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1、环境微生物学第8章8.2 微生物在固体废弃物处理中的应用8.2.1 城市生活垃圾的微生物处理 生活垃圾是人类日常生活中产生的废弃物，当复杂多变、量大面广的生活垃圾排放到环境时，就会对大气、水体、土壤、生态环境带来严重的破坏。生活垃圾裸露堆放不仅会占去大量土地，影响自然景观；而且未经处理的生活垃圾直接还田或简易处理后就还田会严重破坏土壤的团粒结构，致使土壤保水、保肥能力下降；生活垃圾自然腐烂后还会产生恶臭，致使蚊蝇孳生、老鼠繁衍、各种病菌大量繁殖，排出大量氨、硫化物等，其中含有较多致癌物质，直接威胁人类的健康和生存。除此之外，生活垃圾还可间接通过水、气造成二次污染。垃圾在腐败过程中会产生大量酸性
2、和碱性有机污染物，并会将垃圾中的重金属溶解出来，是有机物、重金属和病原微生物三位一体的污染源。据实验研究，1kg生活垃圾在氧化状况下经淋滤分解后，可产生硝酸盐、硫酸盐和氯化物等矿物质900012000mg，并溶解出2.8g钙镁物质。可使1t水的硬度升高半度，1t城市生活垃圾氧化分解产生的有机物质需要31t清洁土壤或115t清洁河水才能自净。生活垃圾的危害已涉及我们每一个人，切实有效的解决垃圾污染问题已刻不容缓。8.2.1.1 我国城市生活垃圾现状8.2.1.2 城市生活垃圾处理方法8.2.1.3 城市生活垃圾生物处理技术的进展8.2.1.4 以湿式厌氧发酵（产沼、制肥）为主的垃圾综合处理技术8
3、.2.1.3 .5 微生物制剂在生活垃圾处理中的应用8.2.1.6 微生物技术处理生活垃圾的安全性问题 安全性问题一直是微生物制剂，特别是基因工程菌推广使用的主要障碍，在这方面还需加强管理和更深入的研究，但仅仅因为基因工程菌可能存在一定的危险性就停止研究和使用，将使我们失去一个高效降解污染物的有力工具。在确保生活垃圾处理的安全性方面，关键要把好两个关，即投放安全菌剂和排出无害残存物。也就是说，必须要保证投加的是无害菌，如果使用基因工程菌必须保证其安全性，例如可构建只适于垃圾处理系统的营养缺陷型菌株来保证其安全性等；同时要把握好垃圾“消化”过程的温度、湿度、通气状况等，确保处理后的残存物也是安全
4、的。目前，用于生活垃圾处理的菌种都来源于自然界且绝大部分不是有害菌，从垃圾处理机的运转情况看，并没有对周围人群产生不良影响，机器排出的残渣还成了附近居民抢手的花肥。从长远看，随着生物技术的发展，基因工程技术的研究也将越来越深入，它必将在环境污染治理中发挥重要作用。8.2.2 污泥的微生物处理在城市污水或工业废水的生物处理中，随着废水的净化过程，都将有大量的有机污泥（通称污泥）产生。这些污泥的成份、性质和废水的性质及处理工艺有关。如处理城市污水（或工业有机废水），来自初沉地的污泥主要是有机性质的（主要来自有机固体颗粒的沉降），而来自二沉池的污泥主要是生物处理过程中排出的剩余生物体，排泥体积约为处
5、理的水体积的0.55%左右。上述这类污泥富集了来自被处理废水的大量有机污染物（BOD5），如在初沉池中，进水BOD5的30%左右以沉降污泥形式被去除；而在曝气池后的二沉池中，被生物处理法去除的BOD5中的30-40%以剩余污泥形式排出。这样，进水BOD5的50%左右（设处理过程的BOD5去除率为90%左右）是以污泥形式而被去除的。因此，这种污染量大而集中的污泥，在进入环境之前，必需以妥善的无害化处理与处置（包括利用）。一般，对大多数城市污水或工业废水的生物处理厂（站）来说，花在污泥处理、处置上的费用是相当大的，约占总投资及运转费用的50%左右。所以，对一个废水生物处理厂来说，污泥的处理、处置同
