关键词：发酵；污泥；厌氧堆肥
随着城市污水处理工程项目的发展，大量的污泥不断产生。对于污泥的处理，目前我国大多采用填埋方式，但如果处理不当则会造成对环境的二次污染。污泥的处理和利用已经越来越成为我国急需解决的大问题。从世界范围看，城市污泥的处理处置方法主要有焚烧、填埋、投海和堆肥等多种形式。焚烧法的技术与设备复杂，能耗大，投资高，并伴有大气污染问题；填埋法受到用地的限制；投海会污染海洋，对海洋生态系统和人类食物链会造成威胁，国际公约已明令禁止；用堆肥法处理后的城市污泥进行农业利用，具有经济简便、可资源化等优点，已经引起广泛重视，是目前呼声最高的处理途径。于是，对于厌氧堆肥中生物的生物化学反应过程的研究变成为了焦点。
1 厌氧堆肥机理
厌氧堆肥是在无氧条件下，借厌氧微生物(主要是厌氧菌)的作用来分解污泥中有机物，主要经历了2个阶段：酸性发酵阶段和碱性发酵阶段。酸性发酵经历水解和酸化2个过程。在酸化过程中，酸化菌、产氢产酸菌将水解产生的小分子物质进一步转化为醋酸等挥发性脂肪酸，以及醇类、氨、二氧化碳、硫化物、氢、磷化氢和能量，并形成新的细胞物质。在分解初期，有机酸大量积累，pH值逐渐下降。另一类统称为甲烷菌等微生物开始分解有机物和醇，产物主要是甲烷和二氧化碳。随着甲烷菌的繁殖，有机酸迅速分解，pH值迅速上升，这一阶段的分解叫碱性发酵阶段。
1.1 碳、氮、磷的转化机理
1.1.1 碳的转化
污泥中碳素物质主要用于微生物活动的能源和碳源。有机物分解产生的能量，一部分作为微生物活动、生长的能量，另一部分作为利用C、N、P等元素合成新的细菌体的能量来源。其分解的途径和路线如下：碳素化合物→单糖→有机酸→CO2、CH4、微生物多糖及能量。有机物先通过发酵细菌生物转化生成大量的小分子有机酸，这些有机酸一部分被甲烷菌转化为CO2、CH4，另一部分形成腐殖酸物质。腐殖酸物质主要是胡敏酸和富里酸组
成的。在堆肥过程中，微生物首先利用易降解的有机物和简单有机物进行新陈代谢和矿化。这些易被降解的有机物主要是可溶糖、一些有机酸和淀粉等。其次开始分泌特殊的水解酶水解较难降解的有机物，反应主要发在这些物质的表面并且受其溶解速度的影响，通常比较缓慢。有机物分解产生的能量，一部分作为微生物活动、生长的能量，另一部分作为利用C、N、P等元素合成新的细菌体的能量来源。在堆肥最初阶段，酸化菌繁殖较快，其产生的有机酸较多使pH值下降，同时，含氮有机物所产生的氨使pH值回升，并稳定在较高的水平。
1.1.2 氮的转化
氮是微生物原生质的主要物质。污泥中氮元素主要以有机氮(如蛋白质、尿素、胺类物质等)为主，还可能以氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐等无机物质的形式存在。堆肥过程中，氮素转化主要是微生物过程的结果，并决定最终堆肥产品的腐熟度。氮素转化主要包括氮素的固定与释放。氮素的固定主要是氨氮作为微生物合成的氮源：氮的释放指的是有机物在微生物的作用下，生成氨氮。从蛋白质的厌氧分解过程来看，氨基酸可以通过氨化细菌的氨化作用，使氨基脱下，生成NH3。由有机氨转化的NH3，不仅可作为微生物新细胞合成必要
