较高，一般情况在6 0 8 0 左右，需要进一步干化处理，以降低它的重 3 量。干化后的污泥的含水率一般就在1 0 以下。据计算，经过各级处理后1 0 0 k g 湿的活性污泥转化为干污泥后其重量不到5 k g r 7 1 。 1 2 3 2 污泥的处置 由于污水水质的不同，采用的处理方法也不同，致使产生的污泥也不同， 因而污泥的处理工艺将有所不同。另外一方面，因为污泥的处置方式不同，要 求它的前处理一一即污泥的处理也不经相同。污泥处置的主要问题是利用合适 的技术措施，为污泥提供出路，同时要认真考虑污泥处置所产生的各种经济和 环境问题，并按一定的要求( 法规、条例等) 妥善的处理。污泥的最终出路不外 乎部分和全部利用，以及以某种形式返回到环境中去。在利用的时候，污泥中 的部分物质也有可能以某种形式返回到自然环境中去。目前，常用的污泥处置 方法有：农业利用、填埋、焚烧和投放海洋等【1 7 】。 ( 1 ) 农业利用 活性污泥中含有n 、p 、k 等农作物生长所必需的营养元素，熟活性污泥中 的腐殖质是很好的土壤改良剂。所以，农业上的利用是我国污泥处置的重要途 径之一。使用前需要用堆肥、厌氧消化等措施消除其中的各种病菌、寄生虫卵 和重金属的危害，使其达到相关卫生标准。 堆肥是利用嗜热菌来降解活性污泥中的有机成分，可以起到减少水分、降 低污泥难闻气味、消灭病菌等作用。通过这种方式获得的有机肥料可以安全地 在农田中使用。 ( 2 ) 填埋 处置方法一般是将污泥单独或者与垃圾混合在一起填埋。在填埋之前污泥 需要经过稳定化处理，在选择填埋场地时要对此处的水文地质情况和土壤条件 进行研究，以免填埋后产生的渗滤液对地下水造成污染。 ( 3 ) 焚烧 焚烧可以很大程度上减少污泥的体积，并且可以起到杀灭病菌的作用。污 泥灰分量是含水率为7 5 的活性污泥重量的1 1 0 左右。焚烧后的灰分可以填埋 处理或资源化利用。焚烧过程产生的尾气应当进行处理，避免对大气环境造成 二次污染。但焚烧处理这种方法成本相对比较高，不利于广泛利用。 ( 4 ) 投放海洋 将污泥投放海洋这种方式会污染海水，受到各国环保人士和公众的强烈批 评，目前已经很少使用。 现有的污泥处理处置技术能比较有效地减少剩余活性污泥对环境的危害， 但都有其不足，如焚烧法能耗大，对环境容易造成二次污染；污泥填埋法对污 泥的预处理要求很高，而且容易对地下水造成污染。所以，污泥的处理和处置 仍需进一步的研究，使污泥实现资源化，减量化和无害化【1 9 , 2 0 , 2 1 】。 4 1 3 生物降解塑料 1 3 1 生物降解塑料的含义 生物降解塑料是指可以被自然界中的细菌、真菌等微生物作用而引起降解 的一类高分子化合物。理想的生物降解塑料应该具有良好的物理性能、废弃后 能够被环境中的微生物彻底分解的高分子材料l z 2 j 。 1 3 2 生物降解塑料的分类 生物降解塑料分为破坏性生物降解塑料和完全生物降解塑料两种1 2 引。破坏 性生物降解塑料主要包括淀粉填充( 或改性) 的聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚 苯乙烯等【2 4 1 。完全生物降解塑料则主要是指农副产品或天然高分子经微生物发 酵或合成具有生物降解性的高分子材料，如聚乳酸、热塑性淀粉塑料、脂肪族 聚酯、淀粉聚乙烯醇等。从原材料上分类，生物降解塑料可分为聚己内酯( p c l ) 、 聚丁二酸丁二醇酯( p b s ) 及其共聚物、聚乳酸( p l a ) 、聚羟基烷酸酯( p h a s ) 等。 1 3 3 国内外生物降解塑料研究现状 聚己内酯( p c l ) 是一种半结晶聚合物，具有良好的加工性和生物降解性，广 泛应用于环保和医用领域 2 5 , 2 6 】。分解它的微生物广泛地分布在好氧或厌氧条件 下。作为可生物降解材料可把它与淀粉、纤维素类的材料混合在一起，或与乳 酸聚合使用 2 7 , 2 8 , 2 9 , 3 0 】。聚丁二酸丁二醇酯( p b s ) 及其共聚物具有可生物降解性和 生物相容性【3 1 】，有很好的应用前景。目前以酶催化合成p b s 的技术受到广泛的 研究【3 2 , 3 3 , 3 4 , 3 5 】。以p b s 为基础材料制造各种高分子量聚酯的技术已经达到工业 化生产水平。日本三菱化学和昭和高分子公司已经开始工业化生产，规模在千 吨左右。聚乳酸( p l a ) 具有许多优良的性能，是目前应用最好的聚酯类可生物 降解材料，可以通过乳酸缩合法和丙交酯法获得【3 6 1 ，反应时可以通过调节共聚 物的组成和配比来优化聚乳酸的物理性能 3 7 , 3 8 1 。