6、废水的净化一样都是非常重要的，切不可予以忽视。污泥中含有大量的有机物，经微生物厌氧或好氧消化后可使有机污染物得到进一步的降解,转化为CO2或沼气(稳定化)；而且污泥的数量相应减少,在厌氧消化中污泥量约可减少一半(减量化)；污泥中病原微生物及寄生虫卵也相应减少(无害化)；污泥的脱水性能也大为改善,这样有利于污泥作进一步的处置。因此,污泥的微生物消化处理是废水生物处理中不可少的一个组成部分，是消除污泥对环境污染的有效方法。8.2.2.1 污泥的来源及性质(1) 初沉池污泥初次沉淀污泥是指一级处理过程中产生的污泥。废水经初沉后，约可去除可沉物、油脂和飘浮物的50%、BOD的30%。初沉污泥的性质随废
7、水（污水）的成分，特别是混入工业废水的城市污水或单独处理的工业废水性质而变化。城市合流污水初沉池污泥的特性见表21。表421 城市合流污水初沉池污泥特征参 数特性描述注物理性质不均匀、团块状色泽褐色工业水中染料可使之带色，若腐败可呈深褐色或黑色浓度平均固体含量占38%浓缩得好，平均固体含量占57%气味泥土味有重金属盐时可无味或少味挥发物占总固体干重的7080%偶而可为60%或85%pH5.56.5，平均6受工业废水或污泥腐败的影响总碱度范围3001000毫克/升，常为500600毫克/升盐类或非挥发物占固体总重量30%左右具有砂时可30%腐败性通常不腐败腐败可因：原水腐败，污泥在池中搁置过久，
8、污泥消化池中上清液引起污泥体积5.252升/米3废水，平均约18.726.2升/米3体积过多，说明污泥太稀或有工业垃圾。过少说明废水太淡；初沉池效率差；污泥积累于池中。消化性能易消化不易消化表明工业废水中有重金属盐类或纤维物的存在油脂量1020毫克/升过高因工业废物，如废油或羊毛洗涤废水所致(2) 二沉池污泥 二沉池污泥是指二级生化处理中产生的污泥，包括活性污泥法中排放的剩余污泥，生物滤池及生物转盘等脱落的生物膜。此类污泥的组分与活性污泥及生物膜基本相同，除了吸附了少量的水中的悬浮物、无机盐或未分解的的残剩有机物外，主要是由微生物的细胞所组成，因此污泥的有机物含量、含水率都较高，密度低。二沉池
9、污泥的比重约为1.005.025，污泥中的灰分及挥发性有机物的比例与生物处理系统中的泥龄有关，若泥龄长，则挥发性有机物含量较低。8.2.2.2 污泥的浓缩有机污泥的含水率一般都很高，可达95%以上，刚排出的剩余污泥甚至可达99%以上。因而体积很大，这对污泥的输送和处理都将造成困难，因此必须进行浓缩。污泥浓缩的目的，是使污泥的含水率、污泥的体积得到一定程度的降低从而减少污泥后续处理设施的基本建设费用和运行费用。污泥中所含水分大致可分为四种，如图454所示。图454 污泥所含水分示意图 （1）间隙水是指几个固形物质粒子间所包含的水，又称游离水、颗粒间隙水，约占污泥水分的70%。间隙水和固体粒子不是
10、直接结合，因而易于排除。 （2）毛细管结合水在污泥的固体物质粒子间，形成一些小的毛细管，充满于毛细管中的水称为毛细管结合水，这部分水，约占污泥水分的20%。排出这部分水，需要较大的机械能，可以采用离心机或高压过滤机；使毛细管结合水从污泥中分离出来。 （3）表面附着水吸附在固体粒子表面的水，能随固形粒子移动，需用机械方法排除。 （4）内部水是指微生物细胞内的水分，此种水与固体粒子结合较牢固，单用机械方法不能达到排除目的，必须采用生物化学法或通过加热等方法才能排除。表面吸附水与内部水大约共占污泥含水量的10%.污泥浓缩的对象主要是去除污泥颗粒间的游离水。对于一级污泥、二级污泥和消化污泥，采用的浓缩
