环境工程微生物——污泥的微生物处理

溶解氧 温度
pH
污泥的好氧消化
应用现状：
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。
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）
传统的污泥好氧消化工艺 (conventional aerobic di-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
有机毒物的最终归宿问题，国内外研究报道很少，其影响有待进
一步研究与探讨。
谢谢
增殖。
污泥的堆肥化
影响微生物厌氧消化的主要因素：
影响因素
温度
污泥的堆肥化
原因
最好控制在55℃~65℃，温度过高会降低微生物的活性，还会造成 有机质的过度消耗，降低堆肥产品的质量， 而太低则延长堆肥化 时间，降低了处理能力。 在堆肥期间，若含水率低于20%，细菌的代谢作用会停止；含水 率太高，会使堆体内的自由空间减少，通气性差，形成微生物发 酵的厌氧状态，产生臭味，减慢降解速率，延长堆肥腐熟时间。 适宜的含水率为55%~65%。 微生物的降解活动需要一个微酸性或中性的环境条件，pH过高或 过低都不利于微生物的繁殖和有机物的降解。 通风量的大小直接影响高温堆肥微生物的生长活动，影响堆体温 度的升高、病原菌的杀灭并最终影响堆肥有机质的分解。
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++2O2→NO3-+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
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。
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百度文库质，使微生物
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。
污泥的好氧消化
3.自热高温好氧消化
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。
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。
污泥的好氧消化
污泥高温好氧消化过程微生物作用:
含水率
pH 通风供氧量
此外，有机物含量、C/N、孔隙率等也对其有影响。
污泥的堆肥化
应用现状：
污泥经堆肥化处理后,虽然解决了其易腐烂发臭、含水量高、 含有病原菌和寄生虫等有害特性,但其中的重金属、盐分、及难 降解有机毒物等未从根本上去除。要使污泥成为安全、有用的资 源，还应对上述几个问题进行深入研究。关于污泥堆肥中难降解
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+CO2→CH4+2H2O 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 另一组是对乙酸脱羧产生甲烷，即：CH3COOH→CH 4+CO2 的厌氧菌，主要代谢产物是甲烷。
污泥的厌氧消化
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
影响微生物厌氧消化的主要因素：
影响因素
投配率 温度
原因
投配率是消化工艺设计的重要参数，投配率过高，可 能影响产甲烷菌的正常生理代谢；投配率过低，会增 高基建费用。 甲烷菌分为中温甲烷菌与高温甲烷菌，反应温度不同 处理效果及能耗有差别。 如 C/N 太高，细胞的氮量不足，消化液的缓冲能低， pH 值容易降低；太低，氮量过多，pH 值可能上升， 铵盐容易积累，会抑制消化进程。 甲烷细菌对环境条件非常敏感，除对温度的适应性很 弱外，对pH值的适应范围也很窄，适宜的pH范围是 6.6～7.8之间。
营养与 C/N
pH
其它：搅拌与混合、氮的守恒与转化、有毒物质等都对其有影响。
污泥的厌氧消化
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1/2～2/3被分解，消化污泥的体积得到减少（约60～ 70%），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。
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(Bacillus stearothermo-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(Bacillus licheniformis)、凝结芽胞杆菌(Bacillus coagulans)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。
污泥的好氧消化
原理：
污泥的堆肥化
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。
新鲜有机废物 O2 微生物 稳定有机残余物 CO2 H 2O 热
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
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） 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。 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； 一群极为重要的菌种—产氢产乙酸菌以及同型 乙酸
污泥的好氧消化
影响微生物好氧消化的主要因素：
影响因素
污泥浓度
原因
一般认为,较高的初始污泥浓度会影响氧的传递效率,从 而影响微生物的活性。影响氧传输的因素主要是生物 絮体对氧的扩散阻力和液体的混合能力。 溶解氧浓度在1一5mg/L之间时,随着DO升高,污泥酸化 率和VSS降解率均提高;当污泥中氧为7mg/L时,vss降解 率却下降,认为可能是反应器剩余氧浓度过高,反而会对 污泥中细菌菌群产生毒害作用,使其活性降低；另一方 面影响氮的转化。 一定的温度范围内，好氧消化时间随温度的升高而缩 短，去除率则随着温度的升高而增加。 pH过低，会改变微生物细胞的渗透性，反应物的氧化 还原电位以及生物酶催化反应的能力，影响微生物的 物质运输过程和新陈代谢作用。