（环境工程专业论文）表面活性剂在污泥生物淋滤中的应用研究.pdf

s t u d yo nt h ee f f e c to fs u r f a c t a n tu s i n gi nb i o l e a c h i n go f h e a v ym e t a l sf r o ms e w a g es l u d g e b y w us i d a n b e ( h u n a nu 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 fs c i e n c e i n e n v i r o n m e n t a le n g i n 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 i uy u n g u o m a y ，2 0 1 1 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： 鸟i 吕，胡 日期：7 口f j 年 占月2 一日 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： 易f ；跫，矗 刎乙露 日期：纱i1 年易月乙e 1 日期：加t 1 年6 月l 日 表面活件剂在污泥生物淋滤中的应用研究 摘要 伴随着城市化进程的加快，我国污水处理率大大提高，导致污水处理厂的污泥产量 急剧增加。污泥中含有很多有害物质，在不经处理、处置的情况下进入环境，会直接给 水体、大气及土壤等环境带来二次污染。相对我国国情，污泥农用是最好的处理方法。 而污泥中的有害物质，特别是重金属元素，成为污泥农用的限制因子，所以如何去除污 泥中重金属成为污泥农用要解决的关键问题。 在污泥重金属的去除中，起源于微生物湿法冶金的生物淋滤法因具有耗酸极少、运 行成本低、重金属去除效率高、实用性强等优点越来越受到关注。生物淋滤法的主要原 理是利用化能自养型的嗜酸性硫杆菌的生物氧化及其产生的低p h 值环境使以难溶性形 态存在的重金属溶出进入水相，再通过固液分离而去除。在以氧化硫硫杆菌为主的淋滤 系统中，由于元素硫的疏水性，其在反应器中分散困难，从而很难与硫杆菌充分接触， 使得硫的细菌氧化产酸反应成为生物淋滤技术的限速步骤。 考虑到表面活性剂具有湿润性与增溶性，也许可在生物淋滤体系中用于增强元素硫 的亲水性与分散性。本实验研究不同浓度的t w e e n 8 0 和o p d 对土著氧化硫硫杆菌的影 响。发现两种表面活性剂都对氧化硫硫杆菌的生长有不利影响。通过驯化试验，发现投 加o 5 1 0 0 9 lt w e e n 8 0 能强化驯化硫杆菌氧化元素硫的能力，并随着投加量的增加， 元素硫的氧化率提高。但是在污泥生物淋滤实验中，随着t w e e n - 8 0 投加量增加，这种 促进作用先加强后被抑制。t w e e n 8 0 最佳投加量为6 0 9 l ，这时元素硫的生物氧化率显 著提高，污泥酸化加快，经过8 d 的淋滤，c u 和z n 的淋滤效果可达到最佳，溶出率分 别为9 1 9 和9 0 4 ，而对照组在第1 0 d 淋滤效果达到最佳，分别为8 0 1 和8 5 2 。 但是当t w e e n 8 0 浓度大于6 0 9 l 时，硫杆菌的生长和繁殖受到抑制，使生物淋滤反应 速度减缓，去除效率较低。 关键词：污泥；t w e e n 8 0 ；o p d ；生物淋滤；重金属 i i 硕七学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc i t ya n di n c r e a s eo ft r e a t m e n tr a t i oo fw a s t e w a t e r , al a r g e a m o u n to fs l u d g eh a sb e e np r o d u c e d t h es l u d g ed i r e c t l ye n t e ri n t oe n v i r o n m e n tw i l lc a u s e s e c o n d a r yp o l l u t i o nt ow a t e r s ，a i r , s o i l l a n da p p l i c a t i o