11、方法主要有重力浓缩、气浮浓缩和离心浓缩等。在现有处理工艺中，采用较多的是重力浓缩法，但此法的浓缩效果，受废水处理工作状况的影响较大，往往会出现浓缩效果欠佳的情况。因此，近年来，国内外积极研究与应用离心机浓缩污泥。上述三种污泥浓缩方法各有优缺点，应根据具体情况与要求予以选择，见表422。表422 不同污泥浓缩方法的比较方法优点缺点重力浓缩1贮存污泥的能力高；1占地面积大；2操作要求不高；2会产生臭气；3运行费用少尤其是电耗低3对于某些污泥工作不稳定气浮浓缩1浓缩后污泥含水率较低；1运行费用较高；2比重力浓缩法所需土地小，臭气问题少；2占地比离心浓缩法大；3可使砂砾不混于浓缩污泥中；3污泥贮存能力
12、小；4能去除油脂4操作要求比重力浓缩法高离心机浓缩1占地面积小；1要求专用的离心机；2没有或几乎没有臭气问题2电耗大；3对操作人员要求高此外，在选择污泥浓缩方法时，除考虑以上因素以外，还与整个污泥处置流程有关。例如，当利用污泥作农肥时，且不作商品化产品（袋装颗粒肥料），而是运到农田直接施用，则要求污泥有一定流动性，但又考虑到运输费用，因此，污泥处理工艺应在保持污泥流动的前提下尽可能浓缩。8.2.2.3 污泥的厌氧消化美国学者克拉克（Clark）于1899年提出了从污水中迅速去除污泥，便污水保持新鲜，并将分离出来的污泥在隔绝空气的条件下进行消化的想法。迄今为止，人们根据这个想法已创造了不同类型的
13、污泥处理构筑物，进行有机污泥的厌氧消化。所以污泥在厌氧条件下进行消化处理是人们早已熟悉的方法，并习惯地称之为污泥消化。现在，为了区别于污泥的好氧稳定处理（污泥的好氧消化），人们又称上述的污泥消化为污泥的厌氧消化。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。污泥厌氧处理原理及有机物的转化请参见废水厌氧处理章节。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。在污泥厌氧消化过程中，由于大量有机物质被水解液化，致污泥消化的上清液中还含有较多的有机物和营养物质。因
14、此，这种上清液不能直接予以排放，还需要作进一步处理（如回入初沉池或生物处理构筑物与废水一并处理）。污水处理厂从污水中分离出的污泥系由有机物和无机物组成。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。(1) 污泥厌氧消化的方法按操作温度不同，消化可分为中温消化（3037）和高温消化（4555）；按运行方式，可分为一级消化、二级消化、厌氧接触消化等；按负荷不同，可分为低负荷与高负荷两种。1）低负荷
15、消化法低负荷消化法又称标准负荷消化法，是在普通消化池中进行。低负荷污泥消化池通常为单级消化过程。消化池内不加热，不设搅拌装置，间歇投加污泥和排出脱水后污泥。在单级消化的实际运行过程中，当污泥加入后进行快速消化并产气后，气泡的上升所起的搅动作用是唯一的搅拌作用。池内形成三个区，上部浮渣区，中间为上清液，最下层为污泥区。经消化的污泥在池底浓缩并定期排出，上清液回到水处理流程的前端进行处理，产生以甲烷为主要成分的沼气，从池顶收集和导出。由上述可见，污泥的消化、浓缩和形成上清液等过程，是在一个消化池内同时完成的。在池中，不加热，不加搅拌，间隙投料和出料，一般负荷率为0.41.6kg（VSS）/m3.d。由于这种单级消化池存在池内分层、温度不均匀、有效容积小等问题，使其消化时间长达3060d，此种低负荷消化法，仅适用于小型污泥处理。2）高负荷消化法高负荷消化是在高负荷消化池中进行。与普通单独消化池相比较, 高负荷消化池的固体负荷大得多，并设有搅拌设备、其搅拌,污泥投配及熟污泥排除等工序为24h连续进行，不存在
