微生物技术在固体废物处理中的应用

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1、第八章微生物技术在固体废物处理中的应用本章重点、难点：1.剩余污泥的发酵、脱水；2.生活垃圾的堆肥；3.生活垃圾的卫生填埋。8.1剩余污泥处理在城市污水或一些工业废水处理厂的生物处理工艺中会产生大量的污泥，其数量约占处理水量的0.3～0.5%左右（以含水率为97%计）。它们有的是从初沉池排出的沉淀污泥，以有机物为主，通常有令人感到不快的臭味；有的是从生物处理工艺中从固液分离构筑物中排出的污泥，这些污泥包括活性污泥法的剩余污泥，生物滤池脱落的生物膜等等。污泥的特点是有机物含量高，含水率高，还含有大量的有害物质，如寄生虫卵、病原微生物、细菌、合成有机物以及细

2、小的无机颗粒物如重金属离子等；同时，污泥中还含有一些有用物质如植物营养素（氮、磷、钾）。初沉污泥和剩余活性污泥，比重为1.01左右，含挥发性固体达65～70%，干固体含量为4～6%。如果这些污泥不经过适当处理就排放到环境中会造成很大的危害。目前污水厂污泥处理和利用的基本方向包括如下三个方面：（1）资源化利用，包括：①土地利用②材料利用③热能利用④沼气利用（2）填埋。（3）焚烧。8.1.1污泥发酵在如上的处理中，厌氧工艺，即污泥的厌氧发酵工艺，被认为是经济有效的污泥处理工艺之一。在通过厌氧微生物对污泥中的有机物质转化为稳定的腐殖质和无机物质的同时，还产生能

3、源（甲烷）可用于发电，降低处理厂的运行费用。厌氧过程（特别是高、中温消化）能有效控制污泥中的致病菌，杀死寄生虫卵，因而改善了污泥的卫生条件，并使污泥体积减少、易于脱水。当厌氧消化后，污泥比重增加到1.03左右，挥发性固体通常可降解到32～48%，干固体含量为8～13%。经厌氧消化后的污泥还可用于作农肥。1.发酵原理有机废弃物的厌氧发酵（消化）过程就是有机物质在特定的厌氧环境下，微生物将有机质进行分解，其中一部分碳素物质转化为甲烷和二氧化碳。目前，对厌氧发酵的生化过程有多种理论，这里主体要介绍三阶段理论。该理论于1979年由布融·赖恩提出，是将厌氧发酵分成

4、三个阶段，即三个细菌营养群，其过程如图8-1所示。有机物：碳水化合物蛋白质脂肪糖类氨基酸脂肪酸甘油挥发酚醇类有机酸中性化合物H2,CO2等CH4,H2,N2,CO2,CO,H2S等发酵性细菌产氢产乙酸细菌产甲烷细菌液化阶段产甲烷阶段产酸阶段图8-1厌氧发酵三阶段第一阶段（液化阶段），复杂的有机物在水解与发酵细菌的作用下，使碳水化合物、蛋白质与脂肪，经水解与发酵转化为单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油及二氧化碳、氢等。第二阶段（产酸阶段），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（产甲烷阶段），通过两组生理物性上不同的产甲烷菌

5、的作用，将氢和二氧化碳转化为甲烷或对乙酸脱羧产生甲烷。产甲烷阶段产生的能量绝大部分都用于维持细菌的生存，只有很少能量用于合成新细菌，故细胞的增殖很少。2.厌氧反应中的生物相在上述的厌氧发酵过程中，参与液化阶段代谢的微生物包括细菌、原生动物和真菌，通称水解与发酵细菌，它们大多为专性厌氧菌，也有不少兼性厌氧菌，根据其代谢功能可分为以下四类：①纤维分解菌②碳水化合物分解菌③蛋白质分解菌④脂肪分解菌。参与液化阶段的原生动物主要有鞭毛虫、纤毛虫和变形虫。真菌主要有毛菌、根霉、共同霉和曲霉等。参与产酸阶段代谢的微生物是一群及其重要的菌种——产氢、产乙酸菌及同型乙酸菌

6、，其中有专性厌氧菌和兼性厌氧菌。参与产甲烷阶段代谢的菌种是甲烷菌或称为产甲烷菌，是甲烷发酵阶段的主要细菌，属于严格的厌氧菌，主要代谢产物是甲烷。常见的甲烷菌有四类：甲烷杆菌、甲烷球菌、甲烷八叠球菌和甲烷螺旋菌。产甲烷菌有5个特点：①严格厌氧②要求中性偏碱环境条件；③菌体倍增时间较长④只能利用少数简单化合物作为营养⑤代谢的主要终产物是CH4和CO2。3.厌氧消化工艺厌氧消化工艺种类很多，在实际过程中，常用的厌氧消化工艺有以下四种：（1）常规中温厌氧消化（2）单级高效中温厌氧消化（3）两级厌氧消化（4）中温/高温两相厌氧消化（APAD）4.厌氧消化的影响因素

7、（1）有机物投入量（6）厌氧状态（2）营养（7）加温（3）粒度（8）平均滞留时间（4）温度（9）pH值的影响（5）发酵槽的搅拌5.高碑店污水处理厂污泥消化工艺高碑店污水处理厂是目前国内最大的二级污水处理厂，地处北京东郊，设计日处理污水量100万m3。其污水处理部分采用传统活性污泥法的处理工艺，而污泥处理部分则采用两级中温厌氧消化的处理工艺。污泥厌氧发酵的工艺流程如图8-2所示。一级消化池二级消化池储泥池重力浓缩池脱水机房外运剩余污泥沼气发电图8-2高碑店污水处理厂污泥处理工艺流程8.1.2污泥脱水污泥脱水的目的是进一步减少污泥的体积，便于后续的处理、处置

8、和利用。污泥中的水分主要分为间隙水、毛细管结合水、表面吸附水和内部水（胞内水）四