no fs l u d g eo na g r i c u l t u r a ll a n d s ，f o r e s t a n dd i s t u r b e dl a n d sw a sc o n s i d e r e dab e s tm e t h o dt ot r e a tm u n i c i p a ls l u d g e u n f o r t u n a t e l y , p o l l u t a n t ss u c ha st o x i co r g a n i cc o m p o u n d s ，h e a v ym e t a l sa n dp a t h o g e n si nt h es l u d g e ， e s p e c i a l l yh e a v ym e t a l sl i m i ti t su s eo nl a n da p p l i c a t i o n n o w , t h em a i np r o b l e mi sh o w t o r e m o v eo rc o n t r o lt h eh e a v ym e t a l si ns l u d g ee f f e c t i v e l ya n de c o n o m i c a l l y t h ea i mo ft h i s s t u d yi st ol o o kf o rs o m en e wm e t h o d sw h i c hc a l lr e m o v eh e a v ym e t a l sf a s ta n de f f e c t i v e l y a n da r ef r i e n d l yt oe n v i r o n m e n t u pt on o w ，t h ep h y s i c a la n dc h e m i c a lm e t h o d sf o rr e m o v a lo fh e a v ym e t a lf r o ms e w a g e s l u d g eh a v eb e e nw e l ls t u d i e da n dr e p o r t e d ，a n ds o m et r e a t m e n tt e c h n i q u e sh a v eb e e n e x t e n s i v e l ya p p l i e di np r a c t i c e d u et ot h ed i s a d v a n t a g e so fl o we f f i c i e n c ya n dh i g hc o s to f t h ec o n v e n t i o n a lt e c h n i q u e s ，b i o l e a c h i n go fh e a v ym e t a l sf r o ms e w a g es l u d g eh a sg a i n e d i n c r e a s e da t t e n t i o nw h i c hh a sb e e np r o v e dt ob ee f f i c i e n t ，e n v k o n m e n t a lf r i e n d l ya n d e c o n o m i c a l f o rt h ei n s o l u b i l i t yo fe l e m e n t a ls u l f u r , i th a r dt od i s p e r s ei nt h er e a c t o ra n dc o n t a c tt h e b a c t e r i as u f f i c i e n t l y t h e r e f o r e ，t h e l i m i t i n gs t e pf o rt h ee f f i c i e n c yo fb i o l e a c h i n gw i t h s u l f u r - o x i d i z i n gb a c t e r i ai st h er a t eo fm i c r o b i a ls u l 缸o x i d a t