环境工程微生物——污泥的微生物处理

微生物与污泥处理,污泥的定义与产生,污泥的厌氧消化,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、化学法、物理化学法和生物法等处理废水时产生的沉淀物、颗粒物和漂浮物。,作为污水处理过程中的必然产物，污泥的成分十分复杂，是由许多微生物形成的菌胶团与其吸附的有机物和无机物组成的集合体，除含有大量的水分（95%99%）外，还含有难降解的有机物、挥发性物质、重金属和盐类，以及病原体和寄生虫卵等，必须及时处理与处置，才能保证污水处理厂的正常运行和处理效果，避免造成二次污染。,污泥的厌氧消化它一般是在密闭的消化槽内,主要是通过兼性厌氧细菌和厌氧细菌的作用使有机物分解矿化,最终生成以甲烷为主的沼气。过程：（1979年，伯力特等人根据微生物的生理种群提出的厌氧消化三阶段理论，也是当前较为公认的理论模式）,第一阶段是在水解与发酵细菌作用下，使碳水化合物，蛋白质与脂肪酸水解发酵转化成单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油及二氧化碳、氢等；,第二阶段，是在产氢产乙酸菌的作用下，把第一阶段的产物转化成氢、二氧化碳和乙酸；,第三阶段，是通过两组生理上不同的产甲烷菌的作用，一组把氢和二氧化碳转化成甲烷，即：4H2+CO2CH4+2H2O另一组是对乙酸脱羧产生甲烷，即：CH3COOHCH4+CO2,包括细菌、原生动物和真菌。大多数为专性厌氧菌，也有不少兼性厌氧菌。,一群极为重要的菌种产氢产乙酸菌以及同型乙酸,甲烷菌或称为产甲烷菌，是甲烷发酵阶段的主要细菌，属于绝对的厌氧菌，主要代谢产物是甲烷。,污泥的厌氧消化,厌氧消化池的结构,污泥的厌氧消化,污泥的厌氧消化,污泥的厌氧消化,影响微生物厌氧消化的主要因素：,应用现状：污泥通过厌氧消化使其中的有机物得到降解、稳定，同时又回收利用了沼气。由于污泥的消化处理是在厌氧条件下进行，故运行中的动力消耗特别低，而且沼气可回收利用，更节约了运行费用。现在，城市污水处理厂中大多采用厌氧消化法对污泥进行无害化处理。一般，生污泥约含65%的有机物和35%的无机物。通过厌氧消化处理后，污泥中的有机物约有1/22/3被分解，消化污泥的体积得到减少（约6070%），所含有机物约50%，无机物约50%。其次，污泥通过厌氧消化后，消化污泥中所含的肥分亦更易被植物所吸收。,污泥的厌氧消化,但是产甲烷阶段产生的能量绝大部分都用于维持细菌生活，只有很少能量用于合成新细胞，故细胞的增殖很少，在底物相同的条件下，厌氧消化产生的能量仅是好氧消化的1/20-1/30倍。若要使产甲烷菌具有旺盛的生命活动，就需要消耗大量底物，这在厌氧消化系统内，无法满足。,污泥的厌氧消化,原理：污泥好氧消化的基本原理是使微生物处于内源呼吸阶段,以其自身生物体作为代谢底物获得能量和进行再合成。C5H7NO2+5O2+H+5CO2+NH4+2H2O+能量由于污泥好氧消化时间可长达15一20d,利于世代时间较长的硝化菌生长,故还存在硝化作用:NH4+2O2NO3-+H2O+2H+上述反应都是在微生物酶催化作用下进行的，其反应速率以及有机体降解规律可以通过参与反应的微生物活性予以反映。,污泥的好氧消化,1.传统工艺流程（CAD）,污泥的好氧消化,传统的污泥好氧消化工艺(conventionalaerobicdi-gestion,CAD)的基本原理主要是使污泥中的微生物进入内源呼吸阶段进行自身氧化,从而使污泥减量。其常用的工艺流程主要有连续进泥和间歇进泥2种,其工艺流程如右图所示。,污泥的好氧消化,2.缺氧/好氧消化工艺(A/AD),缺氧/好氧消化工艺(anoxic/aerobicdigestion,A/AD)即在CAD工艺的前端加一段缺氧区,使污泥在该段发生反硝化反应,其产生的碱度可补偿硝化反应中所消耗的碱度,所以不必另行投碱就可使pH值保持在7左右。通常A/AD可通过2种方法实现,如右图所示。,污泥自热高温好氧消化是利用有机物好氧氧化所释放的代谢热，达到并维持高温，而不需要外加热源。,污泥的好氧消化,该法与普通好氧消化相比反应速度快、停留时间短、基建费用低、改善污泥沉淀脱水性能等优点，而且可全部杀灭病原体，不需进一步消毒处理。,3.自热高温好氧消化,污泥的好氧消化,嗜热菌种类受不同污泥来源等因素影响而在高温好氧消化过程存在较大差异，但芽孢杆菌在反应器中占有极为重要的地位。尽管消化过程温度、曝气量等发生较大变化，但嗜热种群的稳定性却相对较高，且分离的菌株在简单培养基甚至氧不足的情况下也能快速生长；嗜热菌株的种属及理化性质鉴定表明，95%以上为嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillusstearothermo-philus)，大多数菌株能分泌蛋白酶、淀粉酶等胞外酶。Ugwuanyi等处理土豆污泥时发现，只有当污泥消化温度高于50时，反应器内嗜热脂肪芽孢杆菌才成为优势种群；当消化温度为50时，地衣芽孢杆菌(Bacilluslicheniformis)、凝结芽胞杆菌(Bacilluscoagulans)则成为优势种群。高温好氧消化反应器内除主要存在杆状嗜热细菌外，也有梭菌存在。,污泥高温好氧消化过程微生物作用:,影响微生物好氧消化的主要因素：,污泥的好氧消化,污泥的好氧消化技术在国外已有多年的应用经验，但由于需曝气供氧，限制了它的推广应用。而对于处理量小的污水处理厂，由于运行管理方便、操作方式灵活，可采用好氧消化进行污泥稳定。尤其是ATAD工艺，有较好的发展前景。好氧消化与厌氧消化相比，其优点是操作简易，投资费用低，上清液中的BOD、氨氮等浓度较低，污泥中有价值成分回收率高，对干扰性物质（如重金属等）的影响较小，并且没有甲烷爆炸的危险，消化污泥少，无臭、稳定，易脱水。但缺点是操作费用高（主要是供氧），不能产生甲烷这类有用副产品。污泥好氧消化主要用于污泥处理量不大的场合。,应用现状：,污泥的好氧消化,原理：污泥堆肥化是通过在污泥中加入一定比例的蓬松剂和调理剂,利用污泥中的微生物对有机物进行氧化分解,最终转化为稳定性较高的类腐殖质的过程。,污泥的堆肥化,污泥的好氧堆肥化过程实际上就是污泥的微生物发酵过程。在这个过程中，污泥中可溶性小分子有机物通过微生物的细胞壁和细胞膜而被微生物吸收利用。不溶性大分子有机物则先附着在微生物体外，由微生物所分泌的胞外酶分解为可溶性小分子物质，再进入微生物细胞内被利用。通过微生物的生命活动合成及分解过程，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，并提供生命活动所需要的能量，把另一部分有机物转化合成新的细胞物质，使微生物增殖。,污泥的堆肥化,污泥的堆肥化,影响微生物厌氧消化的主要因素：,污泥的堆肥化,污泥经堆肥化处理后,虽然解决了其易腐烂发