美国n a t u r e w o r k s 公司在完善 聚乳酸生产工艺方面做了积极有效的工作，开发了将玉米中的葡萄糖发酵制取 聚乳酸，年生产能力已达1 4 万吨【3 9 】。聚羟基烷酸酯( p h a s ) 是一种能够由微生 物合成的新型高分子材料，具有很好的生物相容性、生物降解性、水解性l 4 0 】等， 被广泛的应用于医疗等领域【4 1 , 4 2 , 4 3 】。目前国外实现工业化生产的国家主要有巴 西和美国等。目前国内生产的公司有宁波天安生物材料有限公司1 4 4 j 。 根据日本生物降解塑料研究会的资料，2 0 0 2 年日本生物降解塑料生产量约 1 万吨，2 0 0 3 年约2 万吨，2 0 0 5 年约4 万吨，到2 0 1 0 年预计达到1 0 - 2 0 万吨 左右【2 3 1 。根据欧洲生物塑料协会资料，2 0 0 1 年的数字显示，欧盟可生物降解产 品的消费量为2 5 - - 3 万吨，而传统聚合物的用量高达3 5 0 0 万吨。欧洲生物塑 料协会预计2 0 1 0 年传统聚合物的用量将达到5 5 0 0 万吨，而生物降解塑料的用 量届时会达到5 0 1 0 0 万吨。可生物降解材料最终可能会占据1 0 的市场份额。 在生物降解材料中原料采用可再生资源的比例将占到9 0 以上【4 5 1 。按照中国塑 协降解塑料专业委员会的统计，我国2 0 0 3 年生物降解材料的用量约1 5 0 0 0 吨， 5 其中不添加淀粉的生物降解聚合物约1 0 0 0 吨。2 0 0 5 年从事生物降解塑料的企 业约3 0 家，生产能力6 万吨年，实际生产约3 万吨，国内市场需求约5 万吨， 国外进口1 万吨，出口2 万吨。预计2 0 1 0 年产能将达到2 5 万吨左右l 4 6 j 。 但是，目前虽然有关可降解塑料的研究很多，但可降解塑料的物理性能、 产品外观和生产成本等具体问题不能够得到很好地解决，推广较为困难b 3 。生 物降解塑料生产技术不够成熟，降解塑料制品的性能还无法完全满足各种消费 需求。尽管市场上已有的生物降解塑料品种众多，但每种材料本身的机械和加 工性能只在某一方面突出，综合性能还存在这样或那样的不足。目前国内在降 解塑料制品加工研究方面的力量尚显薄弱，大部分企业将关注的重点集中在材 料合成上，而忽略了可降解塑料制品的加工开发，一些生物降解塑料制成的餐 饮用具在耐热、耐水及机械强度方面与传统塑料制品相差较远【47 1 。因此，开发 研究可降解塑料仍有很长的路要走。 1 4 序批式活性污泥法 1 4 1 序批式活性污泥法的含义 序批式活性污泥法简称s b r 法，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥 污水处理技术。序批式活性污泥法是早期充排式反应器( f i l l d r a w ) 的一种改进， 比连续流活性污泥法出现得更早，但由于当时运行管理条件限制而被连续流系 统所取代。随着自动化控制水平的提高，s b r 法又引起人们的重新重视，并对 它进行了更加深入的研究与改进，自1 9 8 5 年我国第一座s b r 处理设施在上海 吴淞肉联厂投产运行以来，s b r 工艺在国内已用于屠宰、含酚、啤酒、化工试 剂、鱼品加工、制药等工业污水和生活及城市污水处理【4 引。 1 4 2 序批式活性污泥法的过程 传统活性污泥法的曝气池，在流态上属推流、在有机物降解方面也是沿着 空间而逐渐降解的。而s b r 工艺的曝气池，在流态上属完全混合，在有机物降 解上，却是时间上的推流，有机物是随着时间的推移而被降解的。s b r 工艺一 个运行周期通常包括5 个阶段【l7 】： ( 1 ) 进水期。在该阶段污水连续进入处理池，直至达到最高运行水位，并 且在池底水泵搅拌的作用下，使污水和反应池中的活性污泥混合均匀，此时活 性污泥中的菌胶团将吸附污水中的有机物。在进水期这一阶段反应器起到调节 池的效果，因此，反应器对污水水量和水质的变动有较好的适应性。 ( 2 ) 反应期。进水达到设定的最高水位后，开始曝气反应。根据污水处理 的目的，通过调节溶解氧的浓度，可以实现c o d 的去除、硝化、反硝化以及 磷的吸收等目的。 ( 3 ) 沉降期。在这一阶段，停止曝气和搅拌，反应器处于静止沉降状态， 进行有效泥水分离，有机物的浓度降到最低值，由于曝气的停止，水中的溶解 氧不断降低，微生物开始进行缺氧和厌氧反应。 6 ( 4 ) 排水期。由滗水器排出污泥沉降完成后的上清液，直到最低水位，留 一部分活性污泥在反应器内作为种泥。 ( 5 ) 闲置期。此阶段活性污泥中微生物恢复活性。为了保证反应器中污泥 的活性，防止污泥