i o nw h i c hi sh i g h l ya f f e c t e db y t h eb i o a v a i l a b i l i t yo ft h es u l f u rs o u r c et ob a c t e r i a c o n s i d e r i n go f t h ew e t t i n ga n d h y d r o t r o p yf u n c t i o no fs u r f a c t a n t ，i tm a yc o u l dh a n c et h e h y d r o p h i l i c i t ya n dd i s p e r s i v i t yo fe l e m e n t a ls u l f u r t h ee f f e c to ft w e e n - 8 0a n do p do n s u l f u r - o x i d i z i n gb a c t e r i aw a ss t u d i e d i tf o u n dt h a tb o t ho ft h e mh a sn e g a t i v ei n f l u e n c eo nt h e b a c t e r i a i tc a nb e e nt h a ts u i t a b l ea d d i t i o no ft w e e n - 8 0a c c e l e r a t e dt h eo x i d a t i o no fe l e m e n t a l s u l f u ri nt h ep r e s e n c eo fb a c t e r i a , a n dt h eg r e a t e ro ft h ec o n c e n t r a t i o no ft w e e n - 8 0 ，t h eh i g h u t i l i z a t i o no fs u l f u r h o w e v e r ，i nt h eb i o l e a c h i n ge x p e r i m e n t 衍t l la na p p r o p r i a t et w e e n - 8 0 ， s u l f u ro x i d a t i o n , s l u d g ea c i d i f i c a t i o na n dm e t a ls o l u b i l i z a t i o nw e r ee n h a n c e dd u et op o s i t i v e e f f e c to ft h ew e t t i n ga n dh y d r o t r o p yf u n c t i o no ft w e e n - 8 0 h o w e v e r ，t h et o x i c i t yo nt h e b a c t e r i ao fh i g h e rm a s sc o n c e n t r a t i o n so ft w e e n 一8 0s t a r t e dt ot a k ee f f e c ta n dl o w e rm e t a l s o l u b i l i z a t i o nw o u l db eg o t t h eo p t i m a lc o n c e n t r a t i o no ft w e e n - 8 0w a s6 o g l ，u n d e rt h e c o n d i t i o n ，s u l f u ro x i d a t i o na n ds l u d g ea c i d i f i c a t i o nw e r ee n h a n c e da n dt h ed i s s o l u t i o nr a t eo f c ua n dz uw e r e91 9 a n d9 0 4 a f t e r8do fb i o l e a c h i n g i nc o n t r a s t ，o n l y8 0 1 c ua n d 8 5 2 z uw e r ee x t r a c t e df r o mt h ec o n t r