《安全环境-环保技术》之污水处理厂污泥发酵生产短链脂肪酸（SCFAs）.doc

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1、污水处理厂污泥发酵生产短链脂肪酸（SCFAs）   1、污泥产酸背景和意义   （1）污水处理厂的污泥产生量大，如何实现污泥的减量化、稳定化、资源化和无害化是污水处理厂面临的重大难题。   我国运用最为广泛的活性污泥法在处理污水过程中，产生的剩余污泥的量约占处理水量的0.3～0.5%（以含水率97%计）。2003年，我国污水排放总量460亿吨，每年排放干污泥550～600万吨，且不断增加，我国污泥未来数年内，估计将达到840万吨左右（干重），占我国总固体的比重超过3％。污水中约有45－50%的有机物转化

2、为初沉污泥和剩余污泥，这样，污水厂在处理污水的同时又成为“污泥生产工厂”，这些污泥中含有大量有机物和微生物等污染物质，排放后会对环境造成严重的污染。污水处理厂的全部建设费用中，用于处理污泥的约占20－50%，甚至70%。因此，如何合理处理和处置污水生物处理过程中产生的剩余污泥是急待解决的问题。   污泥最终处置的方法包括土地利用、卫生填埋和焚烧以及其它热减量处置、投放海洋或废矿及建材利用等。在大多数发达国家和发展中国家，土地利用是剩余污泥处置的主要途径之一，它具有能耗低、可利用剩余污泥中营养物质等优点。

3、但是，剩余污泥中含有大量的病原体、寄生虫、重金属元素以及一些难降解的有毒有害物质，剩余污泥的土地利用会带来土壤和水体的二次污染问题；污泥消化后经脱水后再进行填埋是目前国内许多大型污水厂中常采用的方式，但需要大量的填埋场地并需要消耗较高的污泥运输费用，而且容易产生地下水污染和臭气散逸等二次污染问题；而污泥焚烧技术设备和运行费用昂贵，且易造成大气污染。鉴于上述这些方法存在的问题，有必要探求新的污泥资源化利用处理方法。目前研究较多的有热解制油技术、制燃料技术、堆肥土地利用技术、热解制取吸附剂技术、厌氧发酵制氢

4、技术等。   剩余污泥既是污水处理厂产生的质和环境污染物，又是很好的有机资源，其中有机物的含量在60％左右，生物易降解有机组份在40％以上。如果能利用微生物在一定的条件下，将剩余污泥转化为有机酸，不仅可以减少它对环境的污染，又可以生产出用途广泛的有机酸，这样就可以实现剩余污泥的减量化、稳定化、资源化及无害化。   （2）产生的有机酸可用于补充生物除磷脱氮工艺中碳源的不足，对许多进水COD浓度低的污水厂有一定的实际意义。   有机酸是污水生物脱氮除磷过程中微生物必需的重要有机碳源，在强化生物除磷系统中，每

5、去除1mg的磷就需要6～9mg的短链脂肪酸。然而，在多数情况下，污水中的短链脂肪酸都不能够满足较低的出水磷浓度，尤其是南方污水中的有机物浓度更是不足，其五日生化需氧量（BOD5）平均为80mg/L左右，而总氮（TN）、总磷（TP）的含量却相对较高，COD/TN经常在7.0以下，COD/TP在60以下，这就使得大量的磷排放到环境中，引发了水体的富营养化。为了使出水中的磷浓度达到污水排放标准，就需要在生物处理系统中投加易于生物利用的有机碳源。   污水处理厂为了获得较高的生物除磷脱氮效果常常需要补充碳源，其

6、中的一个方法是直接加入化学合成的短链脂肪酸（SCFAs）。然而这种方法既消耗人类有限的有机资源，又增加污水处理厂的成本。Thomas等报道了在一个实际污水处理厂通过设置初沉发酵池，不但每天可以少投加近200千克的乙酸，而且可以使出水中的磷含量从2.2mg/L降到1.2mg/L，通过加入污泥发酵产生的短链脂肪酸，不但能显著提高污水生物处理效果，而且生物除磷率比加入相同COD乙酸的要好（这可能是因为污泥发酵产生的酸不只是乙酸，而且还产生了一些对聚糖菌不利但对聚磷菌有利的其它短链脂肪酸，例如丙酸）。因此，为了

7、节约人类有限的有机资源并降低污水处理厂的运行费用，以及资源化利用污泥有机物并降低其对环境的污染，研究污水厂污泥发酵生产短链脂肪酸具有重要的现实意义。   （3）产生的有机酸可以作为合成聚羟基烷酸（PHAs）的原料。   PHAs是一种热塑性材料，它的机械性能与聚乙烯、聚丙烯相似，但具有这些石化塑料所没有的优点，如：可完全生物降解性、生物相容性，并由可资源（如糖类、脂肪酸）生成。如果以剩余污泥发酵产生的脂肪酸作为碳源合成生物可降解塑料PHAs，将产生巨大的经济效应和环境效应。   2、国内外产酸研究成果 

8、  2.1污泥厌氧发酵产酸的机理   厌氧消化是一种普遍存在于自然界的微生物降解有机物代谢过程。凡是有水和有机物存在的地方，只要供氧条件不好或有机物含量多，都会发生厌氧消化现象，使有机物经厌氧分解而产生CH4、CO2、H2S等气体。但是，厌氧消化是一个极其复杂的过程，1979年，Bryant等人根据微生物的生理种群的不同，提出了厌氧消化三阶段理论，是当前较为公认的理论模式。第一阶段，是在水解和发酵细菌作用下，碳水化合物、蛋白质与脂肪水解和发