物质氮源的供体，而且具有缓冲作用。在堆肥初期，氨化细菌呈现增加趋势。反硝化指的是污泥中硝酸盐在缺氧条件下，可被反硝化细菌作用下还原成亚硝酸，再转化为氮气的过程。反硝化细菌种类很多，多数为异养并兼性的。它们在缺氧情况(DO﹤0.3～0.5 mg/L)下利用NH3―NH2的氧，氧化有机物，借以获得能量。堆肥污泥中有机氮主要分布在不同的微生物落和腐殖质中。微生物细胞富集无机态氮，并参与微生物的新陈代谢过程,同时合成腐殖质。
1.1.3 磷的转化以及变化
随着含磷洗涤剂的广泛使用，生活污水中的含磷量逐渐升高，导致产生城市污水污泥中磷含量也较高。污泥中磷几乎都以各种磷酸盐的形式存在，它们分为无机磷(正磷酸盐、缩合磷酸盐等)和有机结合的磷酸盐。磷是生物必需的元素之一。在生物氧化过程中伴随生成的ATP以及ATP转化成的ADP中都含有磷。在无氧条件下，一部分磷酸盐可被微生物作用而还原，类似于反硝化过程:H3PO4→H3PO3→H3PO2→PH3。一方面，堆肥过程中，随着有机物的分解，会产生小分子有机酸，并在腐熟过程中形成腐殖酸物质，而这些新形成的腐殖酸具有较强的络合能力，活性较强。大量研究表明腐殖酸和小分子有机酸对无机磷
只有强活化作用，能明显抑制土壤对水溶性磷酸盐的固定作用，减少其向难溶磷方向的转化，而且对难溶磷酸盐也具有较强的溶解能力。另外，腐殖酸还可通过金属离子(Fe3+、Al3+等)架桥与磷酸盐形成三元复合体，这种复合体(腐殖酸—金属—磷)与KH2PO4中的磷一样可被植物吸收。这种络合作用大大活化土壤中潜在的磷，防止土壤对磷的固定，又易被植物所吸收，从而提高污泥施肥的效果。另一方面，难被植物吸收利用的有机磷酸盐，可以随着有机物的分解转变为植物较易吸收的有机磷形态。另外，污泥中无机磷有较大部分也被转化为有机磷，起到提高磷的利用率。从两方面看，经过堆肥后，不仅污泥中磷在土壤中具有较高的移动性和生物有效性，而且污泥可活化土壤中磷，增加植物对磷的有效利用，从而起到提高磷的利用率和减少磷的固定作用。
2.1 堆肥过程中含水率及温度的变化
厌氧堆肥过程中有机物氧化产生一氧化碳、二氧化碳和水，同时微生物生物反应产生大量的热，水分以水蒸气形式蒸发出去，含水率降低，温度有一定程度的升高。
2.2 堆肥过程中pH值的变化
韩国女星nana
根据美国环保局(USEPA)的规定，污泥与调理剂的pH值应在6～9之间。pH值的大小直接影响微生物的生命活动，适宜的pH值可使微生物有效地发挥作用，保留堆料中有效氮成分，pH值过高或过低都会影响堆肥的效率。堆肥过程中，堆料中的含氮有机物分解后产生氨气会导致pH值升高，而当有机酸产生时则会导致pH值下降。所以在整个厌氧堆肥过程中，其拐卖儿童罪量刑pH值波动的大小与氨气和有机酸产量有关，但始终保持在一定的适宜范围内。
2.３ 堆肥污泥中的NH4+―N含量
污泥中呈交换性状态存在的NH4+―N是植物可以立即吸收的水溶性速效态铵。在厌氧堆肥中，经厌氧菌作用，一部分氮转化成可溶性的植物易吸收的铵氮，厌氧菌的生长条件越佳，则转化成的氨氮量越高，因此污泥中NH4+―N含量的高低可以反映污泥堆肥化程度的好坏。在堆肥初期，氨氮含量上升幅度较大，几天后氨氮含量有明显差异，在达到一个高峰后开始下降。这是由于污泥厌氧堆肥是密闭体系，在经过一段时间后，产生的代谢产物如甲烷、氢、二氧化碳等无法及时移出系统，造成甲烷菌产甲烷受到抑制，使乙酸等有机酸积累，连同氢分压的增大，进而限制产氢产酸菌的活动。这样使得污泥只处于酸性发酵。随着酸的慢慢积累，酸性发酵也将慢慢结束，氨氮的产生主要是酸性发酵的结果。