o lw i t h o u tt w e e n - 8 0 h o w e v e r ，w h e nt h e i i i 表面活性剂在污泥生物淋滤中的应用研究 c o n c e n t r a t i o no ft w e e n - 8 0w a sh i g h e rt h a n6 0 9 l ，t h eg r o w t ha n dp r o l i f e r a t i o no f s u l f u r - o x i d i z i n gb a c t e r i aw o u l db er e s t r a i n e da n dt h em e t a ls o l u b i l i z a t i o nw o u l da l s os l o w d o w n t h er e s u l t si n d i c a t et h a tt h ea p p l i c a t i o no ft w e e n 一8 0p r o v i d e sas u i t a b l em e a n sf o r o p t i m i z es e w a g es l u d g eb i o l e a c h i n gp r o c e s sb yi m p r o v i n ge f f i c i e n c ya n ds h o r t e n i n gt h e l e a c h i n gt i m e k e yw o r d s ：s e w a g es l u d g e ；t w e e n 一8 0 ；o p d ；b i o l e a c h i n g ；h e a v ym e t a l i v 硕士学位论文 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i i 要i i a b s t r a c t i i i 插图索引v i i i 附表索引。i x 第1 章绪论- 1 1 1 污泥组成特点及其对环境的影响1 1 1 1 污泥组成特点l 1 1 2 污泥对环境的影响及危害：2 1 2 污泥的处理方法3 1 2 1 污泥浓缩3 1 2 2 污泥稳定化3 1 2 3 污泥脱水与干化4 1 2 4 污泥干燥5 1 3 污泥的处置方法5 1 3 1 污泥填埋5 1 3 2 污泥排海5 1 3 3 污泥焚烧6 1 3 4 污泥制造建材6 1 3 5 污泥土地利用6 1 4 污泥土地利用中存在的重金属问题7 1 4 1 重金属的危害7 1 4 2 重金属污染特点7 1 4 3 污泥土地利用中重金属污染的控制对策9 第2 章城市污泥重金属处理技术研究1 0 2 1 污泥重金属稳定化1 0 2 1 1 生物固定法。1 0 2 1 2 污泥堆肥法1 1 2 1 3 药剂稳定法1 1 2 2 污泥中重金属的去除方法1 1 2 2 1 化学方法1 1 2 2 2 电动力修复方法1 2 v 表面活性剂在污泥生物淋滤中的应用研究 2 2 3 植物修复技术1 2 2 2 4 生物淋滤法1 2 2 3 生物淋滤法的主要机理和研究现状1 3 2 3 1 生物淋滤菌种1 3 2 3 2 生物淋滤机理1 4 2 3 3 生物淋滤的主要影响因素1 5 2 3 4 生物淋滤法方去除城市污泥中重金属的效果。1 8 2 3 5 前景展望18 第3 章污泥基本理化性质及重金属形态分析1 9 3 1 实验材料与方法1 9 3 1 1 采样方法的确定1 9 3 1 2 样品的采集1 9 3 1 3 样品的制备19 3 2 实验方法1 9 3 2 1 污泥的含水率( ) 的测定1 9 3 2 2 污泥p h 值的测定2 0 3 2 3 污泥有机质含量的测定2 0 3 2 4 总氮的测定( 重铬酸钾一硫酸消煮法) 2 1 3 2 5 总磷的测定( 酸溶一铝锑抗比色法) 2 4 3 2 6 污泥中c u 和z n 含量的全量分析法2 5 3 2 7 污泥中重金属的各形态分析2 7 3 3 实验结果与分析2 9 3 3 1 污泥样品的理化性质一2 9 3 3 2 污泥样品的营养组成2 9 3 3 - 3 污泥中重金属的总量2 9 。 3 3 4 污泥中重金属形态分布2 9 3 3 5 本章小结3 0 第4 章表面活性剂对硫杆菌生长影响的研究31 前言31 4 1 材料与方法3 2 4 1 1 供试材料。