论文摘要
生物沥浸技术（Bioleaching）由于能够高效的去除污泥中重金属、有效杀灭病原微生物且成本低廉等优点而成为城市污泥无害化的研究重点。目前,城市污泥中重金属的溶出机理和影响生物沥浸效果的因素已被广泛研究,但是生物沥浸对城市污泥脱水性能的影响却鲜有报道。本文主要研究了生物沥浸在不同工艺条件下对城市污泥脱水性能的影响,从污泥微观结构剖析了影响污泥脱水性能的机理,并试图通过调整底物配比、添加外源生物催化合成的聚合硫酸铁等措施来达到不加或少加絮凝剂而能够直接脱水且重金属溶出较高的目的,以及借此揭示生物沥浸处理改善污泥脱水性能的机理。另外,本文也从筛选对微生物活性有促进作用的物质入手,探索促进污泥中重金属Cu溶出,提高系统稳定性的新途径。本文研究了生物沥浸处理对城市污泥离心脱水率、污泥过滤比阻、泥饼压缩系数等脱水性能的影响,并分析了生物沥浸过程中污泥pH、Fe2+、Fe3+、污泥颗粒Zeta电位、颗粒粒径分布的变化。结果表明城市污泥采用LX5（Acidithiobacillus ferrooxidarts LX5）和TS6（Acidithiobacillusthiooxidans Ts6）作为复合接种微生物,添加S0+Fe2+复合底物进行生物沥浸时,污泥脱水性能能够明显改善,比阻从未处理时的的1.80×1013m/kg下降到0.38×1013m/Kg,降低了79%,压缩系数也从原始状态的0.98降低为0.58,明显改变了泥饼的强度,达到了不加絮凝剂而可直接压滤脱水的性能要求。研究还表明,污泥生物沥浸处理后,随着pH的下降,污泥颗粒Zeta电位趋于零以及污泥20-60μm粒径范围的颗粒含量明显减少,可能是污泥脱水性能改善的重要原因之一。生物沥浸过程中Fe2+的加入是城市污泥脱水性能的关键影响因子,作者深入研究了Fe2+的添加量对城市污泥的脱水性能的影响,以及由于Fe2+的氧化而导致的体系ORP的变化对城市污泥中Cu的溶出影响。结果表明添加Fe2+能够促进污泥pH下降速率、ORP升高速率、Cu溶出率和污泥的脱水性能改善,兼顾生物沥浸成本因素,复合微生物处理城市污泥时底物采用2g.L-1Fe2++3 g.L-1S0的效果最佳,其Cu溶出率最高可接近100%,而不加Fe2+的对照处理仅为81%;污泥比阻从原始污泥的1.3×1013m.Kg-1最低降低到1.0×1012m.Kg-1,达到了不用添加絮凝剂而能直接进行机械脱水的性能要求,而不加Fe2+的对照处理则升高到1.6×1013m.Kg-1。Fe2+在被微生物催化氧化成Fe3+的过程中,会进一步发生水解、聚合反应,生成中间产物聚合硫酸铁,分子式为[Fe2（OH）n（SO4）3-n/2]m,该物质是目前常用的无机高分子絮凝剂。该物质的存在是生物沥浸处理改善城市污泥脱水性能的重要原因。本文利用氧化亚铁硫杆菌对Fe2+的生物氧化作用在生物沥浸体系外制得聚合硫酸铁（BPFS）,并将其应用于城市污泥脱水实验,从而模拟生物沥浸处理过程中Fe改善污泥脱水性能的作用。结果表明,所得聚合硫酸铁原液各项关键指标接近或达到商品聚合硫酸铁标准;对城市污泥脱水性能调理效果较明显,CST可以从初始状态的42.2S降低到16.7S;与PAM配合对酸性污泥脱水性能调理作用显著,CST从172S降低到8.0s,优于单独使用PAM或BPFS对污泥的调理作用。综合分析实验结果后发现,单独添加聚合硫酸铁对城市污泥调理的效果要劣于以Fe2+为底物的生物沥浸处理改善污泥脱水性能的效果,这一现象预示着生物沥浸处理改善污泥脱水性能的机理除了聚合硫酸铁的生成外还存在其他的影响因素。另外,本文筛选了若干对氧化硫硫杆菌具有活性作用的物质作为促进剂,并将其应用于城市污泥的生物沥浸,该促进剂能够一定程度上促进微生物对S0的氧化利用,并能够促进城市污泥pH的下降速率和污泥中重金属Cu的溶出速率。城市污泥添加促进剂R的生物沥浸处理48h时pH降低到了1.9,对照处理为2.1,Cu的溶出率达到了96%,对照处理为88%。