污泥高水分含量和存在重金属已成为影响我国污泥处置与资源化的重要“瓶颈冶。 生物沥浸技术被证实是一种即可以有效去除污泥重金属,同时显著提高污泥脱水性能的生物方法，也可以作为生活污水厂高干脱水的前生物调理，或者工业污水厂的金属去除的手段。生物沥浸技术是南京农业大学周立祥教授的发明，其基本原理是利用自然界存在的硫杆菌属(Acidithiobacillus spp. )、铁氧化钩端螺旋菌(Leptospirillum ferrooxidans)、硫化杆菌属(Sulfobacillus)、酸菌属(Acidianus)、嗜酸菌属(Acidiphilium)以及其他与硫杆菌联合生长的兼性嗜酸异养菌所产生的氧化还原反应或酸化作用,将目的金属从混合体系中溶解和分离提取出来的一种技术。 在这些微生物中,应用最广泛的是嗜酸性氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌和铁氧化钩端螺旋菌等。 它们以 CO 2 为唯一碳源,通过氧化亚铁或还原性硫(如元素硫、硫代硫酸钠、金属硫化物)而获得能量。 这种嗜酸性硫杆菌严格好氧,能耐受高浓度的重金属离子的毒性(如 Zn 120 g·L -1 、Ni 72 g·L -1 、Co 30 g·L -1 、Cu 55 g·L -1 、Fe 2+ 160 g·L -1 、Cr 60 g·L -1 ) ,但低分子水溶性有机物对其有明显毒性 [46-48] 。 在嗜酸性硫杆菌作用下,介质中的亚铁能被氧化成具有氧化能力的 Fe 3+ ,还原性硫被氧化成硫酸,难溶性的金属硫化物得以氧化而溶解。 将难浸提矿石或贫矿中贵重或稀有金属(如金、铜、铀等)浸出的生物沥浸技术。用作重金属出去的时候 污泥中重金属绝大部分是以金属硫化物、碳酸盐、磷酸盐、铁锰氧化物结合,以及与有机质结合态形式存在 [51-52] 。 在嗜酸性氧化亚铁硫杆菌等细菌的作用下,金属硫化物变成可溶性的金属硫酸盐,同时通过介质的酸化,可将污泥中难溶态重金属溶解进入液相,再通过固液分离可达到去除污泥中重金属的目的。用作污泥调理的时候主要有2个作用：
1、 微生物替代效应。 生物沥浸反应过程中,生物沥浸微生物将完全替代原污泥中的活性污泥菌体,最终密度达到大约 10 8 cells·mL -1 。 生物沥浸微生物是以自养菌(不分解有机物)为主,而原污泥中活性污泥则以异养菌(分解污水污泥中 COD 或有机物)为主。 菌的替代有如下效果:淤原剩余活性污泥中水分70%为间隙水,20%为毛细管水,7%为表面结合水,3% 为细胞内结合水。 由于个体较小的菌完全替代原来个体较大的菌,原来菌死亡或新陈代谢停止,因此原来毛细管水等束缚水将容易释放出来变成自由水,故生物沥浸处理后,污泥还可进一步重力浓缩滗出部分水。 于个体较小的自养菌替代原来污泥中异养菌后,由于前者分泌的胞外聚合物(EPS)较原污泥中异养菌少得多,因此,污泥脱水性能得到大大增强。 因为 EPS 亲水性强,产生越多,污泥越难脱水。 研究表明,传统活性污泥法中活性污泥分泌的 EPS 大约可达100 mg·g -1 (以挥发性固体含量计) ,而生物沥浸污泥中硫杆菌分泌的 EPS 约不到 10 mg·g -1。
2、生物酸化效应。 生物沥浸处理因微生物会氧化污泥或外源添加的少量 S,以及介质中 Fe 3+ 的水解会导致污泥 pH 的下降,在生物沥浸池中污泥 pH 可降低到大约 4 以下,pH 降低意味着 H + 浓度增加。 由于带正电荷的 H + 的增加,会中和污泥颗粒表面的负电荷。 其结果是污泥颗粒表面的 Zeta 电位由负电位(-30 ~ -50 mV)趋近于 0,达到电中性 [58-59] 。 因此,污泥颗粒因表面不带电荷而不会互相排斥,有利于污泥聚沉和脱水。
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