3 2 4 1 2 污泥固有硫杆菌的驯化分离及富集培养3 2 4 1 3 表面活性剂对硫杆菌氧化硫能力的影响3 2 4 1 4 混合硫杆菌的驯化3 2 4 1 5 表面活性剂对驯化硫杆菌氧化硫能力的影响3 2 v i 硕士学位论文 4 2 结果与讨论3 3 4 2 1t w e e n 8 0 浓度对氧化硫杆菌氧化元素硫能力的影响3 3 4 2 2o p d 浓度对氧化硫杆菌氧化元素硫能力的影响3 4 4 2 3t w e e n 8 0 浓度对驯化氧化硫杆菌氧化元素硫能力的影响3 4 4 2 4o p d 浓度对驯化氧化硫杆菌氧化元素硫能力的影响3 5 4 3 结论与启示3 6 4 3 1 结论3 6 4 3 2 启示3 6 第5 章表面活性剂强化污泥生物淋滤c u 、z u 的研究3 7 前言。一3 7日u 舌。3 7 5 1 材料与方法3 8 5 1 1 污泥样品的理化性质3 8 5 1 2 污泥重金属淋滤实验3 8 5 2 结果与讨论3 8 5 2 1t w e e n 8 0 浓度对淋滤过程中p h 值与s 0 4 2 。的影响3 8 5 2 2t w e e n 8 0 浓度对污泥重金属淋滤效果的影响4 0 5 2 3 淋滤前后重金属形态分析4 1 5 3 结论4 2 结论一4 3 参考文献4 5 附录a 攻读学位期间所发表的学术论文目录5 2 致谢5 3 v i i 表面活性剂在污泥生物淋滤中的应用研究 插图索引 图4 1m s 培养基中t w e e n 8 0 对硫杆菌上生长p h 值影响31 图4 2m s 培养基中o p d 对硫杆菌生长p h 值影响3 4 图4 3m s 培养基中t w e e n 8 0 对驯化硫杆菌生长p h 值的影响3 5 图4 4m s 培养基中o p d 对驯化硫杆菌生长p h 值影响3 5 图5 1 生物淋滤过程中p h 和s 0 4 2 。的变化3 9 图5 2 生物淋滤过程中重金属的溶出率4 0 v i i i 硕士学位论文 附表索引 表1 3 农用污泥中污染物控制标准值8 表2 1 重金属的浸出和p h 的关系1 5 表3 1 污泥基本性质2 9 表3 2 污泥营养成分组成。2 9 表3 3 污泥中重金属的总量2 9 表3 4 污泥中重金属各形态分布3 0 表5 1 生物淋滤试验设计3 8 表5 2 淋滤前后重金属各存在形态所占百分l g ( 6 0 9 l 处理组) 4 1 i x 硕士学位论文 第1 章绪论 根据环境保护部的有关规划，未来l o 年是我国污水处理的“黄金时期”，将 建成上千座污水处理厂。有专家表示，每座污水处理厂每天排放的污泥量成千上 万吨，这些数量巨大的污泥将成为未来急需处理的难题。目前，我国多数城市都 配备了污水处理设施，但对占污水总量1 的城市污泥处理至今基本处于空白状 态，“二次污染 现象严重。因此如何合理地处理、处置污泥，已成为城市污水厂 和相关部门必需引起重视的问题。 城市污泥中含有蛋白质、碳水化合物和脂肪等有机物【1 。2 1 。有机物可以改善土 壤结构，增加土壤肥力，是一种良好的土壤改良剂，所以污泥土地利用是是一种 积极的、有效、安全的处置方式，同时也符合我国作为农业大国的国情【3 4 1 。另一 方面，污泥施于土壤又能够消纳了大量污泥，既符合我国资源综合利用原则，也 符合可持续发展战略。 一般情况下，污泥中含有大量的重金属及其他有害物质。重金属元素不同于 别的污染物，它是不能被微生物所降解，因此一旦重金属元素随着污泥农用进入 土壤环境中，其就会以不同的方式被土壤截留固定。之后通过扩散转移等方式影 响地下水体圈，通过扬尘污染大气，经动植物吸收和富集后，进入食物链，进而 影响人类和动物体的健康。因此，控制污泥中重金属的含量是解决污泥农用问题 关键1 5 j 。现在的一些产用措施，如通过加入石灰调p h 值等、限制污泥的施用总 量等，虽然在一定程度上起到些积极作用。然而随着外界环境条件的改变，重金 属会继续溶出，造成污染。所以如何降低或去除污泥中的重金属成为污泥土地利 用必须解决的问题。 1 1 污泥组成特点及其对环境的影响 1 1 1 污泥组成特点 污泥一般指介于液体和固体之间的浓稠物，可以用泵输送，但它很难通过沉 降进行固液分离。污泥中悬浮物浓度一般在o 5 5 ，低于此浓度常称为泥浆。 污泥：在给水和废水处理中，不同处理过程产生的各类沉淀物、漂浮物等统 称为污泥【6 j 。 