综上所述，污泥的厌氧堆肥过程中，其含水率、有机质、水溶性有机质明显降低；pH值的变化基本维持在中性范围内；污泥在半个月左右时间基本达到腐熟，基本实现了污泥的快速、高效厌氧堆肥。
3 结论
(1)污泥厌氧堆肥实际上也是一个厌氧发酵过程，其中发酵(酸化)细菌、产氢产乙酸菌、甲烷菌是互为制约，协同生长的，并且处于动态平衡状态，分别控制着有机物的酸性发酵、碱性发酵过程。当这种平衡遭到破坏时，污泥中微生物落就会发生变化。由于污泥的厌氧堆肥是在密封瓶中进行的，是一个密闭系统。故产生的代谢产物如甲烷、CO2、H2S等无法移出。而它们的积累,NH4+浓度的增加，会对甲烷菌的活动产生限制。甲烷菌活性的下降,引起微生物落一系列的连锁变化。首先，造成为甲烷菌所分解的乙酸、氢等物质浓度增加(氢分压增大)，从而使得产氢产乙酸菌无法正常发挥其分解发酵细菌所产生的小分子有机酸的作用，造成这些酸的积累。污泥中氮素主要转化为气态氮。氨氮的产生主要是发酵细菌种中氨化细菌作用的结果，氨氮不仅可作为微生物新细胞合成必要物质氮源的供体，而且是具有缓冲性能的物质。虽然由于微生物活性下降造成酸的积累，但是氨氮
的产生，使得污泥pH值并不降低，可能会引起pH值的不断上升。由于发酵细菌对pH值的变化没有产甲烷菌敏感，其适宜pH值在4.5～8.0之间。因此，发酵细菌会不断分解有机物，产生小分子脂肪酸，直到其周围的环境不适宜它们的生命活动，限制它们的活性，此时，厌氧堆肥也随之结束。总的来说，污泥厌氧堆肥是以酸性发酵为主，但污泥pH值并不降低。
(2)污泥中呈交换性铵状态存在的NH4+―N是植物可以立即吸收的水溶性速效态氮。在厌氧堆肥中，经厌氧菌作用，一部分氮转化成可溶性的植物易吸收的氨氮。NH4+浓度随着厌氧堆肥的进行而不断增加。当NH4+不再增加时，就可以认为污泥的厌氧堆肥已经结束。所以氨氮可以作为污泥厌氧堆肥的控制参数。
参考文献
【1】王琳,王宝贞.污泥减量化技术的新进展【J】.污染防治技术,2000,13(1):48—50.
【2】T.M.凯纳兹.水的物理化学处理【M】.北京:清华大学出版社,1982：64—67.
【红玫瑰代表什么3】张嗣炯.水处理工艺【M】.杭州:浙江工业大学,1997:131—134.326—328.
超感人的电影【4】蔡紫芸,严惠华,邱菲,等.阳离子接枝型聚丙烯酞胺在污泥处理中的应用啊.广州环境科学,1998,13(2):27—30.
【5】顾国维.水污染治理技术研究【M】.上海:蜻字组词同济大学出版社.1997：276—322.
【6】李国学,张福锁.固体废物堆肥化复混肥生产【M】.北京:化学工业出版社,2000:24—55.
【7】李国学.用化学和生物学参数评价堆肥腐熟度叨.中国农业大学学报,1999.(4)：103—108.
【8】赵庆祥.污泥资源化技术【M】.北京:化学工业出版社,2002．
【9】赵丽君,杨意东,胡振苓.城市糟泥堆肥技术研究【J】.中国给水排水,1999,15(9)：58—60.
送给老师的贺卡图片【10】周少奇,陆伟东,林云琴.城市污泥与有机垃圾交替式好氧厌氧堆肥化.华南理工大学学报(自然科学版),2006(9).
发布评论