污泥中往往含有较多的有毒有害物质，如病原微生物、细菌、寄生虫卵、杀 虫剂有毒有机化合物及铜、锌、镉和铅等重金属元素。这些有害物质一旦进入食 物链就会给人类和动物体的健康带来严重的威胁。 同时，污泥中还含有植物所必须的n ，p ，k ，c a 等营养元素及有机质，其 表面活性剂在污泥生物淋滤中的应用研究 中有机质的浓度一般达到6 0 一7 0 ，含量普遍高于一般的农家肥。可以看出，污 泥既是有用的生物资源，也是很好的土壤改良剂和肥料【7 罐】。 1 1 2 污泥对环境的影响及危害 污泥对环境的影响和危害主要是由其所含的有害物质导致【6 l ，主要包括污泥 盐分对环境的污染、病原微生物的危害、氮磷等营养成分的污染以及重金属污染 问题。 1 、污泥盐分对环境污染 污泥往往含较高的盐量，这些盐类会明显提高土壤电导率、抑制植物对养分 的吸收破坏植物养分平衡、甚至对植物根系造成直接的伤害，而且离子间的拮抗 作用会加速有效养分的流失。 2 、病原微生物的危害 一般地，污水经处理后，其中的病原体( 病原微生物和寄生虫) 仍有部分会 进入污泥中。研究发现污泥中的病原体类型多达数千种，其中寄生虫的危害较为 严重。目前一般认为人类或动物接触污泥中病原体的途径大致有4 条。 a 、直接接触； b 、与被污泥病原体污染的水源接触； c 、通过食物链与污泥中病原体间接接触； d 、污泥病原体首先污染了土壤，然后进入污染，然后通过第二条途径接触。 3 、氮磷等养分的污染 在降雨量较大地区，如果在土质疏松土地上大量施用富含n 、p 等的污泥之 后，当植物对n 、p 等营养元素的吸收速度小于有机物的分解速度时，这些营养 成分就有可能随水流迁移，若大量进入地表水体环境就会造成水体的富营养化， 若大量进入地下水体环境则会引起地下水的污染。所以一旦污泥大量农用后，需 要对污泥中n 、p 等营养成分的迁移对环境的影响需进行长期监测研究。 4 、重金属污染问题 污水中大部分的重金属元素，在污水处理过程后，往往通过沉淀或吸附作用 而转移到污泥中。这些重金属元素主要来源于工业污水如镉、铬，另外生活管道 系统中的铜、锌等也是重要的组成部分。目前，一致认为重金属元素是限制污泥 大规模土地利用的关键因素。由于重金属的污染特点，一旦污泥大量农用于土壤 后，其中重金属元素将易于在比表层上积累。另外其溶解度较小，性质稳定，难 以去除的特点也使重金属元素的潜在毒性容易在植物、动物以及人类中积累。 2 硕+ 学位论文 1 2 污泥的处理方法 1 2 1 污泥浓缩 污泥浓缩后含水率可降为9 5 9 7 ，近似糊状。浓缩可以达到污泥的减量 化。重力浓缩法用于污泥处理是广泛采用的一种方法，已有5 0 多年历史。机械浓 缩方法出现在2 0 世纪3 0 年代的美国，此方法占地面积小，造价低，但运行费用 与机械维修费用较高。气浮浓缩于1 9 5 7 年出现在美国。此法固液分离效果较好， 目前应用已越来越广泛。 污泥浓缩的方法主要有重力浓缩法、气浮浓缩法、带式重力浓缩法和离心浓 缩法，还有微孔浓缩法、隔膜浓缩法和生物浮选浓缩法等。 重力浓缩：利用重力作用的自然沉降分离方式，不需要外加能量，是一种最 节能的污泥浓缩方法。重力浓缩只是种沉降分离工艺，它是通过在沉淀中形成 高浓度污泥层达到浓缩污泥的目的，是目前污泥浓缩方法的主体。单独的重力浓 缩是在独立的重力浓缩池中完成，工艺简单有效，但停留时间较长时可能产生臭 味，而且并非适用于所有的污泥；如果应用于生物除磷剩余污泥浓缩时，会出现 磷的大量释放，其上清液需要采用化学法进行除磷处理。重力浓缩法适用于初沉 污泥、化学污泥和生物膜污泥。 气浮浓缩：气浮浓缩与重力浓缩相反，是依靠大量微小气泡附着在污泥颗粒 的周围，减小颗粒的比重而强制上浮。因此气浮法对于比重接近于1 9 c m 3 的污泥 尤其适用。气浮浓缩法操作简便，运行中同样有一定臭味，动力费用高，对污泥沉 降性能( s v i ) 敏感；适用于剩余污泥产量不大的活性污泥法处理系统，尤其是生物盼。 除磷系统的剩余污泥。 带式重力浓缩法：带式重力浓缩法是利用带式重力浓缩机的一种机械浓缩法。 由于其具有投资适中，运行费适中，效果好，对各种性能的污泥适应性较强等特 点，因此近几年被广泛采用；但实际运行中会受到污泥中高分子的影响，运行时 湿度大，因而需要仔细操作。带式重力浓缩法适用于各种生物污泥。 离心浓缩法：离心浓缩法的原理是利用污泥中固、液比重不同而具有的不同 的离心力进行浓缩。离心浓缩法的特点是自成系统，效果好，操作简便；但投资 较高，动力费用较高，维护复杂；适用于大中型污水处理厂的生物和化学污泥。 1 2 2 污泥稳定化 污泥稳定处理的目的就是降解污泥中的有机物质，进一步减少污泥含水量， 杀灭污泥中的细菌、病原体等，消除臭味，这是污泥能否资源化有效利用的关键 步骤。污泥稳定化的方法主要有堆肥化、干燥、厌氧消化等。 厌氧消化是在污泥处理工艺中，厌氧消化是较普遍采用的稳定化技术。污泥 厌氧消化也称为污泥厌氧生物稳定，它的主要目的是减少原污泥中以碳水化合物、 表面活性剂在污泥生物淋滤中的应用研究 蛋白质、脂肪形式存在的高能量物质，也就是通过降解将高分子物质转变为低分 子物质氧化物。厌氧消化是在无氧条件下依靠各种兼性菌和厌氧菌的共同作用， 使污泥中有机物分解的厌氧生化反应，是一个极其复杂的过程。一般可分为酸性 发酵阶段和碱性发酵阶段，酸性发酵阶段又可以分为水解阶段和产酸阶段，碱性 发酵阶段可以分为酸性衰退阶段( 产乙酸阶段) 和产甲烷阶段。厌氧分解过程中产 生大量气体，主要成分为甲烷和二氧化碳以及少量的硫化氢等。但运行管理要求 高，消化池需密闭、池容大、池数多。 好氧消化污泥出现于2 0 世纪5 0 年代，与活性污泥法极为相似。当外来养料 被消耗完以后，微生物靠消耗自己的机体来产生能量以维持生命活动。这就是微 生物的内源代谢阶段。细胞组织在好氧条件下的内源代谢产物为c 0 2 、n h 3 、h 2 0 ， 而n h 3 会在有氧条件下进一步氧化为硝酸盐。污泥好氧消化的反应可以用下面的 方程式表达： c 6 h 7 n 0 2 + 7 0 2 + 5 c 0 2 + n 0 3 一+ 3 h 2 0 + h + 上式中c 6 h 7 n 0 2 为细胞组织的元素组成。 此法降解程度高，无臭稳定，易脱水，肥份高，运行管理简单，基建费用低。 但运行费用高，消化污泥量少，降解程度随温度波动大。 好氧堆肥：堆肥技术探讨始于1 9 2 0 年，堆肥系统可分为三类：条形堆肥系统、 静态好氧堆肥系统和装置式堆肥系统。城市污水处理厂的污泥中含有大量促进植 物和农作物生长的氮、磷、钾等营养成分，肥效较好，经过堆肥处理可以达到稳 定化、无害化及资源化的目的。堆肥是一个由嗜温菌、嗜热菌对有机物进行好氧 分解的稳定过程，其特点是自身可以产生一定的热量，并且高温持续时间长，不 需外加热源，即可达到无害化。堆肥的一般工艺流程主要分为前处理，一次发酵， 二次发酵和后处理四个过程。经过堆肥化处理后，污泥的性状改善，含水率降低( 小 于4 0 ) ，成为疏松、分散、细粒状，可杀灭病原菌和寄生虫( 卵) ，便于贮藏、运 输和使用。 石灰稳定技术：石灰稳定技术始于2 0 世纪5 0 年代，在投加石灰的条件下， 保持一定p h 值及一定时间，可以杀灭传染病菌，并防腐与抑制臭气的产生。该 技术操作简单、成本较低，处理后较容易脱水。污泥最终处置可采用农用或者卫 生填埋。 污泥湿式氧化：污泥湿式氧化后，难生物降解有机物可被氧化，灭菌率高， 反应在密闭系统内无臭，反应时间短，残渣量少，可以达到减量化、无害化、稳 定化。但此方法设备昂贵，运行费用高，需要气体脱臭装置。 1 2 3 污泥脱水与干化 污泥脱水是整个污泥处理工艺的一个重要的环节，其目的是使固体富集，减 少污泥体积，为污泥的最终处置创造条件。为使污泥液相和固相分离，必须克服 4 硕士学位论文 它们之间的结合力，所以污泥脱水所遇到的主要问题是能量问题。针对结合力的 不同形式，有目的采用不同的外界措施可以取得不同的脱水效果。污泥脱水与干 化包括自然脱水、机械脱水和热处理干化。 污泥经浓缩、消化后，尚有9 5 9 7 含水率，且易腐败发臭，需对污泥作干 化与脱水处理。常用脱水方法有自然干燥和机械脱水两种。利用芦苇等沼生植物 也可以进行较好的脱水。 1 2 4 污泥干燥 为了进一步降低脱水后污泥的含水率( 7 5 ) ，采用干燥工艺。经干燥后含水率 可降至约2 0 左右。干燥工艺除了最简单的日晒外，常用的是热干燥技术。污泥 热干燥开始于本世纪初的英国，此方法可以完全杀灭病原菌，使污泥处于稳定化 状态。但干燥过程产生的大量的废气净化费用问题、运行费用，都是使用干燥工 艺要考虑的问题。 1 3 污泥的处置方法 1 3 1 污泥填埋 2 0 世纪6 0 年代，中国开始了污泥的卫生填埋的实践。卫生填埋是在传统填 埋的理论与实践的基础上，从保护环境的角度出发，经过科学选址、场地防护， 以严格的管理制度和科学的工程操作来加以实施的污泥处置方法。到目前为止， 这种方法已发展成为一项比较成熟的污泥处置技术。该技术的基本方式是城市污 泥经过简单的灭菌处理后，直接倾倒于低地或谷地制造人工平原。它的好处是处 理成本低、不需要高度脱水( 自然干化) ，既解决了污泥出路问题，又可以增加 城市建设用地，故成为大多数西方国家主要的污泥处置方法之一【1 0 】。 不可避免地，污泥填埋也存在一些问题。第一，被填埋的污泥的土力学要求 要高，填埋场地需要很大的面积以及需要大很高的运输费用，填埋场地地基还需 做防渗处理。第二，污泥填埋过程中会有甲烷等有害气体生成，还有渗滤液的问 题。对于c h 4 ，要采取适当的措施，否则很容易引起爆炸和火灾。渗出液是一种 富含污染物的液体，如果选址、地基处理或运营不当，渗滤液就会渗入地下，进 入地下水层，污染地下水环境。最后，卫生填埋已占用了很多土地，目前，随着 城市污泥大量产生，适合污泥填埋的场所越来越有限，这在一定程度上制约了该 法的发展和利用。 1 3 2 污泥排海 污泥排海对污泥不需要特殊的处理，直接排入大海，利用水体的自净能力来 消纳污泥。这种处理方式具有处理量大、成本低的优点。然而污泥排入大海没有 从根本上解决污泥污染环境的问题，而且污泥中的有害、有毒物质直接进入水环 5 表面活性剂在污泥生物淋滤中的应用研究 境，当超过水体自净能力后，会导致很多水污染问题，水体环境恶化。另外污泥 进入大海，会让水位上升，堵塞航道。西方国家正式由于污泥排海的上述缺点逐 渐弃用了此种污泥处理方式。在我国，污泥排海这种方式也不被推荐。 1 3 3 污泥焚烧 污泥中有机成分较高、具有一定热值，污泥焚烧正式基于这一点发展起来的 污泥处理方式。这种方法可以迅速和最大程度地使污泥减量化、无害化。近年来 研究发现以适宜的预处理方法结合污泥焚烧，可以实现了污泥热能的回收利用， 并基本满足环境要求。然而焚烧具有成本很高，且焚烧废气污染大气的缺点。这 是受到这点的限制，污泥焚烧的推广有一定的困难。不过相对于一些土地紧缺的 国家及远离填埋场的大城市，污泥焚烧还是具有较好的应用前景的。 1 3 4 污泥制造建材 污泥中除了有机物外往往还含有2 0 一3 0 的无机物，主要是硅、铁、铝和 钙等。因此即使将污泥焚烧去除了有机物，无机物仍以焚烧灰的形式存在，需要 做填埋处置。如何充分利用污泥中的有机物和无机物，污泥的建材利用是一种经 济有效的资源化方法。 污泥的建材利用大致可以归结为以下方法：制轻质陶粒、制熔融资材和熔融 微晶玻璃，生产水泥等，制砖已经很少应用。过去大部分以污泥焚烧灰作原料生 产各种建材，近年来为了节省投资( 建设焚烧炉) ，充分利用污泥自身的热值， 节省能耗，直接利用污泥作原料生产各种建材的技术已开发成功。外污泥焚烧所 产生的焚烧灰具有吸水性、凝固性，因而可用来作为陶瓷和砖瓦等的原料，也可 筑路、改良土壤等。污泥灰还可以作为混凝土混料的细填料。 1 3 5 污泥土地利用 污泥土地利用是一种积极有效的污泥处置利用方法【l 2 1 。污泥中含有各种植 物所需的微量元素以及丰富的有机营养成分，其中有机物的浓度很高，往往高于 普通的农家肥，所以污泥农用能够改良土壤结构，增加土壤肥力，促进作物的生 长【1 3 - 15 1 。 污泥土地利用的方法具有投资少，能耗低，运行费用低的优点。污泥中的有 机部分可以用来改良土壤结构，因而，污泥土地利用被当做是最有应用前景的一 种污泥处置途径 1 6 - 1 9 。这种方法既达到了污泥减量化的目的、又恢复了生态环境， 还从整体上减少了污泥对人类生活、健康的危害。重金属是限制污泥农用的关键 所在，其次病原体、有机物及n 、p 营养成分对水环境的污染也有很大影响【2 0 1 。 所以在污泥农用过程中，要对土壤、水环境进行定期监测，以降低使用风险。 6 硕士学位论文 1 4 污泥土地利用中存在的重金属问题 从理论分析和实际运用中都可以看到，相对于其他的城市污泥处置方式，土 地利用是一种经济且有效的方法。目前，外国的污泥土地利用率一般都达到较高 水平，最高达8 0 ，最低也有1 0 。现在国内对污泥的土地利用已经进行了研究 和实际运用。但是考虑到污泥中大量重金属的存在，在污泥土地利用实践中，必 须引起对重金属去除的高度关注，以免形成二次污染2 1 2 3 】。 1 4